Membranenpotentiaal

Membranenpotentiaal is het elektrische potentiaalverschil over het plasmamembraan van een cel. Het ontstaat doordat ionen aan beide zijden van het membraan ongelijk verdeeld zijn en doordat het membraan differentieel permeabel is voor deze ionen. In rust ligt dit potentiaal bij dierlijke cellen doorgaans tussen -60 en -90 millivolt, meestal rond -70 mV bij neuronen.

De belangrijkste factoren zijn de ionenkoncentratiegradienten en de membraaneigenschap voor ionen. Binnen de cel is kalium meestal hoog geconcentreerd en natrium buiten; het membraan is in rust relatief doorlaatbaar voor kalium en minder doorlaatbaar voor natrium. Hierdoor stroom Kaliumionen naar buiten en blijft de binnenkant negatief ten opzichte van de buitenkant. De Na+/K+-ATPase onderhoudt de gradienten door drie natriumionen uit de cel en twee kaliumionen de cel in te pompen per ATP, wat sust een langetermijnhandhaving van het rustmembranenpotentiaal ondersteunt.

Voor elk ion bestaat er een eigen evenwichts-Potentiaal: kalium heeft een potentiaal rond -90 mV, natrium rond +60 mV, en chloride in veel gevallen rond -70 mV. De werkelijke rustpotentiaal kan worden berekend met instrumenten zoals de Goldman-Hodgkin-Katz-formule, die rekening houdt met de permeabiliteiten en concentraties van meerdere ionen.

Stimulatie kan leiden tot veranderingen in het membraanpotentiaal. Bij voldoende depolarisatie openen voltageafhankelijke natriumkanalen, wat leidt tot een snelle stijging van de spen. Dit wordt gevolgd door opening van kaliumkanalen, waardoor repolarisatie optreedt en soms een overshoot en hyperpolarisatie veroorzaken. Naast actiepotentialen bestaan er lokale, graded potentials die leiden tot integratie van signalen in het neuron.

Membranenpotentiaal is essentieel voor zenuw- en spierfunctie en algemene celleigen signaaltransductie. Het kan worden gemeten met micro-elektrische micro-elektroden of met patch-clamptechnieken.