Was ist die Nernst-Gleichung?
Die Nernst-Gleichung bestimmt das Ruhepotential von Zellmembranen im Körper als Faktor für die Konzentration von Ionen innerhalb und außerhalb der Zelle. Zellen sind die Grundeinheit des Körpers, und die Umgebung innerhalb der Zelle ist durch eine Zellmembran von der Außenseite getrennt. Die intrazelluläre Umgebung enthält eine Konzentration von Ionen, die sich von der der extrazellulären Umgebung unterscheidet, so dass sich eine elektrische Ladung entwickelt, die als Ruhepotential bezeichnet wird. Die Ionen, die für die Bestimmung des Ruhepotentials am einflussreichsten sind, sind diejenigen, für die die Zellmembran am durchlässigsten ist: Natrium und Kalium. Innerhalb der Zelle befindet sich eine höhere Kaliumkonzentration als außerhalb der Zelle, und das Gegenteil gilt für das Natriumion.
Für viele Zellen im Körper bleibt das Ruhepotential für die Dauer des Zelllebens konstant. Bei erregbaren Zellen wie denjenigen der Nerven und Muskeln bezieht sich das Ruhepotential jedoch einfach auf das Membranpotential, wenn die Zelle nicht erregt ist. Eine erregbare Zelle ist eine Zelle, die einen elektrischen Impuls erzeugt, der bei einer Muskelzelle zu einer Kontraktion der Zelle führt oder bei einer Nervenzelle ein Signal abgibt.
Durch Anregung ändert sich die Permeabilität der Membran für Ionen, hauptsächlich Kalium und Natrium. Dies ermöglicht den Fluss von Ionen aus dem Bereich höherer Konzentration in den Bereich niedrigerer Konzentration, und dieser Fluss verursacht einen elektrischen Strom, der die Ladung über die Membran ändert. Daher ist die Nernst-Gleichung in diesem Fall nicht anwendbar, da die Nernst-Gleichung nur die Ionenkonzentration berücksichtigt, wenn keine Permeabilität über die Zellmembran vorliegt.
Die Nernst-Gleichung berücksichtigt Konstanten wie die Faraday-Konstante, die universelle Gaskonstante, die absolute Körpertemperatur und die Wertigkeit der betrachteten Ionen. Kalium ist das am häufigsten in der Gleichung berücksichtigte Ion. Es ist das Ion mit der größten Permeabilität und fließt daher am meisten durch die Membran.
Die Nernst-Gleichung wurde kritisiert, weil davon ausgegangen wird, dass kein Nettofluss von Ionen durch die Zellmembran vorliegt. Realistisch gesehen gibt es nie einen Nettofluss von Ionen, da Ionen aufgrund von Leckage entweichen oder von der Zelle aktiv durch die Membran gepumpt werden. In vielen Fällen wird die universellere Goldman-Gleichung bei der Vorhersage des Membranpotentials bevorzugt. Die Goldman-Gleichung berücksichtigt die Durchlässigkeit der Membran für Ionen, um das Membranpotential genauer einschätzen zu können. Sie kann für erregbare und nicht erregbare Zellen verwendet werden.