IonenGradienten

Ionengradienten sind Unterschiede der Konzentration und der elektrischen Ladung von Ionen über eine Membran. Sie entstehen, wenn Ionen aktiv gegen ihr Gleichgewicht transportiert werden oder durch selektive Kanäle diffundieren. Solche Gradienten dienen als zentrale Energiequelle in Zellen und Geweben.

Der chemische Gradient ergibt sich aus Unterschieden in Ionenkonzentration (z. B. Na+, K+, H+, Ca2+). Der elektrische Gradient ergibt sich aus dem Membranpotenzial, der elektrischen Spannung zwischen Innen- und Außenseite. Zusammen bilden sie den elektrochemischen Gradient, der oft als protonenmotorische Kraft (PMF) bezeichnet wird, insbesondere bei Protonen in der mitochondrialen inneren Membran, bestehend aus Δψ und ΔpH.

Gradienten entstehen durch Primär aktiv Transporter wie die Na+/K+-ATPase, die Na+ nach außen und K+ nach innen pumpen. Sekundäre aktive Transporter nutzen vorhandene Gradienten, um andere Substanzen zu transportieren (Symport, Antiport). Diffusion durch Kanäle lässt Gradienten durchlässig und führt zur Entladung der Spannung.

Rollen: In Nervenzellen treibt der Natrium-Kalium-Gradient die Aktionspotential-Propagation; in Mitochondrien treibt die Protonengradient die ATP-Synthese an; in Organismen reguliert er Osmose und den Transport von Nährstoffen.

Messung und Bedeutung: Das Membranpotential wird in Millivolt gemessen; Ionenkonzentrationen in Millimolar. Bedeutungsvoll sind Gradiententätigkeiten für Signalweiterleitung, Energieproduktion und Ionentransport; Störungen der Gradienten kommen mit verschiedenen Erkrankungen in Verbindung.