Nervenzellen im Ruhezustand eine elektrische Ladung über ihren Membranen: das Äußere der Zelle ist positiv geladen und das Innere der Zelle ist negativ geladen. Depolarisation tritt auf, wenn die Nervenzelle diese Ladungen umkehrt; um sie wieder in einen Ruhezustand zu versetzen, die Neuron sendet ein weiteres elektrisches Signal. Der gesamte Prozess findet statt, wenn die Zelle bestimmte Ionen in die Zelle ein- und ausströmen lässt.
Wie Polarisation funktioniert
Polarisation ist das Vorhandensein entgegengesetzter elektrischer Ladungen auf beiden Seiten einer Zellmembran. In Gehirnzellen ist das Innere negativ und das Äußere positiv geladen. Um dies zu ermöglichen, sind mindestens drei Elemente erforderlich. Zunächst braucht die Zelle Moleküle wie Salze und Säuren, die elektrisch geladen sind. Zweitens braucht die Zelle eine Membran, die elektrisch geladene Moleküle nicht ungehindert passieren lässt. Eine solche Membran dient zur Ladungstrennung. Drittens müssen die Zellen Proteinpumpen in der Membran haben, die elektrisch geladene Moleküle auf eine Seite bewegen können und einen Molekültyp auf dieser Seite und einen anderen auf der anderen Seite speichern.
Polarisiert werden
Eine Zelle wird polarisiert, indem verschiedene Arten von elektrisch geladenen Molekülen auf verschiedenen Seiten ihrer Membran bewegt und gespeichert werden. Ein elektrisch geladenes Molekül heißt an Ion. Neuronen pumpen Natriumionen aus sich selbst heraus, während sie Kaliumionen einbringen. Im Ruhezustand – wenn die Zelle kein elektrisches Signal an andere Zellen sendet – hat ein Neuron außen etwa 30-mal mehr Natriumionen als innen; für Kaliumionen gilt das Gegenteil. Das Innere der Zelle enthält auch Moleküle, die als organische Säuren bezeichnet werden. Diese Säuren haben negative Ladungen, also tragen sie zur negativen Ladung in der Zelle bei.
Depolarisation und Aktionspotential
Ein Neuron kommuniziert mit einem anderen Neuron, indem es ein elektrisches Signal an seine Fingerspitzen sendet, wodurch die Fingerspitzen Chemikalien freisetzen, die eine benachbarte Zelle stimulieren. Dieses als postsynaptische Potential bekannte elektrische Signal und die Art des Potentials definieren eine abgestufte Depolarisation der Membran. Wenn es groß genug ist, löst es ein Aktionspotential aus. Aktionspotentiale treten auf, wenn das Neuron Proteinkanäle in seiner Membran öffnet. Diese Kanäle ermöglichen, dass Natriumionen von außerhalb der Zelle in die Zelle fließen. Der plötzliche Natriumschub in die Zelle ändert die elektrische Ladung im Inneren der Zelle von negativ auf positiv, was auch die Außenseite von positiv auf negativ ändert. Das gesamte Ereignis von Depolarisation zu Repolarisation findet in etwa 2 Millisekunden statt, wodurch Neuronen Aktionspotentiale in schnellen Bursts abfeuern können, die eine neuronale Kommunikation ermöglichen.
Repolarisationsprozess
Ein neues Aktionspotential kann nicht stattfinden, bis die richtige elektrische Ladung über der Membran des Neurons wiederhergestellt ist. Das bedeutet, dass das Innere der Zelle negativ sein muss, während das Äußere positiv sein muss. Eine Zelle stellt diesen Zustand wieder her oder repolarisiert sich selbst, indem sie eine Proteinpumpe in ihrer Membran einschaltet. Diese Pumpe wird Natrium-Kalium-Pumpe genannt. Für jeweils drei Natriumionen, die es aus einer Zelle pumpt, pumpt es zwei Kaliumionen hinein. Die Pumpen tun dies, bis die richtige Ladung im Inneren einer Zelle erreicht ist.
