14.7
Potenziale di membrana a riposo
La differenza relativa nella carica elettrica, o voltaggio, tra l'interno e l'esterno di una membrana cellulare è chiamata potenziale di membrana. È g…
Il potenziale di membrana a riposo è la differenza di potenziale elettrico tra l'interno e l'esterno della membrana cellulare dei neuroni a riposo quando non vengono stimolati. In genere, il valore è di circa 70 millivolt negativi, il che significa che è più negativo all'interno.
Le membrane cellulari sono selettivamente permeabili perché la maggior parte degli ioni e delle molecole non può diffondersi passivamente attraverso di esse. Spesso richiedono proteine transmembrana, come i canali ionici, per consentirne il passaggio. Quando un neurone è a riposo, i canali di perdita di potassio sono il principale tipo di canale ionico aperto.
Un'altra proteina transmembrana, la pompa sodio-potassio, utilizza energia per spostare continuamente il sodio fuori dalla cellula e il potassio dentro. Questa azione crea un gradiente di concentrazione, con una maggiore concentrazione di potassio all'interno rispetto all'esterno.
La forza di diffusione fa quindi sì che gli ioni potassio si muovano lungo il loro gradiente di concentrazione, attraverso i canali di perdita di potassio aperti e fuori dalla cellula.
Il movimento di questi ioni positivi verso l'esterno, combinato con proteine caricate negativamente all'interno della cellula, crea una carica negativa all'interno della membrana, un potenziale negativo quando un neurone è a riposo.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is the resting membrane potential and why is it negative?
The resting membrane potential is the electrical voltage difference between the inside and outside of a neuron at rest, typically around negative 70 millivolts. The inside is more negative because potassium ions move out of the cell through open potassium leak channels, leaving behind negatively charged proteins. This charge separation creates the observed negative potential.
Q2: How does the sodium-potassium pump establish ion concentration gradients?
The sodium-potassium pump is a transmembrane protein that continuously moves three sodium ions out of the cell for every two potassium ions it pumps in, using cellular energy. This active transport creates concentration gradients with higher sodium outside and higher potassium inside the neuron, establishing the chemical driving force for ion movement.
Q3: Why is the cell membrane selectively permeable to potassium at rest?
At rest, potassium leak channels are the main type of ion channel that is open, allowing potassium ions to pass through the membrane. Most other ions cannot cross the lipid bilayer without help from transmembrane proteins because charged ions cannot diffuse through the hydrophobic interior of membranes.
Q4: What role do ion channels play in maintaining resting membrane potential?
Ion channels control which ions can cross the membrane and at what rate. Potassium leak channels allow potassium to diffuse down its concentration gradient out of the cell. This selective permeability, combined with the sodium-potassium pump's activity, maintains the charge separation that defines the role of ion channels in neuronal computation.
Q5: How does potassium movement create the negative resting potential?
Potassium ions move out of the cell down their concentration gradient through open potassium leak channels. These positive charges leaving the cell, combined with negatively charged proteins remaining inside, cause the interior to become relatively more negative. Eventually, electrostatic repulsion balances outward diffusion, establishing the negative resting potential.
Q6: What happens to the resting membrane potential when tetrodotoxin blocks sodium channels?
Tetrodotoxin, a neurotoxin from pufferfish, selectively blocks voltage-gated sodium channels and disrupts action potentials. However, it does not affect the resting membrane potential because the resting potential depends primarily on potassium movement, not sodium influx. This makes tetrodotoxin useful for silencing neuronal activity while preserving the resting state.
Q7: Why is resting membrane potential important for neural signaling?
The resting membrane potential is the baseline electrical state of neurons. Changes in membrane potential from this resting level, such as during an action potential, form the basis for neural signaling and communication between neurons. Without a stable resting potential, neurons cannot generate or transmit electrical signals.