Hvilemembranpotensialet
Forstå hvorfor et nevron i hvile er negativt på innsiden, og hvor den lagrede elektriske energien kommer fra.
Spenningen måles mellom to sider av membranen
Hvilemembranpotensialet er spenningsforskjellen over membranen når nevronet ikke sender et aksjonspotensial. I et typisk nevron er det omtrent −70 mV. Minustegnet betyr at innsiden er negativ sammenlignet med utsiden, som brukes som referanse. Tallet er en typisk verdi, ikke en identisk måling i alle nerveceller.
Natriumioner, Na⁺, finnes i høyere konsentrasjon utenfor cellen, mens kaliumioner, K⁺, finnes i høyere konsentrasjon inni. Store negativt ladede molekyler blir i stor grad værende inne. Bare en liten del av ionene trenger å omfordeles nær membranen for å skape spenning; hele cellevæsken er ikke et stort lager av overskuddsladning.
Åpne kanaler og to krefter former hvilespenningen
I hvile er membranen mer gjennomtrengelig for K⁺ enn for Na⁺, fordi mange kaliumlekkkanaler er åpne. Konsentrasjonsforskjellen driver K⁺ utover. Når positiv ladning beveger seg ut, blir innsiden mer negativ. Den elektriske tiltrekningen trekker da K⁺ tilbake innover og motvirker videre utstrømning. Begge kreftene virker samtidig.
Den elektrokjemiske gradienten er summen av konsentrasjonskraften og den elektriske kraften. For Na⁺ i et hvilende nevron trekker begge vanligvis innover. Likevel strømmer ikke alt natrium straks inn, fordi membranen slipper det forholdsvis dårlig gjennom. Ionefordeling og hvilke kanaler som er åpne må derfor forstås sammen; en drivkraft alene skaper ikke fri passasje.
Pumpen bevarer forskjellene over tid
Natrium-kalium-pumpen bruker energi fra ATP til å flytte tre Na⁺ ut og to K⁺ inn. Den motvirker at lekkasje og gjentatt signalering gradvis utjevner ionefordelingen. Pumpen bidrar også direkte litt til spenningen, men hvilepotensialet formes særlig av membranens selektive gjennomtrengelighet og kaliumbevegelsen gjennom åpne kanaler.
Skillet kan sammenlignes med å vedlikeholde vannivåforskjeller mellom to beholdere: pumpen opprettholder forskjellen, mens åpningen mellom dem avgjør den raske strømmen. Pumpen lager derfor ikke hver rask fase i et nervesignal. Uten tilstrekkelig energi kan gradientene likevel ikke opprettholdes, og nevronets evne til å signalisere blir etter hvert påvirket.
Forstå sammenhengen
Membranpotensialet er ikke strøm som lagres i et tomt batteri, men et resultat av ioner som er ulikt fordelt og en membran som slipper noen ioner lettere gjennom enn andre. ATP brukes til å bevare denne fordelingen.
Husk dette
- Na⁺ mest ute
- K⁺ mest inne
- Hvilepotensial omtrent −70 mV
- Pumpen: 3 Na⁺ ut, 2 K⁺ inn