Membranströme

Membranströme sind Ionenströme, die durch die Plasmamembran lebender Zellen fließen. Sie entstehen, wenn Ionen durch Membranproteine wie Ionenkanäle, Transporter oder Exchanger den elektrochemischen Gradientefolgen. Die Ströme tragen zur Ruhemembranpotenzial, zur Initiierung und Weiterleitung von Aktionspotentialen sowie zur Regulierung der intrazellulären Ionenkonzentrationen bei.

Prinzipien und Messung

Der durch einen bestimmten Ionenkanal fließende Strom wird prinzipiell durch die Leitfähigkeit des Kanals und den Unterschied zwischen membranpotenzial und dem Gleichgewichtspotenzial des Ions bestimmt: I = g·(V − E_rev). Das Gleichgewichtspotenzial E_rev wird durch das Nernst-Gesetz beschrieben; bei mehreren Ionenarten wird oft das Goldman-Hodgkin-Katz-Verfahren verwendet. Ionenströme können zeitlich geformt sein, etwa durch Aktivierungs- und Inaktivierungsgesteuerte Öffnung von Kanälen (Gating). In der Praxis werden Membranströme häufig mit der Patch-Clamp-Technik gemessen und mit Modellen wie dem Hodgkin-Huxley-Formalismus beschrieben.

Typen von Membranströmen

Zu den zentralen Strömen gehören Leckströme (nimmt bei Ruhe zu), spannungsgesteuerte Na⁺-, K⁺- und Ca²⁺-Ströme (sie bestimmen Form und Dauer von Aktionspotentialen), ligandengesteuerte Ströme (z. B. durch Neurotransmitter aktivierte Kanäle), sowie mechanisch oder temperaturabhängige Ströme. Elektronen- oder Pumpströme (DurchAusgleich der Ionenkonzentrationen durch Pumpsysteme) tragen langfristig zur Ionenspeicherung, verursachen aber meist keine schnelle Veränderung des Membranpotenzials.

Bedeutung

Membranströme steuern Erregungsleitung in Nervenzellen, Rhythmusbildung im Herzen, Muskelkontraktion und epitheliale Transportprozesse. Fehler in Kanalaktivität führen zu Kanalopathien und neurologischen oder kardiovaskulären Erkrankungen. Die Erforschung von Membranströmen bildet eine zentrale Grundlage der Neuro- und Physiologie sowie der Pharmakologie.