Elektrochemischer Gradient
Englisch: electrochemical gradient
Definition
Als elektrochemischen Gradienten bezeichet man räumliche Unterschiede der Teilchenmenge bestimmter Ionen (chemischer Gradient) sowie die daraus resultierenden Spannungsunterschiede (elektrischer Gradient). Der Gradient basiert auf einer semipermeablen Zellmembran, die für die Ionen nicht durchlässig ist und auf aktiven Ionenpumpen, die Ionen gegen das Konzentrations- und Ladungsgefälle über die Membran transportieren.
siehe auch: Membranpotential
Hintergrund
Der Aufbau eines elektrochemischen Gradienten ist essentiell, um einer Zelle die Fähigkeit zur elektrischen Erregbarkeit zu geben, beispielsweise im Rahmen des Aktionspotentials. Der elektrochemische Gradient wird durch Ionenkanäle und Transporter hergestellt. Diese können entweder selektiv oder unselektiv gegenüber gewissen Ionen oder Stoffen sein und diese im Uniport, Symport oder Antiport in die Zelle schleusen.
In den Mitochondrien wird während der Atmungskette ein Protonengradient (H+) generiert, der die Zellen zur ATP-Synthese mittels ATP-Synthase befähigt.
siehe auch: protonenmotorische Kraft
Berechnung
Der elektrochemische Gradient eines bestimmten Ions lässt sich über die Nernst-Gleichung berechnen:
wobei
- EIon = Gleichgewichtspotenzial des Ions (mV)
- R = universelle Gaskonstante (8,31 J/mol·K)
- T = Temperatur (Kelvin)
- z = Wertigkeit des Ions
- F = Faraday-Konstante (9,65 C/mol)
- c = Konzentration des Ions
Das Gleichgewichtspotential von Kalium liegt beispielsweise bei rund -90 mV.
Literatur
- Hans-Christian Pape, Armin Kurtz, Stefan Silbernagl: Physiologie, 9. Auflage, Thieme Verlag
- Sadava et al. Purves Biologie. 10. Auflage, Springer Spektrum