Hvad er hvilepotentiale?

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

Der er forskellige koncentrationer af ioner i cytosolen eller cellens interiør 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, hvilket danner en forskel i elektrisk potentiale.Ofte vil celler ønske at opretholde denne forskel på tværs af en membran ved hjælp af proteinionpumper og kanaler.Når en elektrisk potentialeforskel opretholdes, kaldes den hvilepotentialet.

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 inde i cellen end udenfor, mens koncentrationen af Na ⁺ er større uden for cellen end inde.Denne forskel opretholdes af en membranproteinpumpe kaldet Na ⁺/K ⁺ -ATPase, der bruger adenosintriphosphat (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 cellens interiør 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 til cellen gennem visse ionkanaler, hvilket skaber en depolarisering af membranpotentialet, når en bestemt tærskel er opfyldt.Her genereres handlingspotentialet, og det elektriske signal overføres gennem neuronet.Efter spidsen i Na ⁺, mere spændings-gatede ionkanaler åbne, hvilket frigiver K ⁺ fra cellen, kaldes et trin i handlingspotentialet som hyperpolarisering, hvor membranpotentialet falder under den normale hvilespænding.Cellen genopretter derefter sit hvilepotentiale ved hjælp af Na ⁺/K ⁺ -atpase i processen med repolarisering.

Calcium (CA) ioner er også vigtige for at opretholde hvilemembranpotentialet i muskelceller.Ca ²⁺ ioner opbevares i en organelle kaldet den sarkoplasmatiske retikulum, der indeholder proteinpumper til at opretholde høje koncentrationer af Ca ²⁺ inde i rummet.Når en muskelcelle bliver bedt om at sammentrække, udløser et elektrisk signal det sarkoplasmatiske retikulum ved hjælp af hvilepotentialet.Rummet er derefter i stand til at åbne, hvilket frigiver ca ²⁺ ioner i cellen, der binder til fibrene, der giver musklerne mulighed for at sammentrække.