Qual è il potenziale di riposo?

Il potenziale di riposo è la differenza di tensione attraverso una membrana cellulare e talvolta viene definito tensione di riposo. Alcuni tipi di cellule, come i neuroni e le cellule muscolari, sfruttano il potenziale di riposo per attuare cambiamenti all'interno della cellula e del corpo. I potenziali d'azione, la contrazione muscolare e lo stabilire o modificare i processi di equilibrio nella cellula implicano tutti il ​​potenziale di riposo della membrana.

Esistono diverse concentrazioni di ioni nel citosol o nell'interno delle cellule, nonché all'interno di diversi compartimenti cellulari e organelli. Poiché gli ioni sono caricati positivamente o negativamente, creano una differenza di carica tra questi diversi compartimenti, formando una differenza nel potenziale elettrico. Spesso, le cellule vorranno mantenere questa differenza attraverso una membrana usando pompe e canali a ioni proteici. Quando viene mantenuta una differenza di potenziale elettrico, viene chiamato potenziale di riposo.

Gli ioni che sono maggiormente coinvolti nella creazione e nel mantenimento di una tensione a riposo per una membrana sono ioni sodio (Na) e potassio (K). Generalmente, la concentrazione di K ⁺ è maggiore all'interno della cellula che all'esterno, mentre la concentrazione di Na ⁺ è maggiore all'esterno della cellula che all'interno. Questa differenza è mantenuta da una pompa proteica a membrana chiamata Na ⁺ / K ⁺ -ATPase, che utilizza adenosina trifosfato (ATP) per produrre energia per mantenere le concentrazioni relative. La pompa incorpora tre ioni Na ⁺ nella cella per ogni due ioni K ⁺ che esporta, conferendo all'interno della cella una carica più negativa. Questo potenziale di riposo è particolarmente importante per i neuroni, che usano la differenza di tensione per sparare potenziali d'azione.

Nei neuroni e in altre cellule del sistema nervoso, viene generato un potenziale d'azione quando il potenziale a riposo viene disturbato. Il potenziale d'azione inizia con un afflusso di ioni Na ⁺ nella cellula attraverso determinati canali ionici, il che crea una depolarizzazione del potenziale di membrana una volta raggiunta una certa soglia. Qui, viene generato il potenziale d'azione e il segnale elettrico viene trasmesso attraverso il neurone. A seguito del picco in Na ⁺ , si aprono più canali ionici dipendenti dalla tensione, rilasciando K ⁺ dalla cellula, un passo nel potenziale d'azione è noto come iperpolarizzazione, in cui il potenziale di membrana scende al di sotto della normale tensione di riposo. La cellula ristabilisce quindi il suo potenziale di riposo usando Na ⁺ / K ⁺ -ATPase nel processo di ripolarizzazione.

Gli ioni calcio (Ca) sono importanti anche per mantenere il potenziale di membrana a riposo nelle cellule muscolari. Gli ioni Ca ²⁺ sono immagazzinati in un organello chiamato reticolo sarcoplasmatico, che contiene pompe proteiche per mantenere alte concentrazioni di Ca ²⁺ all'interno del compartimento. Quando una cellula muscolare viene contratta, un segnale elettrico innesca il reticolo sarcoplasmatico usando il potenziale di riposo. Il compartimento è quindi in grado di aprirsi, rilasciando ioni Ca ²⁺ nella cellula, che si legano alle fibre che consentono al muscolo di contrarsi.