Die Natriumkanäle der postsynaptischen Membran sind meistens so gebaut, dass theoretisch auch Kalium-Ionen durch sie hindurch passen würden. Nur fließen normalerweise keine Kalium-Ionen durch diese Kanäle. Dies hat vorwiegend elektrochemische Gründe, die ich hier kurz erklären möchte.
Welche Ionen wie stark in welche Richtung fließen, hängt von genau zwei Faktoren ab:
- Konzentrationsgradient (chemisches Potenzial der Ionen)
- Membranspannung (elektrisches Potenzial)
Bei Nervenzellen haben wir einen starken Na+-Gradienten von außen nach innen und einen starken K+-Gradienten von innen nach außen. Wenn sich jetzt Kanäle öffnen, durch die beide Ionensorten hindurchpassen, so müssten Na+-Ionen in die Zelle hinein strömen, K+-Ionen dagegen aus der Zelle heraus.
Warum kann man beim Öffnen der transmittergesteuerten Na+/K+-Kanäle der postsynaptischen Membran aber fast ausschließlich einen Na+-Einstrom beobachten?
Ganz einfach: Wir haben das elektrische Potenzial noch nicht berücksichtig, das an der postsynaptischen Membran herrscht. Machen wir uns den Einfluss der Membranspannung auf den Na+-Einstrom bzw. den K+-Ausstrom einmal klar. Der Einfachheit halber wollen wir dabei nur zwischen drei verschiedenen Situtationen unterscheiden:
- Situation bei -70 mV (Ruhepotential)
Das Innere der postsynaptischen Membran ist negativ geladen. Diese negative Ladung begünstigt das Eindringen von Natrium-Ionen und behindert gleichzeitig das Ausströmen von Kaliumionen. Daher sollte man einen starken Natriumeinstrom und einen geringen Kaliumausstrom erwarten. - Situation bei -50 mV (schwache Depolarisierung)
Die chemischen Natrium- und Kalium-Potenziale haben sich durch das Einströmen der Natrium-Ionen nur minimal verändert.
Das kann man für das elektrische Potenzial allerdings nicht behaupten. Durch das Einströmen der Natrium-Ionen ist die Innenseite der Membran nicht mehr ganz so negativ, die Außenseite nicht mehr ganz so positiv wie bei -70 mV.
Die Natrium-Ionen werden somit nicht mehr so stark von der Innenseite angezogen, die Kalium-Ionen nicht mehr so stark auf der Innenseite zurückgehalten. Der Na+-Einstrom ist also nicht mehr so groß wie bei -70 mV, während der K+-Ausstrom stärker wird. - Situation bei -30 mV (stärkere Depolarisierung).
Die Natrium-Ionen dringen zwar weiter in die Zelle ein, weil der Konzentrationsgradient immer noch ziemlich stark ist, aber die elektrische Anziehung durch die Membraninnenseite ist deutlich schwächer geworden. Es strömen also viel weniger Na+-Ionen in die Zelle als bei -50 mV oder gar -70 mV.
Die K+-Ionen dagegen werden kaum noch durch die elektrische Ladung auf der Membraninnenseite zurückgehalten; sie strömen jetzt sehr viel stärker nach außen als bei -50 oder gar -70 mV.