mekanisme
for langt de fleste opløste stoffer er intracellulære og ekstracellulære koncentrationer forskellige. Som et resultat er der ofte en drivkraft for bevægelse af opløste stoffer over plasmamembranen. Retningen af denne drivkraft involverer to komponenter: koncentrationsgradienten og den elektriske gradient. Med hensyn til koncentrationsgradienten vil et opløst stof bevæge sig fra et område, hvor det er mere koncentreret til et separat område med en lavere koncentration., Med hensyn til den elektriske gradient vil et ladet opløst stof bevæge sig fra et område med en lignende ladning mod et separat område med en modsat ladning. Alle opløste stoffer påvirkes af koncentrationsgradienter, men kun opladede opløste stoffer påvirkes af elektriske gradienter.
i mangel af andre kræfter vil et opløst stof, der kan krydse en membran, gøre det, indtil det når ligevægt. For et ikke-ladet opløst stof finder ligevægt sted, når koncentrationen af det opløste stof bliver ens på begge sider af membranen., I dette tilfælde er koncentrationsgradienten den eneste faktor, der frembringer en drivkraft for bevægelsen af ikke-ladede opløste stoffer. For ladede opløste stoffer skal der dog tages hensyn til både koncentrationen og de elektriske gradienter, da begge påvirker drivkraften. Det siges, at et ladet opløst stof har opnået elektrokemisk ligevægt over membranen, når dens koncentrationsgradient er nøjagtigt ens og modsat den for dens elektriske gradient., Det er vigtigt at bemærke, at når dette sker, betyder det ikke, at koncentrationerne for det opløste stof vil være de samme på begge sider af membranen. Under elektrokemisk ligevægt for et ladet opløst stof er der normalt stadig en koncentrationsgradient, men en elektrisk gradient orienteret i den modsatte retning negerer den. Under disse forhold tjener den elektriske gradient for et givet ladet opløst stof som en elektrisk potentialforskel over membranen. Værdien af denne potentielle forskel repræsenterer ligevægtspotentialet for det ladede opløste stof.,
under fysiologiske forhold når ionerne, der bidrager til hvilemembranpotentialet, sjældent elektrokemisk ligevægt. En af grundene hertil er, at de fleste ioner ikke frit kan krydse cellemembranen, fordi den ikke er gennemtrængelig for de fleste ioner. For eksempel er Na+ en positivt ladet ion, der har en intracellulær koncentration på 14 mM, en ekstracellulær koncentration på 140 mM og en ligevægtspotentialeværdi på +65 mV., Denne forskel betyder, at når indersiden af cellen er 65 mV højere end det ekstracellulære miljø, vil Na+ være i elektrokemisk ligevægt over plasmamembranen. Desuden, K+ er en positivt ladet ion, der har en intracellulære koncentration af 120 mM, en ekstracellulære koncentration af 4 mM, og en ligevægt potentiale -90 mV, hvilket betyder, at K+ vil være i elektrokemiske balance, når cellen er 90 mV, der er lavere end den ekstracellulære miljø.
i hviletilstand har plasmamembranen let permeabilitet for både Na+ og K+., Imidlertid er permeabiliteten for K+ meget større på grund af tilstedeværelsen af K+ lækagekanaler indlejret i plasmamembranen, som tillader K+ at diffundere ud af cellen ned ad dens elektrokemiske gradient. På grund af denne forbedrede permeabilitet er K+ tæt på elektrokemisk ligevægt, og membranpotentialet er tæt på K+ – ligevægtspotentialet på -90 mV. Cellemembranen i hvile har en meget lav permeabilitet for Na+, hvilket betyder, at Na+ er langt fra elektrokemisk ligevægt, og membranpotentialet er langt fra Na+ – ligevægtspotentialet på +65 mV.,
ligevægtspotentialerne for Na+ og K+ repræsenterer to ekstremer, hvor cellens hvilemembranpotentiale falder et sted imellem. Da plasmamembranen i hvile har en meget større permeabilitet for K+, er hvilemembranpotentialet (-70 til -80 mV) meget tættere på ligevægtspotentialet for K+ (-90 mV) end det er for Na+ (+65 mV)., Denne faktor bringer et vigtigt punkt op: jo mere permeabel plasmamembranen er til en given ion, jo mere vil ion bidrage til membranpotentialet (det samlede membranpotentiale vil være tættere på ligevægtspotentialet for den ‘dominerer’ ion).
Na+ og K+ når ikke elektrokemisk ligevægt. Selvom en lille mængde Na + ioner kan komme ind i cellen, og K+ ioner kan forlade cellen via K+ lækagekanaler, bruger Na+/K+ pumpen konstant energi til at opretholde disse gradienter., Denne pumpe spiller en stor rolle i at opretholde den ioniske koncentration gradient ved at udveksle 3 Na+ – ioner inde i cellen, for hver 2 K+ ioner bragt ind i cellen. Vi må understrege, at selvom denne pumpe ikke yder et væsentligt bidrag til ladningen af membranpotentialet, er det afgørende for at opretholde de ioniske gradienter af Na+ og K+ over membranen. Hvad der genererer hvilemembranpotentialet er K+, der lækker fra indersiden af cellen til ydersiden via lækage K+ kanaler og genererer en negativ ladning i indersiden af membranen mod ydersiden., I hvile er membranen uigennemtrængelig for Na+, da alle Na + – kanalerne er lukket.
