Potencial membrane mirovanja je razlika v napetosti tekočin znotraj celice in zunaj celice, ki je običajno med -70 in -80 milivoltov (mV). Vse celice imajo to razliko, vendar je to še posebej pomembno v zvezi z živčnimi in mišičnimi celicami, saj je vsak dražljaj, ki spremeni napetost in jo naredi drugačno od potenciala membrane v mirovanju, tisti, ki celicam omogoča prenos električnih signalov. Če celice ne bi imele napetostne razlike, bi bile nevtralne in ne bi prenašale nobenih informacij.
Ozadje
Vse celice imajo membrano, ki služi kot ovira med tekočino zunaj njih in notranjostjo ter za nadzor, katere vrste delcev lahko vstopijo in izstopijo iz celice. Nekateri delci, kot je kisik, lahko gredo skozi membrano sami, drugi večji pa potrebujejo posebne kanale, da pridejo skozi. Nekateri od teh kanalov prepuščajo samo eno vrsto delcev noter in ven in delcev ne potiskajo ali vlečejo aktivno v nobeno smer, drugi pa lahko sprejmejo več vrst delcev in jih lahko aktivno potiskajo v celico ali iz nje. Obe vrsti lahko celica ob določenem času odpre ali zapre, da nadzoruje pretok delcev.
Potencial počitka
Ko celica počiva, je tekočina v njej nekoliko bolj negativna kot tekočina zunaj nje, ki ima običajno naboj 0 mV. To je posledica električno nabitih delcev, imenovanih ioni. Ioni, ki povzročajo razliko v napetosti, so vrsta delcev, ki potrebujejo kanale za prehod skozi membrano, in vključujejo stvari, kot sta kalij (K+) in natrij (Na+). Ko celica miruje, vsebuje koncentracijo velikih negativnih ionov v njej, pa tudi nekaj K+ in malo Na+. Zunanjost celice je med drugim obdana z Na+ in malo K+.
Ker tekočine v idealnem primeru želijo imeti različne vrste delcev enakomerno razpršene po njih, želi K+ znotraj celice iti izven nje, Na+ pa hoče priti noter, da bi bili ioni enakomerno porazdeljeni. Tega pa ne zmorejo, ker so kanali, ki omogočajo prehod Na+ skozi membrano, zaprti, ko celica miruje, tisti za K+ pa so le rahlo odprti, kar pusti le malo K+, da izteče. Poleg tega obstaja še tretja vrsta kanalov, ki aktivno potisnejo vse dodatne Na+ iz celice in vzamejo vsak K+, ki izteče nazaj vanjo. To pomeni, da se ohranja rahlo negativna napetost znotraj celice, kar ustvarja membranski potencial mirovanja.
Akcijski potenciali
Akcijski potencial je način, kako celice prenašajo električne informacije in se zgodi kot odziv na dražljaj. Če celica, ki miruje, prejme dovolj dražljaja, da doseže naboj tekočine v njej do -55 mV, se odprejo kanali, ki prepuščajo Na+, kar povzroči, da v celico priteče veliko Na+. To dodatno dvigne naboj tekočine v notranjosti, do približno +30 mV. Ko tekočina doseže ta naboj, se Na+ kanali zaprejo in K+ kanali se odprejo do konca, kar pusti K+, da teče iz celice. Vendar pa traja dlje, da se ti kanali odprejo kot kanali Na+, tako da celična tekočina še nekaj časa ostane pozitivno nabita.
Refraktorno obdobje
Ko so kanali K+ popolnoma odprti, potem veliko K+ izteče iz celice, kar zmanjša njeno notranjo napetost na približno -90 mV. To se imenuje hiperpolarizacija in preprečuje, da bi se dražljaj vrnil in ponovno vplival na isto celico, saj je tekočina zdaj pri veliko nižji napetosti, kar pomeni, da bi bil potreben veliko večji dražljaj, da bi se vrnila na -55 mV. Ko se to zgodi, začnejo delovati kanali, ki sprejmejo K+ in iztisnejo Na+, in sčasoma premaknejo celico nazaj na membranski potencial mirovanja -70 mV.