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Gleichgewichtspotenzial

Englisch: equilibrium potential

1 Definition

Ein Gleichgewichtspotenzial eines Ions ist erreicht, sobald die elektrische und die osmotische Kraft, die das Ion über die Membran bewegen, gleich groß und entgegengesetzt sind.

2 Hintergrund

Ist das Gleichgewichtspotenzial erreicht, findet kein Nettoionenfluss mehr statt. Das heißt, dass für jedes Ion, das in die Zelle wandert, auch genau eines wieder hinaus wandert. Um herauszufinden, wann genau das elektrochemische Gleichgewicht eines Ions erreicht ist, kann die Nernst-Gleichung zu Hilfe gezogen werden.

3 Beispiel

Eine Kammer ist mit destilliertem Wasser gefüllt. Sie wird durch eine selektive, semipermeable Membran, die nur Kationen passieren lässt, in zwei gleiche Halbzellen unterteilt. Zudem befindet sich in jeder Halbzelle eine Elektrode, wobei beide durch ein Spannungsmessgerät miteinander verbunden sind. Löst man also in einer der beiden Halbzellen (z.B. rechts) Kochsalz (NaCl) auf, kann man zunächst einen Anstieg der Spannung beobachten - diese bleibt dann auch erhalten.

Da sich ein Konzentrationsgefälle einstellt, diffundieren die Natrium-Kationen durch die Membran. Da sich eine Ladungstrennung ergibt, baut sich ein Potenzialgefälle auf. Betrachtet man nun die Kammern, so wird die Innenseite der Membran (linke Kammer) positiv, die Außenseite (rechte Kammer) negativ. Die Diffusionsgeschwindigkeit der Kationen wird jedoch gebremst. Grund hierfür ist, dass einerseits ihr Konzentrationsgefälle schwächer wird, andererseits müssen die Kationen gegen das sich stetig aufbauende Potentialgefälle diffundieren.

Ein Diffusionsgleichgewicht stellt sich dann ein, wenn die treibende Kraft des Konzentrationsgefälles für die Diffusion nach links genau gleich groß ist, wie die treibende Kraft des Potentialgefälles für die Diffusion nach rechts. Außerdem sind im Gleichgewicht die Konzentrationen der Ionen innen von der Konzentration außen verschieden - weshalb auch eine Potentialdifferenz messbar ist.

4 Literatur

  • "Kurzlehrbuch Physiologie" - Jens Huppelsberg, Kerstin Walter, Thieme-Verlag, 3. Auflage
  • Wikipedia

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