natriumgradienten

Natriumgradienten bezeichnen Unterschiede der Natriumionenkonzentration und des elektrischen Potentials über eine biologische Membran oder zwischen Kompartimenten. Sie bestehen aus einem chemischen Gradient der Na+-Konzentration sowie einem elektrischen Gradient, der aus dem Membranpotential resultiert. Gemeinsam bilden sie die elektrochemische Natriumgradient, die als Treibkraft für Transportprozesse dient.

In tierischen Zellen liegt die äußere Na+-Konzentration typischerweise bei etwa 140 mM, die innere bei ungefähr 10–15 mM. Das Ruhemembranpotential liegt meist im Bereich von −60 bis −70 mV. Der Na+-Gradient erzeugt eine starke elektrodynamische Antriebskraft, und das Gleichgewichtspotenzial von Na+ liegt nach der Nernst-Gleichung bei rund +60 mV unter normalen Bedingungen.

Der Gradient wird vor allem durch die Na+/K+-ATPase aufrechterhalten, die drei Na+ aus der Zelle heraus pumpt und zwei K+ hinein transportiert, wofür ATP benötigt wird. Weitere Transporter wie Na+/H+-Austauscher, Na+-abhängige Symporter und Na+/K+-abhängige Transportkräfte nutzen den Gradient, um andere Substanzen, etwa Glukose oder Aminosäuren, zu transportieren.

Funktionen umfassen die Erzeugung und Weiterleitung von Aktionspotentialen in Nervengeweben, den Transport von Nährstoffen und Ionen sowie die Osmoregulation. In manchen Bakterien und Archaea kann die Natriumgradienten auch als Energiequelle dienen, etwa für ATP-Synthese oder Motilität, wodurch die Na+-Motivkraft eine zentrale Rolle in der Energieumwandlung übernimmt.

Messungen erfolgen über elektrochemische Methoden, Patch-Clamp-Technik oder Berechnungen der elektrochemischen Gradienten.