Natrium-Kalium-Ionenpumpe [Pumpe, Natrium-Kalium-ATPase] - [Neurobiologie, Oberstufe] скачать в хорошем качестве

Natrium-Kalium-Ionenpumpe [Pumpe, Natrium-Kalium-ATPase] - [Neurobiologie, Oberstufe]

In diesem Video geht es um die Natrium-Kalium Pumpe – wir klären, wie sie aufgebaut ist und welche Funktion sie erfüllt. Die Natrium-Kalium-Pumpe ist eine Ionenpumpe. Eigentlich ist die Plasmamembran einer Nervenzelle mit ihrer Lipiddoppelschicht impermeabel für Ionen – das heißt, dass Ionen wie z.B. Na+ oder K+, die positiv geladen vorliegen, nicht ohne Weiteres die Plasmamembran passieren können. Es gibt allerdings in der Membran eingelagerte Proteine, die als Ionenpumpen und Ionenkanäle fungieren, die den Transport ebendieser Ionen ermöglichen. Während Ionenkanäle Ionen ohne Energieverbrauch entlang ihres Konzentrationsgefälles, also vom Ort der höheren Konzentration zum Ort der niedrigeren Konzentration transportieren, ist der Transportmechanismus über Ionenpumpen mit Energieaufwand verbunden. Unter Verbrauch des energiereichen Moleküls ATP kann ein spezifisches Ion entgegen seines Konzentrationsgradientens transportiert werden – vom Ort der niedrigeren Konzentration zum Ort der höheren Konzentration. Damit ist klar – wenn es sich bei der Natrium-Kalium-Pumpe um eine Ionenpumpe handelt, dann wird diese Pumpe Ionen – und zwar Natrium und Kalium - unter Energieaufwand gegen ihr Konzentrationsgradienten befördern. Betrachten wir die Verteilung von Kalium- und Natrium-Ionen auf beiden Seiten der Zellmembran, so fällt auf: Während im Intrazellularraum, also innerhalb der Zelle, bedeutend mehr Kaliumionen existieren als im Extrazellularraum (dem Bereich außerhalb der Zelle), verhält es sich bei den Natriumionen umgekehrt: einer hohen Konzentration an Natriumionen im Außenbereich stehen nur wenige Na-Ionen im Innenbereich gegenüber. Die Tatsache, dass Ionenpumpen Ionen gegen ihr Konzentrationsgefälle befördern, offenbart im Falle der Natrium-Kalium-Ionenpumpe: Sie befördert Natrium+-Ionen aktiv aus dem Zellinneren in das äußere Milieu, wo Natrium höher konzentriert vorliegt, und zugleich K+-Ionen vom Bereich außen nach innen in die Zelle. Gerade im Kontext der Neurobiologie spielt die Natrium-Kalium-Ionenpumpe eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung des Ruhemembranpotentials – welches detailliert Bestandteil des hier eingeblendeten Videos oben rechts ist. Schauen wir uns das ein wenig genauer an: Entlang der Membran einer Nervenzelle existieren viele Kalium-Ionenkanäle. Im Ruhezustand sind diese Ionenkanäle geöffnet, sodass Kalium die Membran gut passieren kann. Denkt dran: Ionenkanäle befördern Ionen ohne Energieaufwand entlang ihres Konzentrationsgradienten. Da sich mehr Kaliumionen im Zellinneren befinden, strömen sie mit dem chemischen Konzentrationsgradienten vom Ort der höheren Konzentration zum Ort der niedrigeren Konzentration, also aus der Zelle hinaus. Eigentlich sind beide Seiten der Membran elektrisch neutral, weil die positiv geladenen Ka + Na – Ionen durch andere, negativ geladene Ionen, wieder ausgeglichen werden. Mit jedem Kaliumproton verlässt eine positive Ladung den Zellinnenraum – weil die negative Ladung, die die positive Ladung eigentlich aufheben, nicht mit aus der Zelle diffundieren, ist der Zellinnenraum gegenüber dem Zellaußenraum negativ geladen – es baut sich ein Membranpotential auf, das je nach Zelltyp variiert, meist aber so bei -70 mV liegt. Neben den Kaliumionenkanäle existieren auch vereinzelte Natriumionenkanäle, die im Ruhezustand allerdings geschlossen sind. Sie sind hier nicht abgebildet, schließlich kann Natrium nicht durch diese Ionenkanäle transportiert werden im geschlossenen Zustand. Und trotzdem kann auch Natrium langsam durch die Membran selbst strömen, und zwar in die Zelle, wo Natrium geringer konzentriert vorliegt. Dies widerspricht ein wenig der anfangs angesprochenen Impermeabilität der Membran für Ionen – dennoch existieren diese sogenannten Leckströme – wie bei einem Leck in einem Schiff läuft das Natrium ein und das Kalium aus. Was passiert, wenn es nun keine Natrium-Kalium-Ionenpumpe gäbe? Durch die Leckströme würden die Konzentratioinsunterschiede beider Ionenarten immer weiter abnehmen. Natrium würde – wenngleich langsam – so lange in die Zelle hineinströmen, bis die Konzentration auf beiden Seiten der Membran gleich groß ist. Kaliumionen hingegen fließen aus der Zelle, bis sich ein Konzentrationsgleichgewicht auf beiden Seiten einstellt. Die Folge wäre ein Ladungsausgleich und damit das Zusammenbrechen des Membranpotentials. Und ebenfalls zu berücksichtigen: Pro Zyklus werden mithilfe der Natrium-Kalium-Ionenpumpe drei Natrium-Ionen aus der Zelle und zwei Kalium-Ionen in die Zelle transportiert. Der Zellinnenraum verliert also ein positiv geladenes Teilchen pro Zyklus und wird gegenüber dem Bereich außerhalb der Zelle negativer – auch diese Komponente würde ohne die Ionenpumpe wegfallen. Ihr seht also: Die Natrium-Kalium-Pumpe sorgt also dafür, dass das Membranpotenzial bestehen bleibt. Ohne sie würde es langsam gegen null gehen, und die Nervenzellen wären nicht mehr erregbar.