У нормі, коли клітина готова до роботи, у неї вже є електричний заряд на поверхні мембрани. Він називається мембранний потенціал спокою. Потенціал спокою - це різниця електричних потенціалів між внутрішньою і зовнішньою сторонами мембрани, коли клітина знаходиться в стані фізіологічного спокою. Його середня величина становить -70 мВ мілівольт.
У мембрані нервової клітини постійно працюють насоси-обмінники, утворені спеціальними білками, вбудованими в мембрану. Вони змінюють свій натрій клітини на зовнішній чужий калій. Через це в клітці виявляється, недолік натрію, який пішов на обмін. І в той же час клітина переповнюється іонами калію, який в неї нанесли ці молекулярні насоси. Іонні насоси мембрани створюють різницю концентрацій іонів, або градієнт перепад концентрації, між внутрішньоклітинної і позаклітинної середовищем. Саме через отриманого дефіциту натрію в клітку тепер полізе цей самий натрій зовні. Так завжди поводяться речовини: вони прагнуть вирівняти свою концентрацію в усьому об'ємі розчину. І в той же час в клітці вийшов надлишок іонів калію в порівнянні з зовнішнім середовищем. Тому що насоси мембрани накачали його в клітку. І він прагне зрівняти свою концентрацію всередині і зовні, і тому прагне вийти з клітки. Згідно із законом вирівнювання концентрацій, який діє в розчинах, натрій хоче зовні увійти в клітку. Але не може, так як мембрана в звичайному стані погано його пропускає. Його заходить трошки і клітина його знову тут же обмінює на зовнішній калій. Тому натрій в нейронах завжди в дефіциті. А ось калій якраз може легко виходити з клітки назовні. У клітці його повно, і вона його втримати не може. Так ось він і виходить назовні через особливі білкові дірочки в мембрані іонні канали. Калій заряджений позитивним зарядом, і тому він, коли виходить з клітки, виносить з неї не тільки себе, але і плюсики позитивні заряди. На їх місці в клітці залишаються мінуси негативні заряди. Це і є мембранний потенціал спокою. Мембранний потенціал спокою - це дефіцит позитивних зарядів всередині клітини, що утворився за рахунок витоку з клітки позитивних іонів калію.
Мембранний потенціал спокою утворюється за рахунок двох процесів:
1. Робота калій-натрієвого насоса мембрани.
2. Витік іонів калію з клітки.
Характеристика потенціалу дії і механізм його виникнення
Потенціал дії - це зрушення мембранного потенціалу, що виникає в тканини при дії порогового і сверхпороговое подразника, що супроводжується перезарядженням клітинної мембрани. При дії порогового або сверхпороговое подразника змінюється проникність клітинної мембрани для іонів в різного ступеня. Для іонів Na вона підвищується, і градієнт розвивається повільно. В результаті рух іонів Na відбувається всередину клітини, іони К рухаються з клітки, що приводить до перезарядження клітинної мембрани. Зовнішня поверхня мембрани несе негативний заряд, внутрішня - позитивний.
Пік потенціалу дії є постійним компонентом потенціалу дії. Він складається з трьох фаз: фази деполяризації, інверсії і фази реполяризації.
Лавиноподібне надходження іонів Na в клітку призводить до зміни потенціалу на клітинній мембрані. Чим більше іонів Na увійде в клітку, тим більшою мірою деполяризуется мембрана, тим більше відкриється активаційних воріт. Виникнення заряду з протилежним знаком називається інверсією потенціалу мембрани. Рух іонів Na всередину клітини триває до моменту електрохімічного рівноваги по йону Na. Амплітуда потенціалу дії не залежить від сили подразника, вона залежить від концентрації іонів Na і від ступеня проникності мембрани до іонів Na. Низхідна фаза фаза реполяризації повертає заряд мембрани до вихідного знаку. При досягненні електрохімічного рівноваги по іонів Na відбувається інактивація активаційних воріт, знижується проникність до іонів Na і збільшується проникність до іонів K. Повного відновлення мембранного потенціалу не відбувається. Принцип все або нічого.