A nyugalmi potenciál egy gerjeszthető sejt ( neuron , kardiomiocita ) membránpotenciálja gerjesztetlen állapotban. Ez a membrán belső és külső oldalán elérhető elektromos potenciálok különbségét jelenti, és melegvérű állatokban -55 és -100 mV között mozog [ 1] . A neuronok és idegrostok esetében általában –70 mV.
A sejt citoplazmájából a pozitív töltésű káliumionok környezetbe történő diffúziója miatt fordul elő , az ozmotikus egyensúly kialakítása során . A citoplazmában lévő káliumionok töltését semlegesítő szerves sav anionok nem tudnak elhagyni a sejtet, azonban a citoplazmában a környezethez képest magas koncentrációjú káliumionok addig diffundálnak a citoplazmából, amíg az általuk létrehozott elektromos töltés egyensúlyba nem kezdi koncentrációjukat . gradiens a sejtmembránon .
Julius Bernstein 1902-ben felállított egy hipotézist, amely szerint a sejtmembrán lehetővé teszi a K + -ionok bejutását a sejtbe , és ezek felhalmozódnak a citoplazmában. A nyugalmi potenciál számítása a Nernst-egyenlet szerint egy káliumelektróda esetében kielégítően egyezett az izom szarkoplazma és a környezet között mért potenciállal, amely körülbelül -70 mV volt.
Yu. Bernstein elmélete szerint , amikor egy sejtet gerjesztenek, a membránja megsérül, és a K + ionok koncentrációgradiens mentén áramlanak ki a sejtből, amíg a membránpotenciál nullává nem válik. Ezután a membrán visszaállítja integritását, és a potenciál visszatér a nyugalmi potenciál szintjére. Ezt az állítást, amely inkább akciós potenciál , Hodgkin és Huxley cáfolta 1939-ben.
Bernstein elméletét a nyugalmi potenciálról Kenneth Stewart Cole (Kenneth Stewart Cole) megerősítette, a kezdőbetűit néha hibásan KC Cole-nak írják, beceneve, Casey ("Kacy") miatt. A PP-t és a PD -t Cole és Curtis 1939-es híres illusztrációja ábrázolja. Ez a rajz a Biofizikai Társaság Membrán Biofizikai Csoportjának emblémájává vált.
Ahhoz, hogy a potenciálkülönbség megmaradjon a membránon, szükség van arra, hogy a különböző ionok koncentrációjában legyen bizonyos különbség a sejten belül és kívül.
| ionok | Koncentráció a szarkoplazmában (mmol/l) | Koncentráció a sejten kívül (mmol/l) |
|---|---|---|
| K + | 140 | 2.5 |
| Na + | tíz | 120 |
| Cl- _ | 3-4 | 120 |
| Ca2 + | <0,001 | 2 |
| A - (polipeptidek) | 140 | 0 |
A Nernst-egyenlet segítségével kiszámítható a K + egyensúlyi transzmembrán potenciálja , amely meghatározza az RI értéket. Ám a nyugalmi potenciál értéke nem esik teljesen egybe az E K + -al , hiszen létrehozásában a nátrium- és klórionok is részt vesznek , vagy inkább egyensúlyi potenciáljuk.
Ezt követően bebizonyosodott, hogy a nyugalmi potenciál létrehozásához főként a kimenő káliumáram járul hozzá, amelyet specifikus fehérjecsatornákon - az egyenáramú káliumcsatornákon - keresztül hajtanak végre. Nyugalomban a káliumcsatornák nyitva vannak, a nátriumcsatornák pedig zárva vannak. A káliumionok koncentrációgradiens mentén hagyják el a sejtet, ami a membrán külső oldalán többlet pozitív töltést hoz létre; míg a negatív töltések a membrán belső oldalán maradnak. A nyugalmi potenciál megteremtéséhez némi (kis mértékben) hozzájárul az úgynevezett "nátrium-kálium pumpa" is, amelyet egy speciális membránenzim - nátrium-kálium ATPáz - hoz létre .
A legtöbb neuron nyugalmi potenciálja körülbelül -60 mV - -70 mV. A nem ingerelhető szövetek sejtjei is potenciálkülönbséggel rendelkeznek a membránon, ami a különböző szövetek és szervezetek sejtjeinél eltérő.
A PP két szakaszban jön létre.
Az első szakasz: enyhe (-10 mV) negativitás kialakulása a sejten belül a Na + K + 3:2 arányú cseréje miatt (minden 3 kihozott nátriumionra 2 káliumion abszorbeálódik belül). Így a sejt több pozitív töltést veszít, mint amennyit nyer, és ennek következtében negatív töltésű lesz. Az ioncserét a nátrium-kálium szivattyú végzi az ATP energiafelhasználásával . A neuronok összes energiafogyasztásának akár 70%-a is elkölthető a nátrium-kálium pumpák munkájára.
A membrán ioncserélő szivattyúk működésének eredményei a PP képződésének első szakaszában a következők:
1. Nátriumionok hiánya (Na + ) a sejtben.
2. Káliumionok feleslege (K + ) a sejtben.
3. Gyenge elektromos potenciál megjelenése a membránon (-10 mV).
A második szakasz: jelentős (-60 mV) negativitás keletkezése a sejten belül a K + -ionok membránon keresztül történő kiszivárgása miatt . A K + káliumionok elhagyják a sejtet és pozitív töltéseket vesznek ki belőle, a negatívot -70 mV-ra hozva.
Tehát a nyugalmi membránpotenciál a sejten belüli pozitív töltések hiánya, amely a nátrium-kálium pumpa működése és (nagyobb mértékben) a pozitív káliumionok sejtből való ezt követő szivárgása miatt következik be.