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Ionenkanäle: Einführung

Ionen und ihre Hydrathülle

Ionen in wässrigem Milieu sind im Normalfall von einer Hydrathülle umgeben. Abhängig von der Ladung des Ions sind die Wasser-Moleküle, die ja Dipol-Charakter besitzen, entsprechend um das Ion herum orientiert. Die Hydrathülle führt das Ion mit sich bei seiner Diffusion, seine effektive Größe erhöht sich dadurch. Obwohl die Hydrathülle der physiologischen Ionen relativ dynamisch ist und einzelne Wasser-Moleküle ständig ihre Position und Orientierung verändern, sind die Hydratationsenergien hoch: Mit beispielsweise ca. 440 $kJ$ / $mol$ für Na⁺ liegen sie im Bereich von kovalenten Bindungen. Die Hydratationsenergie ist umso höher, je kleiner das Ion und je höher die Ionenladung ist. Energetisch ist es also äußerst ungünstig für das Ion, diese polare Umgebung zu verlassen und in die unpolare Lipidschicht der Membran einzudringen. Je kleiner ein Ion ist, desto konzentrierter ist seine Ladung und desto stärker das umgebende elektrische Feld. Damit werden die umgebenden Wasser-Moleküle auch stärker angezogen. Das heißt, dass Na⁺ eine größere Hydrathülle mit sich führt als K⁺.