🧬 Membrantransport — Ionenkanäle

Konzentrationsgradienten allein (wie bei der einfacheren Nernst-Gleichung) sagen nur, wohin ein Ion „will“, aber eine für dieses Ion undurchlässige Membran lässt es unabhängig vom Gradienten nicht passieren. Die GHK-Gleichung multipliziert die Konzentrationen jedes Ions mit seiner Permeabilität, sodass Ionen, die die Membran tatsächlich durchlässt, das resultierende Membranpotenzial dominieren.

Das Nernst-Potenzial jedes Ions ist die Spannung, bei der seine elektrische Antriebskraft seinen Konzentrationsgradienten genau ausgleicht. Na⁺ ist außerhalb der Zelle weitaus stärker konzentriert, sodass eine positive Innenspannung nötig ist, um sein Einströmen zu stoppen; K⁺ ist innen weitaus stärker konzentriert, sodass eine negative Innenspannung nötig ist, um sein Ausströmen zu stoppen.

Die Netto-Antriebskraft ist die Differenz zwischen dem tatsächlichen Membranpotenzial V_m und dem eigenen Nernst-Gleichgewichtspotenzial dieses Ions. Eine große Antriebskraft auf Na⁺ (V_m weit von E_Na entfernt) bedeutet, dass Na⁺ stark zum Einströmen gedrängt wird, sobald Kanäle sich öffnen; eine kleine Antriebskraft auf K⁺ (V_m nahe an E_K) bedeutet, dass K⁺ bereits nahezu im Gleichgewicht ist.

Jeder offene Kanal lässt Na⁺ entlang seines Gradienten einströmen und K⁺ ausströmen, was die Konzentrationsunterschiede, die das Ruhepotenzial überhaupt erst erzeugen, allmählich abbauen würde. Die Pumpe bewegt pro ATP-Zyklus aktiv 3 Na⁺ nach außen und 2 K⁺ nach innen und stellt so kontinuierlich die Gradienten wieder her, die die Diffusion ständig zu beseitigen versucht.

Da die GHK-Gleichung den Beitrag jedes Ions nach seiner Permeabilität gewichtet, verschiebt eine Erhöhung von P_Na relativ zu P_K das V_m weg vom Ruhepotenzial (nahe E_K) und hin zu E_Na — genau das geschieht während eines Aktionspotenzials, wenn sich spannungsgesteuerte Na⁺-Kanäle öffnen und die Membran kurzzeitig weit durchlässiger für Na⁺ machen.