يسمى الاختلاف النسبي في الشحنة الكهربائية ، أو الجهد ، بين داخل وخارج غشاء الخلية ، جهد الغشاء. يتم إنشاؤه من خلال الاختلافات في نفاذية الغشاء للأيونات المختلفة وتركيزات هذه الأيونات عبر الغشاء.
يمكن قياس جهد غشاء الخلية عن طريق إدخال قطب دقيق في خلية ومقارنة الشحنة بالقطب المرجعي في السائل خارج الخلية. جهد الغشاء للخلايا العصبية في حالة الراحة _ أي الخلايا العصبية التي لا تتلقى حالياً أو ترسل رسائل _ سالبي ، عادةً حوالي -٧٠ مللي فولت (mV). وهذا ما يسمى جهد الراحة للغشاء. تشير القيمة السالبة إلى أن الجزء الداخلي من الغشاء أكثر سالبية نسبياً من الخارج _ وهو مستقطب. ينتج جهد الراحة من عاملين رئيسيين: النفاذية الانتقائية للغشاء ، والاختلافات في تركيز الأيونات داخل الخلية مقارنة بالخارج.
أغشية الخلايا قابلة للنفاذ بشكل انتقائي لأن معظم الأيونات والجزيئات لا يمكنها عبور طبقة ثنائية الدهون دون مساعدة ، غالباً من بروتينات القناة الأيونية التي تمتد عبر الغشاء. هذا لأن الأيونات المشحونة لا يمكن أن تنتشر من خلال الأجزاء الداخلية غير المشحونة للماء من الأغشية. أكثر الأيونات شيوعاً داخل وخارج الخلايا الموجودة في الأنسجة العصبية هي البوتاسيوم (K+) ، الصوديوم (Na+) ، الكلوريد (Cl–) ، و الكالسيوم (Ca2+). عندما تكون احدى الخلايا العصبية في سكون, فإن قنوات البوتاسيوم (K+) هي النوع الرئيسي للقنوات الأيونية المفتوحة – مما يسمح لـ K+ الانتقال عبر الغشاء. هذه النفاذية ، جنباً إلى جنب مع التركيزات الكبيرة داخل الخلايا ، تجعل جهد الراحة لغشاء الخلايا العصبية يحددها بشكل أساسي حركة K+.
ترجع الاختلافات في تركيز الأيونات بين داخل وخارج الخلايا العصبية بشكل أساسي إلى نشاط مضخة الصوديوم والبوتاسيوم (Na+/ K+) _ بروتين غشائي يضخ باستمرار ثلاثة أيونات Na+ خارج الخلية لكل اثنين من أيونات K+ يضخها في الداخل. يؤدي هذا إلى إنشاء تدرجات تركيز ، مع تركيز أعلى من أيونات Na+ خارج الخلايا العصبية وتركيز أعلى من أيونات K+ بالداخل.
نظراً لأن الغشاء قابل للاختراق بشكل أساسي لـ K+ في حالة الراحة _ بسبب فتح قنوات K+ _ يمكن ل K+ أن ينتشر أسفل تدرج تركيزه إلى منطقة التركيز المنخفض خارج الخلية. هذه الشحنات الموجبة التي تغادر الخلية ، جنباً إلى جنب مع حقيقة وجود العديد من البروتينات سالبة الشحنة داخل الخلية ، تجعل الجزء الداخلي أكثر سالبية نسبياً.
في النهاية ، تتم موازنة الانتشار الخارجي لـ K+ بالتنافر الكهروستاتيكي للشحنات الموجبة المتراكمة خارج الخلية ، ويتم الوصول إلى التوازن الكهروكيميائي. التأثير الصافي هو السالبية الملحوظة لجهد الراحة. يعتبر جهد الراحة مهم جداً في الجهاز العصبي لأن التغيرات في جهد الغشاء _ مثل جهد الفعل _ هي أساس الإشارات العصبية.
لا توجد السمكة المنتفخة في كثير من الأحيان في العديد من قوائم المأكولات البحرية خارج اليابان ، ويرجع ذلك جزئياً إلى احتوائها على سم عصبي قوي. تترودوتوكسين (TTX) هو مانع انتقائي للغاية لقنوات الصوديوم ذات بوابات الجهد ، وهو مميت في الجرعات الدنيا. يبلغ متوسط الجرعة المميتة (LD50) للفئران ٣٣٤ ميكرون/كجم ، مقارنة بـ ٨,٥ مجم/كجم لسيانيد البوتاسيوم. كما أنها كانت بمثابة أداة أساسية في أبحاث علم الأعصاب. يمنع السم تدفق Na+ إلى الخلية عندما تفتح القناة. ولذلك ، فإنه يعطل جهد الفعل _ ولكن ليس جهد الراحة للغشاء _ ويمكن استخدامه لإسكات نشاط الخلايا العصبية. تم توضيح آلية عمله بواسطة توشيو ناراهاشي وجون دبليو مور في جامعة ديوك ، أثناء العمل على محور سرطان البحر العملاق في عام ١٩٦٤.
