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Tutorial MenueChemie für MedizinerLerneinheit 9 von 19

Chemie für Mediziner: Redox-Reaktionen

Exkurs: Physiologische Bedeutung von Potentialen

Neben Redox-Potenzialen spielen in den Zellen auch Diffusionspotenziale eine wichtige Rolle. Befinden sich auf den zwei Seiten einer semipermeablen Membran Salzlösungen unterschiedlicher Konzentration, baut sich ein osmotischer Druck auf (Vergleichen Sie Kapitel Heterogene Gleichgewichte). Ist die Membran nur für die Kationen, nicht aber für die Anionen durchlässig, diffundieren einige Kationen von der Lösung hoher Konzentration in die niedriger Konzentration. Es kommt zu einer Ladungstrennung und dadurch zur Ausbildung eines Potenzials.

Die Zellmembran enthält spezielle Kanäle (Transportproteine) für die unterschiedlichen Ionenarten. Während Natrium- und Chlorid-Kanäle meist geschlossen sind, sind die Kalium-Kanäle in der Regel geöffnet. Die K+-Konzentration ist in der Zelle erheblich größer als im Extrazellularraum. Es kann sich somit ein K+-Diffusionspotenzial ausbilden.

Auch die Diffusionspotenziale können mittels der Nernst'schen Gleichung berechnet werden, in der Gleichung steht dann der Quotient aus den Ionenkonzentrationen außerhalb ( [ K + ] aussen ) und innerhalb ( [ K + ] innen ) der Zelle. Das Standardpotenzial () entfällt hier, da es sich hier nicht um eine Redox-Reaktion handelt.

Δ E = 0,06 V log [ K + ] i [ K + ] a

Die Kalium-Konzentration beträgt in der Zelle etwa 120 mmolL-1 , außerhalb ca. 4 mmolL-1 . Das Kalium-Diffusionspotenzial beträgt damit etwa 0,09 V. In der Praxis werden etwas kleinere Potentiale gemessen (0,07 - 0,08 V), da noch andere Ionen am Zellpotenzial beteiligt sind.

Bei Nerven- und Muskelzellen sind Membranpotenzial-Änderungen verantwortlich für die Erregung dieser Zellen.

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