דפולריזציה ורפולריזציה של קרום התא

תאי עצבים במנוחה יש מטען חשמלי לרוחב שלהם קרומים: החלק החיצוני של התא טעון באופן חיובי וחלקו הפנימי של התא טעון שלילית. דפולריזציה מתרחשת כאשר תא העצב הופך מטענים אלה; כדי להחזיר אותם למצב במצב מנוחה, עֲצָבוֹן שולח אות חשמלי נוסף. התהליך כולו מתרחש כאשר התא מאפשר ליונים ספציפיים לזרום לתא ומחוצה לו.

קיטוב הוא קיומם של מטענים חשמליים מנוגדים משני צדי קרום התא. בתאי מוח, החלק הפנימי טעון שלילית והחוץ טעון חיובי. דרושים לפחות שלושה אלמנטים בכדי לאפשר זאת. ראשית, התא זקוק למולקולות כגון מלחים וחומצות, שעליהן מטענים חשמליים. שנית, התא זקוק לקרום שלא יאפשר למולקולות טעונות חשמל לעבור דרכו באופן חופשי. קרום כזה משמש להפרדת מטענים. שלישית, על התאים להחזיק משאבות חלבון בקרום שיכולות להעביר מולקולות טעונות חשמליות לצד אחד, ולאחסן סוג אחד של מולקולה בצד זה וסוג אחר בצד השני.

תא הופך לקוטבי על ידי תנועה ואחסון של סוגים שונים של מולקולות טעונות חשמל בצדדים שונים של הקרום שלו. מולקולה טעונה חשמלית נקראת יוֹן. נוירונים שואבים מעצמם יוני נתרן, תוך שהם מכניסים יוני אשלגן. במנוחה - כאשר התא אינו שולח אות חשמלי לתאים אחרים - לנוירון יש יונים של נתרן פי 30 יותר מבחוץ מאשר בפנים; ההיפך מתייחס ליוני אשלגן. החלק הפנימי של התא מכיל גם מולקולות הנקראות חומצות אורגניות. בחומצות אלו יש מטענים שליליים, ולכן הם מוסיפים למטען השלילי שבתוך התא.

נוירון מתקשר עם נוירון אחר על ידי שליחת אות חשמלי לקצות האצבעות שלו, מה שגורם לקצות האצבעות לשחרר כימיקלים המגרים תא שכנה. המכונה פוטנציאל פוסט-סינפטי, אות חשמלי זה וסוג פוטנציאל מגדירים דפולריזציה מדורגת של הממברנה. אם הוא מספיק גדול, זה יניע פוטנציאל פעולה. פוטנציאל פעולה קורה כאשר הנוירון פותח תעלות חלבון בקרום שלו. תעלות אלה מאפשרות ליוני נתרן לזרום מחוץ לתא לתא. הבהלה הפתאומית של נתרן לתא משנה את המטען החשמלי שבתוך התא משלילי לחיובי, מה שמשנה גם את החוץ מחיובי לשלילי. כל אירוע הדפולריזציה-לרפולריזציה מתרחש בערך 2 אלפיות השנייה, ומאפשר לנוירונים לפטר פוטנציאל פעולה בהתפרצויות מהירות המאפשרות תקשורת עצבית.

פוטנציאל פעולה חדש לא יכול להתקיים עד להחזרת המטען החשמלי הראוי על פני קרום הנוירון. משמעות הדבר היא כי החלק הפנימי של התא צריך להיות שלילי, ואילו החלק החיצוני צריך להיות חיובי. תא משחזר את המצב הזה, או מקוטב את עצמו מחדש, על ידי הפעלת משאבת חלבון בקרום שלו. משאבה זו נקראת משאבת נתרן-אשלגן. על כל שלושה יוני נתרן שהוא שואב מהתא, הוא שואב שני אשלגן. המשאבות עושות זאת עד שמגיעים לטעינה הנכונה בתוך התא.