membranpotensial

Alle cellene i kroppen opprettholder en forskjell i konsentrasjonen av natriumioner (Na⁺) og kaliumioner (K⁺) mellom innsiden og utsiden av membranene ved aktiv transport. Transportsystemet bruker et ATP-molekyl på å pumpe tre Na⁺-ioner ut av cellen i bytte for to K⁺-ioner inn i cellen. Den kalles derfor Na⁺/K⁺-pumpen. I hvile bruker menneskekroppen en betydelig andel av den totale energiomsetningen på å drive cellenes Na⁺/K⁺-pumper.

Konsentrasjonsforskjellene varierer noe for forskjellige celletyper. I en nervecelle er det omtrent 40 ganger så høy K⁺-konsentrasjon inne i cellen som utenfor, mens Na⁺-konsentrasjonen inne i cellen er om lag en tiendedel av den utenfor.

Konsentrasjonsforskjellen for K⁺ på hver side av membranen gjør at K⁺-ioner langsomt og passivt lekker ut av cellen igjen gjennom spesielle kanaler. Også Na⁺-ionene lekker gjennom membranen fra utsiden og inn i cellen, men langsommere enn lekkasjen av K⁺-ioner. Dermed lekker positive ladninger hurtigere ut av enn inn i cellen, slik at det bygges opp en elektrisk spenning over membranen. Det er dette som kalles membranpotensialet.

Siden innsiden av cellen blir negativt ladet, bremses passasjen av K⁺-ioner ut av cellen. Ved en bestemt spenning skjer det ikke lenger netto passiv utstrømning av K⁺-ioner.

I hvilende nerveceller er innsiden av cellemembranen vanligvis rundt –70 millivolt (mV) målt i forhold til utsiden. Siden Na⁺-ioner langsomt lekker inn gjennom membranen, ville dette medføre at membranpotensialet etter hvert ble mindre negativt. Dermed ville flere K⁺-ioner lekke ut. Hvis ikke Na⁺/K⁺-pumpen hele tiden vedlikeholdt konsentrasjonsforskjellene, ville det fortsette til forskjellene i Na⁺- og K⁺-konsentrasjoner over membranen var utjevnet og membranpotensialet forsvunnet.

Det er altså Na⁺/K⁺-pumpen som skaper og vedlikeholder konsentrasjonsforskjellene av Na⁺ og K⁺ over membranen, mens det er den større passive lekkasjen av K⁺-ioner enn Na⁺-ioner tilbake gjennom membranen som skaper membranpotensialet.

Membranpotensialet er grunnleggende for cellers evne til å reagere på stimuli med en elektrisk utladning (spesielt nerve- og muskelceller).

Noen typer celler, som for eksempel muskel- og nerveceller, er elektrisk aktive. Disse cellene bruker endringer i membranpotensialet til å utføre oppgaver, som å iverksette muskelsammentrekninger, eller å sende nerveimpulser til andre celler.

De elektriske egenskapene til en celle bestemmes i stor grad av cellemembranen. Cellemembranen er i seg selv elektrisk isolerende, men den inneholder forskjellige typer proteiner som danner ione-pumper og ionekanaler. Disse ionekanalene kan være selektive, og kun slippe igjennom ioner av en spesifikk type (for eksempel Na⁺, K⁺, Ca²⁺, eller Cl⁻). I tillegg kan de være åpne eller lukket, avhengig av tilstedeværelsen av forskjellige typer signal-molekyler (nevrotransmittere) eller av membranpotensialet.

• cellemembraner
• aksjonspotensial
• nerveimpuls