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| Ionenkanäle sind Membranproteine, die die Zellmembran von innen nach aussen durchspannen und die - das ist das besondere - eine enge Pore besitzen, durch die Ionen aus der Zelle heraus oder in die Zelle hinein gelangen können. Neben den Poren der Ionenkanäle haben die Ionen noch die Ionenpumpen und Ionentransporter für den Weg über die Membran. Die Membran selbst ist für Ionen undurchlässig. Ionenkanäle transportieren in beide Richtungen. Aber: Die Pore ist nicht einfach ein Loch. Die Pore ist vielmehr eine Bindestelle für das transportierte Ion. Diese Bindestelle ist nötig, um das Ion von seinem Wassermantel (Hydrathülle) zu befreien, mit dem zusammen es nicht durch die Pore passt. In der Pore entscheidet sich auch, welches Ion (K, Na, Ca, Cl) durchgelassen wird und welches nicht. |  |
| Exkurs: Dehydratation Ionen liegen in wässriger Lösung nicht isoliert vor, sondern sie sind in einen Komplex von Wassermolekülen eingebunden, den sogenannten Hydratmantel. Die Wasserdipole sind darin elektrostatisch an das Ion gebunden. Hydratisierte Ionen gelangen im allgemeinen nicht durch die Poren von Ionenkanälen, weil der Porendurchmesser an der engsten Stelle nur wenig größer ist als das transportierte Ion. Eine Voraussetzung für den Ionen-fluß durch eine Kanalpore ist deshalb die Entfernung des Hydratmantels, die Dehydratation. Dazu muß die Energie der Wechselwirkung von Ion und Wasser (Hydratationsenergie) durch die Energie der Bindung des Ions an die Kanalpore (Bindungsenergie) ersetzt werden. Die Bindungsenergie wird von einer (oder mehreren) Bindestellen in der Pore bereitgestellt. Die Energiedifferenz [Bindungsenergie - Hyratationsenergie] entscheidet also darüber, ob ein Ion von einem Kanal über die Membran geleitet wird. Unterschiede in der Hydratationsenergie sind eine Grundlage der Ionenselektivität von Kanäle, die allein aufgrund der Ionengröße nicht zu erklären ist. |
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| Ist das Ion erst einmal in der Pore gebunden, springt es mit der gleichen Wahrscheinlichkeit zur Innenseite wie zur Aussenseite heraus. Zu einem K-Nettofluss von innen nach aussen kommt es nur, weil viel mehr Ionen von der Innenseite her in die Pore gelangen als von aussen. Denn die Anzahl der K-Ionen, die in Reichweite des Kanals sind und in die Pore diffundieren können ist innen grösser (140 mM K) als aussen (5 mM K). Die Fähigkeit einer Ionensorte, in einen Ionenkanal zu diffundieren bezeichnet man als chemisches Potential, eine Grösse, die der Konzentration des jeweiligen Ions proportional ist. Neben dem chemischen Potential wird der Ionenfluss durch Ionenkanäle auch durch das elektrische Potential bestimmt. Zusammen ergeben diese beiden Faktoren das elektrochemische Potential. ... weiter mit: Das elektrochemische Potential |  |