Neben Redox-Potentialen spielen in den Zellen auch Diffusionspotentiale eine wichtige Rolle.
Befinden sich auf den zwei Seiten einer semipermeablen Membran Salzösungen unterschiedlicher
Konzentration, baut sich ein osmotischer Druck auf.
Ist die Membran nur für die Kationen, nicht aber für die Anionen durchlässig,
diffundieren einige Kationen von der Lösung hoher Konzentration in die niedriger Konzentration.
Es kommt zu einer Ladungstrennung und dadurch zur Ausbildung eines Potentials.
Die Zellmembran enthält spezielle Kanäle (Transportproteine) für die unterschiedlichen
Ionenarten. Während Natrium- und Chlorid-Kanäle meist geschlossen sind, sind die
Kalium-Kanäle in der Regel geöffnet. Die K+-Konzentration ist in der Zelle
erheblich größer als im Extrazellularraum. Es kann sich somit ein
K+-Diffusionspotential ausbilden.
Auch die Diffusionspotentiale können mittels der Nernstschen Gleichung berechnet werden,
in der Gleichung steht dann der Quotient aus den Ionenkonzentrationen außerhalb
([K+]a) und innerhalb ([K+]i)
der Zelle. Das Standardpotential (E°) entfällt hier, da es sich hier nicht um
eine Redox-Reaktion handelt.
Die Kalium-Konzentration beträgt in der Zelle etwa 120 mmol/l, außerhalb ca.
4 mmol/l. Das Kalium-Diffusionspotential beträgt damit etwa 90 mV. In der
Praxis werden etwas kleinere Potentiale gemessen (70-80 mV), da noch andere
Ionen am Zellpotential beteiligt sind.
Bei Nerven- und Muskelzellen sind
Membranpotential-Änderungen verantwortlich für die Erregung dieser Zellen.