Hvad er hvilepotentialet?

Hvilepotentiale er forskellen i spænding over en cellemembran, og det kaldes undertiden hvilespænding. Visse typer celler, såsom neuroner og muskelceller, bruger hvilepotentialet til at vedtage ændringer i cellen og kroppen. Handlingspotentialer, muskelkontraktion og etablering eller ændring af ligevægtsprocesser i cellen involverer alle membranens hvilepotentiale.

Der er forskellige koncentrationer af ioner i cytosol eller celleindvendig såvel som inde i forskellige cellulære rum og organeller. Da ioner enten er positivt eller negativt ladet, skaber de en ladningsforskel mellem disse forskellige rum og danner en forskel i elektrisk potentiale. Ofte vil cellerne gerne opretholde denne forskel på tværs af en membran ved hjælp af proteinion-pumper og -kanaler. Når en elektrisk potentialeforskel opretholdes, kaldes det hvilepotentialet.

De ioner, der er mest involveret i at skabe og opretholde en hvilespænding for en membran, er natrium- (Na) og kalium- (K) -ioner. Generelt er koncentrationen af ​​K ⁺ større inden i cellen end udenfor, mens koncentrationen af ​​Na ⁺ er større uden for cellen end indeni. Denne forskel opretholdes af en membranproteinpumpe kaldet Na ⁺ / K ⁺ -ATPase, der bruger adenosintrifosfat (ATP) til energi til at opretholde de relative koncentrationer. Pumpen inkorporerer tre Na ⁺ -ioner i cellen for hver to K ⁺ -ioner, den eksporterer, hvilket giver celleens indre en mere negativ ladning. Dette hvilepotentiale er især vigtigt for neuroner, der bruger spændingsforskellen til brandhandlingspotentialer.

I neuroner og andre celler i nervesystemet genereres et handlingspotentiale, når hvilepotentialet forstyrres. Handlingspotentialet begynder med en tilstrømning af Na ⁺ -ioner i cellen gennem visse ionkanaler, hvilket skaber en depolarisering af membranpotentialet, når en bestemt tærskel er opfyldt. Her genereres handlingspotentialet, og det elektriske signal transmitteres gennem neuronet. Efter spidsen i Na ⁺ , åbner flere spændings-gatede ionkanaler, hvilket frigiver K ⁺ fra cellen, et trin i handlingspotentialet er kendt som hyperpolarisering, hvor membranpotentialet falder under den normale hvilespænding. Cellen genindstiller derefter sit hvilepotentiale ved hjælp af Na ⁺ / K ⁺ -ATPase i repolariseringsprocessen.

Calcium (Ca) -ioner er også vigtige for at bevare den hvilende membranpotentiale i muskelceller. Ca ²⁺ -ionerne opbevares i en organelle kaldet sarcoplasmatisk retikulum, som indeholder proteinpumper for at opretholde høje koncentrationer af Ca ²⁺ inde i rummet. Når en muskelcelle får besked om at trække sig sammen, udløser et elektrisk signal det sarkoplasmatiske retikulum ved at bruge hvilepotentialet. Rummet er derefter i stand til at åbne og frigiver Ca ²⁺ -ioner i cellen, som binder til fibrene, der giver muskelen mulighed for at sammentrække.