Un potenziale di membrana è la tensione che esiste attraverso la membrana di una cellula. È anche noto come potenziale transmembrana ed è particolarmente importante nelle cellule nervose o neuroni. Il potenziale di membrana è causato da una differenza di potenziale elettrico tra l’interno e l’esterno della cellula. Quando un neurone è a riposo, cioè non sta emettendo un impulso nervoso, l’interno della sua membrana cellulare ha una carica negativa rispetto all’esterno della cellula. Ciò deriva da diverse concentrazioni di ioni carichi immediatamente all’interno e all’esterno della membrana.
I potenziali di membrana sorgono perché le membrane cellulari non consentono agli ioni sodio e potassio di passare liberamente dentro e fuori dalle cellule e raggiungere un equilibrio. Invece, passaggi speciali noti come canali ionici consentono agli ioni di potassio di spostarsi attraverso la membrana cellulare, riducendo la carica positiva all’interno della cellula. Le pompe ioniche nella membrana utilizzano energia per pompare ioni sodio fuori dalla cellula, mentre pompano potassio dentro. Per ogni coppia di ioni potassio che vengono spostati nella cellula da questi trasportatori ionici, tre ioni sodio vengono spostati all’esterno, causando una perdita complessiva di carica positiva dalla cellula. Anche le molecole proteiche caricate negativamente all’interno della cellula non possono uscire.
Insieme, questi fattori creano una carica negativa all’interno della cellula rispetto all’esterno, che forma il potenziale di membrana. Il potenziale è costante a riposo, ma cambia nelle cellule nervose quando gli impulsi vengono trasmessi da un neurone all’altro. Durante la trasmissione dell’impulso nervoso, si verifica ciò che è noto come potenziale d’azione, in cui la membrana cellulare attraversa un processo chiamato depolarizzazione. Dopo il potenziale d’azione, il potenziale di membrana ritorna al suo normale stato di riposo, che viene normalmente misurato come una differenza di -70 millivolt tra l’interno e l’esterno della membrana.
Il potenziale d’azione inizia quando uno stimolo nervoso arriva alla cellula, aprendo speciali canali del sodio nella membrana cellulare. Gli ioni di sodio caricati positivamente passano nella cellula e il potenziale di membrana cambia, diventando meno negativo. Quando viene raggiunto un punto noto come soglia di azione, molti più canali del sodio si aprono e l’interno della membrana cellulare si carica positivamente, il contrario del normale.
Intorno al picco del potenziale d’azione, i canali del potassio si aprono e il potassio fuoriesce dalla cellula. Questo rende l’interno della cellula più negativo in modo che la membrana sia ripolarizzata. Anche i canali del sodio chiudono in questo periodo. Di solito, la ripolarizzazione supera e ritorna gradualmente al normale potenziale di membrana a riposo. Questo processo di inversione del potenziale di membrana per creare un potenziale d’azione è ciò che consente la trasmissione degli impulsi lungo i nervi.