Alle Bioelektrizität wird durch die Aktivität von Ionenkanälen verursacht. Um die Eigenschaften
von Ionenkanälen untersuchen zu können, entwickelten Erwin Neher und Bert Sakmann eine Ableitungsmethode,
bei der eine mechanisch feste Verbindung zwischen der Plasmamembran und der Messpipette ("Gigaseal")
die Registrierung sehr kleiner Ströme - Ströme durch ein einzelnes Kanalmolekül - ermöglicht.
Dazu wird eine saubere, glattpolierte Glaspipette (die Salzlösung und die Meßelektrode enthält) auf die
Plasmamembran einer Zelle - hier eines Neurons - gesetzt. Bei Ansaugen der Membran in die Pipettenspitze, bildet sich
ein Gigaseal durch Wechselwirkung zwischen Membranoberfläche und Glas.
Aus: Numberger, M., Draguhn, A. (1996)
Nachdem das Gigaseal ausgebildet ist (a), kann der Strom durch einzelne Kanäle in der Plasmammebran gemessen
werden. Dabei kann man untersuchen, wie die Kanalaktivität von der Zelle reguliert wird zB unter dem Einfluß
von Hormonen oder anderen Stoffen, die die Zelle beeinflussen. Diese Konfiguration wird als on-cell oder cell-attached
bezeichnet. Das Gigseal ist so stabil, daß auch nach Zurückziehen der Pipette die Ableitungskonfiguration erhalten
bleibt (c). In dieser Konfiguration (inside-out) können die Lösungen auf Innen- und Außenseite
der Membran experimentell konrolliert werden - eine Voraussetzung für die genaue Untersuchung der Kanaleigenschaften.
Um ganze Zellen elektrophysiologisch zu untersuchen, wird das Membranstück in der Pipettenspitze durch Sog entfernt. Dadurch
erhält man Zugang zum Zellinnern (b), kann die Zelle mit Pipettenlösung füllen und Ströme von der gesamten
Plasmamembran ableiten (whole-cell-Konfiguration). Nach Zurückziehen der Pipette in dieser Konfiguration schließt sich
die Membran wieder, diesmal aber so, daß die ursprünglich zytoplasmatische Seite dem Innern der Pipette zugekehrt ist.
Diese Konfiguration (outside-out) dient vor allem zur Erforschung exogener Einwirkungen auf die Kanäle - zB die Wirkung
von Toxinen.
Institut für Biologische Informationsverarbeitung im
