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細胞膜はバリアとして機能し 一部の分子やイオンを 細胞内に閉じ込める一方で 他の分子やイオンを排除します 細胞の内外の資源で見られる この分割の１つの特徴は 電気化学的勾配の維持です ナトリウムやカリウムを含む 細胞機能に重要なイオンは 膜を通って拡散できず 代わりに経路や 輸送体による移動に依存しています 通常の条件下では 一般的に細胞の外側の方が内側より ナトリウムが多く存在します これにより化学的または濃度勾配が生じ 経路をある場合には ナトリウムが細胞膜を通って 外側から内側に移動します 反対に 細胞の外側はカリウムの濃度が低く 内側の方がカリウムが多い場合 化学的勾配は ナトリウムの勾配とは反対になります しかしイオン濃度だけが 細胞膜を横切る勾配を作り出す 要因ではありません 正電荷と負電荷を持つ イオンと分子の分離は 電気勾配が存在することも意味します 細胞外にある正電荷を帯びた ナトリウムイオンと 内部に負電荷を帯びた豊富なタンパク質は 膜を横切る電荷の全体的な差を生じさせる 2つの主要な要因です 能動輸送は エネルギーを使用して 細胞膜を横切る電気化学的勾配を維持し 特殊な膜タンパク質が それらの電気化学的勾配に対して イオンを移動させます しかし特定の条件では イオンは勾配と共に移動し グルコース輸送のような プロセスのエネルギーを生じ 心筋やニューロンなどの特殊化した細胞に 電気的刺激を生じさせる 手段を提供します
アデノシン三リン酸（ATP）は細胞の主要なエネルギー源と考えられています。しかし、エネルギーは細胞膜を通過するイオンの電気化学的勾配にも蓄えられており、この勾配は化学的勾配と電気的勾配の二要因より決定されます。
化学的勾配は、細胞内外の物質の存在量の違いに依存し、イオン濃度の高いところから低いところへ流れます。一方、電気的勾配は、イオンの電荷と、細胞内環境と細胞外環境における全体電荷から駆動されます。
正の電荷を持つイオンの電気的勾配は、正の領域から負の領域へと流れ、負の電荷を持つイオンはその逆になります。電気化学的勾配の最終的な方向を決めるのは、これら電気的あ要因と化学的な要因の複合作用です。イオンがこの電気化学的勾配に沿って移動すると、エネルギーが放出され、さまざまな生物学的過程の原動力となります。
