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Passiver Membrantransport - Prinzip und Mechanismen

Donnan-Gleichgewicht

Donnan-Gleichgewicht
Das Donnan-Gleichgewicht ist ein Regelmechanismus der Ionenverteilung in Elektrolytlösungen an semipermeablen Membranen. Wenn zwei durch eine semipermeable Membran getrennte Elektrolytlösungen vorliegen und ein Kompartiment zusätzlich impermeable Teilchen wie z.B. Eiweiße enthält, kommt es zur Diffusion. Diese erfolgt so lange, bis das Produkt der wanderfähigen Ionen auf beiden Seiten der Membran gleich ist.

F.G. Donnan suchte eine Erklärung für die Verteilung der Ionen im intra- und extrazellulären Raum. Seine Theorie der Membrangleichgewichte beruhte auf Experimenten mit künstlichen semipermeablem Membranen. Diese Membranen besaßen wie die Zellmembran sowohl für K+ wie für Cl--Ionen eine gewisse Permeabilität. Durch Diffusion stellte sich deshalb nach einiger Zeit immer eine Gleichverteilung der Ionen auf beiden Seiten der Membran ein.

Ein Beispiel dafür sind zwei durch semipermeable Membran getrennte Kompartimente mit verdünnter KCl. Die Membran ist sowohl für K+ als auch für Cl- -Ionen durchlässig. Wird in das Kompartiment B ein Kalium-Salz eines großen Anions zugesetzt, für welches die Membran völlig undurchlässig ist, können die K+ und Cl- frei durch die Membran diffundieren - das große Anion verbleibt im Kompartiment B. So muss hier die K+ -Konzentration ansteigen. Da aber weiterhin auf beiden Seiten die Bedingung der elektrischen Neutralität erfüllt sein muss, folgen Cl- -Ionen in entsprechender Menge. Diese müssen nun aber entgegen ihrem Konzentrationsgefälle die Seiten wechseln. Die Diffusion von K+ und Cl- stoppt erst, wenn sich folgendes Gleichgewicht einstellt:

[ K + ] A [ K + ] B = [ C l ] B [ C l ] A

Das sich einstellende Gleichgewicht nennt man das Donnan-Gleichgewicht.

Abb.1
Die Entstehung des Donnan-Gleichgewichts

Dieses Gleichgewicht betrifft aber nur die Ionenwanderung. Osmotisch bleibt in diesem Modellsystem ein Ungleichgewicht erhalten, das zum Aufbau eines osmotischen Druckes führt. Die ungleiche Ladungsverteilung entlang der Membran führt zur Ausbildung eines Membranpotenzials.

Donnan-Gleichgewichte sind von großer physiologischer Bedeutung und bauen sich z.B. zwischen dem intrazellulären und dem extrazellulären Raum auf.

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