Hva er hvilepotensialet?

Hvilepotensial er forskjellen i spenning over en cellemembran, og det blir noen ganger referert til som hvilespenning. Enkelte typer celler, for eksempel nevroner og muskelceller, bruker hvilepotensial til å innføre endringer i cellen og kroppen. Handlingspotensialer, muskelsammentrekning og etablering eller endring av likevektsprosesser i cellen involverer alle membranens hvilepotensial.

Det er forskjellige konsentrasjoner av ioner i cytosol, eller celleinnvendig, så vel som inne i forskjellige cellulære rom og organeller. Siden ioner enten er positivt eller negativt ladet, skaper de en ladningsforskjell mellom disse forskjellige avdelingene, og danner en forskjell i elektrisk potensial. Ofte vil celler ønske å opprettholde denne forskjellen over en membran ved å bruke proteinion-pumper og kanaler. Når en elektrisk potensialforskjell opprettholdes, kalles det hvilepotensialet.

De ionene som er mest involvert i å skape og opprettholde en hvilespenning for en membran er natrium- (Na) og kalium (K) -ioner. Generelt er konsentrasjonen av K ⁺ større inne i cellen enn utenfor, mens konsentrasjonen av Na ⁺ er større utenfor cellen enn inni. Denne forskjellen opprettholdes av en membranproteinpumpe kalt Na ⁺ / K ⁺ -ATPase, som bruker adenosintrifosfat (ATP) for energi for å opprettholde de relative konsentrasjonene. Pumpen inkorporerer tre Na ⁺ -ioner i cellen for hver to K ⁺ -ioner den eksporterer, noe som gir cellens indre en mer negativ ladning. Dette hvilepotensialet er spesielt viktig for nevroner, som bruker spenningsforskjellen til brannhandlingspotensialer.

I nevroner og andre celler i nervesystemet genereres et handlingspotensial når hvilepotensialet blir forstyrret. Handlingspotensialet begynner med en tilstrømning av Na ⁺ -ioner inn i cellen gjennom visse ionekanaler, noe som skaper en depolarisering av membranpotensialet når en viss terskel er oppfylt. Her genereres handlingspotensialet og det elektriske signalet overføres gjennom nevronen. Etter pigget i Na ⁺ , åpnes flere spenningsgaterte ionekanaler, og frigjør K ⁺ fra cellen, et trinn i handlingspotensialet er kjent som hyperpolarisering, der membranpotensialet synker under den normale hvilespenningen. Cellen gjenoppretter deretter sitt hvilepotensial ved å bruke Na ⁺ / K ⁺ -ATPase i prosessen med repolarisering.

Kalsium (Ca) -ioner er også viktig for å opprettholde hvilemembranpotensialet i muskelceller. Ca ²⁺ -ionene lagres i en organell som kalles sarkoplasmatisk retikulum, som inneholder proteinpumper for å opprettholde høye konsentrasjoner av Ca ²⁺ inne i kammeret. Når en muskelcelle får beskjed om å trekke seg sammen, utløser et elektrisk signal det sarkoplasmatiske retikulum ved å bruke hvilepotensialet. Rommet er da i stand til å åpne, og frigjøre Ca ²⁺ -ioner i cellen, som binder seg til fibrene som lar muskelen trekke seg sammen.