ドナン効果

ドナン効果は、ギブス・ドナン効果（Donnan's effect、Donnan law、Donnan equilibrium、Gibbs-Donnan equilibrium）とも言われる。その内容は、半透膜の近くにあるイオンが、膜の両側に均等に分配されないことである[1]。通常の原因は、異なる電荷を帯びた物質が存在し、それが膜を通過できないために不均一な電荷が生じることである[2] 。

例えば、血漿中の大きなアニオン性タンパク質は、毛細血管壁を透過しない。一方小さな陽イオンは引き寄せられるが、タンパク質には結合していないので、小さな陰イオンは小さな陽イオンよりも容易に陰イオン性タンパク質から離れて毛細血管壁を通過する。 したがって、あるイオン種は障壁を通過できるが、他のイオン種は通過できない。溶液はゲルやコロイドであったり、エレクトロライトの溶液であったりするので、ゲル同士、あるいはゲルと液体の相境界も選択的障壁として働くことがある。このような2つの溶液の間に生じる電位をドナン電位という。

ギブス・ドナン効果は、1878年に提案したアメリカの物理学者であるウィラード・ギブズと、1911年に実験的に研究したイギリスの化学者フレデリック・ドナンにちなんで命名された[3]。

膜の片側に電荷を帯びた不透過性のイオン（例えばタンパク質）が存在すると、透過性の電荷を帯びたイオンの分布が非対称になる。平衡状態におけるGibbs-Donnan方程式は次のようになる（透過イオンをNa⁺とCl^-と仮定）:

$${\displaystyle [{\text{Na}}^{+}]_{\alpha }[{\text{Cl}}^{-}]_{\alpha }=[{\text{Na}}^{+}]_{\beta }[{\text{Cl}}^{-}]_{\beta }}$$

式変形をすると以下のようになる。

$${\displaystyle {\frac {[{\text{Na}}^{+}]_{\alpha }}{[{\text{Na}}^{+}]_{\beta }}}={\frac {[{\text{Cl}}^{-}]_{\beta }}{[{\text{Cl}}^{-}]_{\alpha }}}}$$

一つの設定に基づいた計算例は以下の通りである。

初期濃度	平衡時点	浸透圧
${\displaystyle \alpha }$: 9 Na, 9 Cl ${\displaystyle \beta }$: 9 Na, 9 Protein	${\displaystyle \alpha }$: 6 Na, 6 Cl ${\displaystyle \beta }$: 12 Na, 3 Cl, 9 Protein	${\displaystyle \alpha }$: 12 ${\displaystyle \beta }$: 24

• 静止膜電位 - 興奮状態ではない時の細胞内と細胞外の電位差のこと
• 化学平衡
• ネルンスト方程式
• 二重層（生物学）
• 浸透圧
• 拡散平衡

• IUPAC Compendium of Chemical Terminology 2nd Edition (1997)
• Van C. Mow Basic orthopaedic biomechanics and mechano-biology, 2nd Ed. Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, 2005
• Mapleson W. W. "Computation of the effect of Donnan equilibrium on pH in equilibrium dialysis". Journal of Pharmacological Methods, May 1987.

• Gibbs–Donnan effect simulator
• Difference between observed and expected oncotic pressure values