Gleichgewichtspotentiale

Gleichgewichtspotentiale bezeichnen die Membranpotentiale, bei denen der elektrochemische Gradient eines bestimmten Ions null ist. Sie ergeben sich aus der Konzentrationsdifferenz der gleichen Ionen innerhalb und außerhalb der Zelle und aus der Temperatur. Unter der Annahme einer Membran, die ausschließlich durch dieses eine Ion permeabel ist und ohne aktive Transportprozesse, entspricht das Gleichgewichtspotential dem Nernstwert dieses Ions.

Die Nernst-Gleichung lautet: E_ion = (RT/zF) · ln([ion]_out/[ion]_in). In basis-10-Form entspricht E_ion bei 37 °C etwa 61.5 mV geteilt durch die Ladung z, multipliziert mit log10([out]/[in]). Je nach Ion ergeben sich typischerweise: E_K um −90 mV, E_Na um +60 mV, E_Cl oft um −70 mV, E_Ca deutlich positiv. Die Vorzeichen ergeben sich aus der jeweiligen Ladung des Ions.

Gleichgewichtspotentiale sind wesentlich für die Bestimmung der treibenden Kräfte, wenn Kanäle geöffnet sind. Ist die Membran durch mehrere Ionen permeabel, bestimmt die Goldman-Hodgkin-Katz-Gleichung die resultierende Ruhemembranpotenzial. Die Werte hängen von Temperatur und von den Konzentrationen der Ionen ab; Veränderungen der Gradienten oder der Temperatur verschieben die Gleichgewichtspotentiale.

In der Praxis werden Gleichgewichtspotentiale oft aus Konzentrationsverhältnissen abgeleitet oder über Messungen bei der Voltage-Clamp-Technik bestimmt. Sie liefern wichtige Orientierung für die Interpretation von Ionenströmen und der elektrischen Erregbarkeit von Zellen, insbesondere Neuronen.