Hyperpolarisation (Biologie)

Definition und Bedeutung

Hyperpolarisation oder Hyperpolarisierung bezeichnet in Biologie und Physiologie eine Zunahme der Membranspannung einer Sinnes-, Nerven- oder Muskelzelle über ihren Ruhewert hinaus. Das Membranpotential, also die elektrische Spannung zwischen Innen- und Außenseite der Zellmembran, wird dabei im Zellinneren noch negativer.

Die Hyperpolarisation ist das Gegenteil der Depolarisation, bei der das Potential im Zellinneren positiver wird. Sie wirkt hemmend, weil sie die Schwelle für die Auslösung einer Erregung anhebt. Ausgelöst werden kann sie durch inhibitorische, also hemmende Synapsen, durch das Öffnen oder Schließen bestimmter Ionenkanäle oder durch eine von außen angelegte Spannung geeigneter Polarität.

Der Begriff wird nicht immer einheitlich verwendet: Er kann als Synonym für Repolarisation gebraucht werden oder ausschließlich die Nachhyperpolarisation bezeichnen, die auf die Repolarisation folgt.

Nachhyperpolarisation beim Aktionspotential

Ein Aktionspotential ist eine vorübergehende Veränderung des Membranpotentials, durch die eine Zellmembran erregt wird. Nach der Depolarisation öffnen sich spannungsabhängige K⁺-Kanäle und Cl⁻-Kanäle. Dadurch beginnt zunächst die Repolarisation: Das Membranpotential kehrt zum Ruhepotential von etwa −70 mV zurück.

Anschließend unterschreitet das Potential den Ruhewert um ungefähr 10 bis 30 mV und erreicht etwa −100 mV. Diese Nachhyperpolarisation wird auch „Nachpotential“ genannt. Sie entsteht, weil sich die Kaliumkanäle beim Erreichen des Ruhepotentials nur langsam schließen. Während dieser Zeit diffundieren weiterhin Kaliumionen durch die Membran, sodass das Zellinnere vorübergehend stärker negativ wird.

Es wird vermutet, dass diese Hyperpolarisation dazu dienen könnte, die Na⁺-Kanäle möglichst schnell wieder erregbar zu machen.

Hyperpolarisation in Fotorezeptorzellen

Fotorezeptorzellen sind Sinneszellen, die Licht aufnehmen. Wegen des sogenannten Dunkelstroms besitzen sie ein Ruhepotential von ungefähr −40 mV. Wenn sie Photonen absorbieren, wird eine Signalkaskade ausgelöst, also eine Folge miteinander verbundener Vorgänge innerhalb der Zelle.

Diese Signalkaskade führt zum Schließen cGMP-abhängiger Na⁺-Kanäle. Dadurch hyperpolarisiert die Zellmembran. Auf diese Weise wird der äußere Reiz Licht in ein elektrisches Signal übersetzt, nämlich in eine Veränderung des Membranpotentials.