Membranpotential eines Axons im unerregten Zustand.

Ionenverteilung an der Axonmembran:

Das Ungleichgewicht in der Ionenverteilung im Extra- und Intrazellularraum ist die Voraussetzung für Entstehung des Ruhepotenzials an der Membran eines Axons. Dabei ist die Axonmembran kein vollständiger Isolator, sondern für bestimmte Ionenarten beschränkt durchlässig (selektiv permeabel). Dies gilt insbesondere für Kalium-Ionen, die relativ gut durch die Axonmembran diffundieren können.

Durch die weit höhere K+-Konzentration an der Membraninnenseite treffen Kalium-Ionen dort häufiger auf Poren und treten durch diese hindurch. Der Kalium-Ionen-Durchtritt aus dem Extrazellular- in den Intrazellularraum ist hingegen weit geringer. Die Folge ist ein Netto-Ausstrom der Kalium-Ionen aus der Zelle, was jedoch schnell zu einem Konzentrationsausgleich der Kalium-Ionen führen würde. Um das zu verhindern, muss eine gleich große Kraft entgegen wirken. Diese Gegenkraft entsteht aufgrund der Ionen-Ladung eines aus der Zelle diffundierenden Kalium-Ions. Es wird eine positiven Aufladung der Außenseite mit entsprechend gleich großer negativer Aufladung der Membraninnenseite erzeugt. Man sprich von einem Membranpotenzial.

Das Membranpotenzial ist so gerichtet, dass es einem weiteren K+-Ausstrom entgegen wirkt. Es wächst so lange an, bis seine dem K+-Ausstrom entgegen wirkende Kraft gleich groß ist wie der osmotische Druck der Kalium-Ionen.

Von einem Ruhepotenzial spricht man, wenn der Ein- und Ausstrom der Kalium-Ionen sich im Gleichgewicht befindet. Somit ist das Ruhepotenzial in großer Näherung ein K+-Gleichgewichtspotenzial.

Das Ruhepotenzial wird zusätzlich aber auch von der erheblich geringeren Durchlässigkeit der Axonmembran für Chlorid- und Natrium-Ionen beeinflusst.