Mechanizm
dla zdecydowanej większości substancji rozpuszczonych stężenia wewnątrzkomórkowe i zewnątrzkomórkowe różnią się. W rezultacie często istnieje siła napędowa dla ruchu substancji rozpuszczonych przez membranę plazmową. Kierunek tej siły napędowej obejmuje dwa składniki: gradient stężenia i gradient elektryczny. Jeśli chodzi o gradient stężenia, rozpuszczona przemieści się z obszaru, w którym jest bardziej skoncentrowana, do oddzielnego obszaru o niższym stężeniu., Jeśli chodzi o gradient elektryczny, naładowana substancja rozpuszczona przemieści się z obszaru o podobnym ładunku w kierunku oddzielnego obszaru o przeciwnym ładunku. Na wszystkie soluty wpływają gradienty stężenia, ale tylko naładowane soluty mają wpływ gradienty elektryczne.
w przypadku braku innych sił rozpuszczony, który może przekroczyć membranę, zrobi to, dopóki nie osiągnie równowagi. W przypadku nie naładowanej substancji rozpuszczonej równowaga nastąpi, gdy stężenie tej substancji rozpuszczonej stanie się równe po obu stronach membrany., W tym przypadku gradient stężenia jest jedynym czynnikiem, który wytwarza siłę napędową dla ruchu nie naładowanych substancji rozpuszczonych. Jednak w przypadku lutów naładowanych należy wziąć pod uwagę zarówno stężenie, jak i gradienty elektryczne, ponieważ oba wpływają na siłę napędową. Naładowana rozpuszczona mówi się, że osiągnęła równowagę elektrochemiczną w całej membranie, gdy jego gradient stężenia jest dokładnie równy i przeciwny do jego gradientu elektrycznego., Ważne jest, aby pamiętać, że gdy to nastąpi, nie oznacza to, że stężenia dla tej substancji rozpuszczonej będą takie same po obu stronach membrany. Podczas równowagi elektrochemicznej dla naładowanej substancji rozpuszczonej, zwykle jest gradient stężenia, ale gradient elektryczny zorientowany w przeciwnym kierunku neguje go. W tych warunkach gradient elektryczny dla danej naładowanej substancji rozpuszczonej służy jako różnica potencjału elektrycznego w całej membranie. Wartość tej różnicy potencjałów reprezentuje potencjał równowagi dla tej naładowanej substancji rozpuszczonej.,
w warunkach fizjologicznych jony przyczyniające się do potencjału spoczynkowego błony rzadko osiągają równowagę elektrochemiczną. Jednym z powodów jest to, że większość jonów nie może swobodnie przenikać przez błonę komórkową, ponieważ nie jest przepuszczalna dla większości jonów. Na przykład, Na+ jest dodatnio naładowanym Jonem, który ma wewnątrzkomórkowe stężenie 14 mM, zewnątrzkomórkowe stężenie 140 mM i wartość potencjału równowagi +65 mV., Różnica ta oznacza, że gdy wnętrze komórki jest o 65 mV wyższe niż środowisko pozakomórkowe, Na+ będzie w równowadze elektrochemicznej przez błonę plazmową. Ponadto K + jest dodatnio naładowanym Jonem, który ma wewnątrzkomórkowe stężenie 120 mM, zewnątrzkomórkowe stężenie 4 mM i potencjał równowagi -90 mV; oznacza to, że K + będzie w równowadze elektrochemicznej, gdy komórka jest o 90 mV niższa niż środowisko pozakomórkowe.
w stanie spoczynku błona plazmowa ma niewielką przepuszczalność zarówno Na+, jak i K+., Jednak przepuszczalność dla K+ jest znacznie większa ze względu na obecność kanałów przeciekowych K+ osadzonych w błonie plazmowej, które pozwalają K+ dyfundować z komórki w dół jej gradientu elektrochemicznego. Ze względu na tę zwiększoną przepuszczalność, K+ jest blisko równowagi elektrochemicznej, a potencjał membrany jest blisko potencjału równowagi K+ wynoszącego -90 mV. Błona komórkowa w stanie spoczynku ma bardzo niską przepuszczalność dla Na+, co oznacza, że Na+ jest daleko od równowagi elektrochemicznej, a potencjał błonowy jest daleko od potencjału równowagi na +wynoszącego + 65 mV.,
potencjały równowagi Na+ I K+ reprezentują dwie skrajności, a potencjał spoczynkowy komórki spada gdzieś pomiędzy. Ponieważ błona plazmowa w spoczynku ma znacznie większą przepuszczalność dla K+, potencjał membrany spoczynkowej (-70 do -80 mV) jest znacznie bliższy potencjałowi równowagi K+ (-90 mV) niż dla Na+ (+65 mV)., Czynnik ten podnosi ważną kwestię: im bardziej przepuszczalna jest błona plazmowa dla danego jonu, tym bardziej jon ten przyczyni się do potencjału błonowego (ogólny potencjał błonowy będzie bliższy potencjałowi równowagi tego „dominującego” jonu).
Na+ I K+ nie osiągają równowagi elektrochemicznej. Chociaż niewielka ilość jonów Na+ może dostać się do komórki, a jony K+ mogą opuścić komórkę poprzez kanały wyciekowe K+, pompa Na+/K+ stale wykorzystuje energię do utrzymania tych gradientów., Pompa ta odgrywa dużą rolę w utrzymaniu gradientu koncentracji jonów poprzez wymianę 3 jonów Na + z wnętrza komórki, na każde 2 jony K+ wprowadzone do komórki. Musimy podkreślić, że chociaż pompa ta nie wnosi znaczącego wkładu w ładunek potencjału membranowego, ma kluczowe znaczenie w utrzymaniu gradientów jonowych Na + I K+ w całej membranie. To, co generuje spoczynkowy potencjał membrany, to K+, który wycieka z wnętrza komórki na zewnątrz poprzez kanały wycieku K+ i generuje ładunek ujemny we wnętrzu membrany vs Na Zewnątrz., W spoczynku membrana jest nieprzepuszczalna dla Na+, ponieważ wszystkie kanały Na+ są zamknięte.
