Le potentiel de repos est la différence de tension à travers une membrane cellulaire, et il est parfois appelé tension de repos. Certains types de cellules, comme les neurones et les cellules musculaires, utilisent le potentiel de repos pour provoquer des changements au sein de la cellule et du corps. Les potentiels d’action, la contraction musculaire et l’établissement ou la modification des processus d’équilibre dans la cellule impliquent tous le potentiel de repos de la membrane.
Il existe des concentrations variables d’ions dans le cytosol, ou à l’intérieur des cellules, ainsi qu’à l’intérieur de différents compartiments cellulaires et organites. Étant donné que les ions sont chargés positivement ou négativement, ils créent une différence de charge entre ces différents compartiments, formant une différence de potentiel électrique. Souvent, les cellules voudront maintenir cette différence à travers une membrane en utilisant des pompes et des canaux à ions protéiques. Lorsqu’une différence de potentiel électrique est maintenue, elle est appelée potentiel de repos.
Les ions les plus impliqués dans la création et le maintien d’une tension de repos pour une membrane sont les ions sodium (Na) et potassium (K). Généralement, la concentration de K+ est plus grande à l’intérieur de la cellule qu’à l’extérieur, tandis que la concentration de Na+ est plus grande à l’extérieur de la cellule qu’à l’intérieur. Cette différence est maintenue par une pompe à protéine membranaire appelée Na+/K+-ATPase, qui utilise l’adénosine triphosphate (ATP) comme énergie pour maintenir les concentrations relatives. La pompe incorpore trois ions Na+ dans la cellule pour deux ions K+ qu’elle exporte, donnant à l’intérieur de la cellule une charge plus négative. Ce potentiel de repos est particulièrement important pour les neurones, qui utilisent la différence de tension pour déclencher des potentiels d’action.
Dans les neurones et autres cellules du système nerveux, un potentiel d’action est généré lorsque le potentiel de repos est perturbé. Le potentiel d’action commence par un afflux d’ions Na+ dans la cellule à travers certains canaux ioniques, ce qui crée une dépolarisation du potentiel membranaire une fois un certain seuil atteint. Ici, le potentiel d’action est généré et le signal électrique est transmis à travers le neurone. Après le pic de Na+, davantage de canaux ioniques voltage-dépendants s’ouvrent, libérant du K+ de la cellule, une étape dans le potentiel d’action est connue sous le nom d’hyperpolarisation, où le potentiel membranaire tombe en dessous de la tension de repos normale. La cellule rétablit alors son potentiel de repos grâce à la Na+/K+-ATPase en cours de repolarisation.
Les ions calcium (Ca) sont également importants pour maintenir le potentiel membranaire au repos dans les cellules musculaires. Les ions Ca2+ sont stockés dans un organite appelé réticulum sarcoplasmique, qui contient des pompes à protéines pour maintenir des concentrations élevées de Ca2+ à l’intérieur du compartiment. Lorsqu’on dit à une cellule musculaire de se contracter, un signal électrique déclenche le réticulum sarcoplasmique en utilisant le potentiel de repos. Le compartiment est alors capable de s’ouvrir, libérant des ions Ca2+ dans la cellule, qui se lient aux fibres qui permettent au muscle de se contracter.