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'''ドナン効果'''（ドナンこうか、Donnan effect）とは不透過性の[[イオン (化学)|イオン]]が[[膜]]の片側に存在する場合に透過性のイオンも不透過性のイオンの影響を受けて膜の両側に不均衡に分布される現象。この現象により膜の両側に[[電位]]差が生じる。[[細胞内液]]、[[細胞外液]]では透過性イオンと不透過性イオンの両者が存在するため、[[細胞膜]]を隔ててドナン効果が成立する。また[[血漿]]における[[膠質浸透圧]]の発生にもドナン効果が寄与している。

[[フレデリック・ドナン]]と[[ウィラード・ギブズ]]の名前から、'''ギブズ-ドナン（Gibbs-Donnan）効果'''とも言う。
[[Image:Gibbs-donnan-en.svg|thumb|right|[[細胞膜]]を介したドナン平衡（模式図)]]

==概要==
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 (化学)|イオン]]が、膜の両側に均等に分配されないことである<ref>{{Cite web |url=http://www.cartage.org.lb/en/themes/Reference/dictionary/Biologie/G/13.html |title=Gibbs–Donnan effect |archive-url=https://web.archive.org/web/20070618125252/http://www.cartage.org.lb/en/themes/Reference/dictionary/Biologie/G/13.html |archive-date=2007-06-18 |url-status=dead |access-date=2006-08-28}}</ref>。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<ref>[http://www.people.vcu.edu/~mikuleck/courses/gdeq/sld001.htm The Gibbs–Donnan Equilibrium...], D.C. Mikulecky, retrieved 28 August 2006</ref> 。

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、[[電解質|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<ref>{{Cite journal |last=Donnan |first=F. G. |year=1911 |title=Theorie der Membrangleichgewichte und Membranpotentiale bei Vorhandensein von nicht dialysierenden Elektrolyten. Ein Beitrag zur physikalisch-chemischen Physiologie |trans-title=The theory of membrane equilibrium and membrane potential in the presence of a non-dialyzable electrolyte. A contribution to physical-chemical physiology |journal=Zeitschrift für Elektrochemie und Angewandte Physikalische Chemie |volume=17 |issue=10 |pages=572–581|doi=10.1002/bbpc.19110171405|doi-broken-date=2021-01-14 }}</ref>。

==例==
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<sup>+</sup>とCl<sup>-</sup>と仮定）:
<math display="block">[\text{Na}^+]_\alpha [\text{Cl}^-]_\alpha = [\text{Na}^+]_\beta [\text{Cl}^-]_\beta</math>
式変形をすると以下のようになる。
<math display="block">\frac{[\text{Na}^+]_\alpha}{[\text{Na}^+]_\beta} = \frac{[\text{Cl}^-]_\beta}{[\text{Cl}^-]_\alpha}</math>

一つの設定に基づいた計算例は以下の通りである。
{| class="wikitable"
|-
!  初期濃度 !!  平衡時点
!浸透圧
|-
|<math>\alpha</math>: 9 Na, 9 Cl<br><math>\beta</math>: 9 Na, 9 Protein ||<math>\alpha</math>: 6 Na, 6 Cl<br><math>\beta</math>: 12 Na, 3 Cl, 9 Protein
|<math>\alpha</math>: 12<br><math>\beta</math>: 24
|}

== 関連項目 ==
* [[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]]

==出典==
{{reflist}}
*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.

==外部リンク==
* [http://www.philippelefevre.com/icu_medicine/gibbs_donnan Gibbs–Donnan effect simulator]
* [http://www.anaesthesiamcq.com/FluidBook/fl2_4.php/ Difference between observed and expected oncotic pressure values]

{{DEFAULTSORT:となんこうか}}

[[Category:生理学]]
[[Category:電気化学]]
[[Category:化学のエポニム]]