Depolarisering og repolarisering av cellemembranen

Nerveceller i ro har en elektrisk ladning på tvers membraner: utsiden av cellen er positivt ladet og innsiden av cellen er negativt ladet. Depolarisering oppstår når nervecellen reverserer disse ladningene; å endre dem tilbake til en hvilestatus, nevron sender et annet elektrisk signal. Hele prosessen skjer når cellen lar spesifikke ioner strømme inn og ut av cellen.

Polarisering er eksistensen av motsatte elektriske ladninger på hver side av en cellemembran. I hjerneceller er innsiden negativt ladet og utsiden positivt ladet. Det kreves minst tre elementer for å gjøre dette mulig. For det første trenger cellen molekyler som salter og syrer, som har elektriske ladninger på seg. For det andre trenger cellen en membran som ikke lar elektrisk ladede molekyler passere fritt gjennom den. En slik membran tjener til å skille ladninger. For det tredje må cellene ha proteinpumper i membranen som kan bevege elektrisk ladede molekyler til den ene siden, og lagre en type molekyl på denne siden og en annen type på den andre siden.

En celle blir polarisert ved å bevege seg og lagre forskjellige typer elektrisk ladede molekyler på forskjellige sider av membranen. Et elektrisk ladet molekyl kalles et ion. Nevroner pumper natriumioner ut av seg selv, mens de bringer kaliumioner inn. I hvile - når cellen ikke sender et elektrisk signal til andre celler - har et nevron omtrent 30 ganger flere natriumioner på utsiden enn inni; det motsatte gjelder kaliumioner. Innsiden av cellen inneholder også molekyler som kalles organiske syrer. Disse syrene har negative ladninger på seg, så de legger til den negative ladningen inne i cellen.

Et nevron kommuniserer med et annet nevron ved å sende et elektrisk signal til fingertuppene, noe som får fingertuppene til å frigjøre kjemikalier som stimulerer en nærliggende celle. Dette elektriske signalet og potensialet er kjent som postsynaptisk potensial, og definerer en gradert depolarisering av membranen. Hvis den er stor nok, vil den utløse et handlingspotensial. Handlingspotensialer skjer når nevronet åpner proteinkanaler i membranen. Disse kanalene lar natriumioner strømme fra utsiden av cellen inn i cellen. Den plutselige hastigheten av natrium inn i cellen endrer den elektriske ladningen inne i cellen fra negativ til positiv, som også endrer utsiden fra positiv til negativ. Hele depolarisering-til-repolarisasjonshendelsen skjer i omtrent 2 millisekunder, slik at nevroner kan skyte handlingspotensial i raske utbrudd som tillater nevronell kommunikasjon.

Et nytt handlingspotensial kan ikke finne sted før riktig elektrisk ladning over nevronens membran er gjenopprettet. Dette betyr at innsiden av cellen må være negativ, mens utsiden må være positiv. En celle gjenoppretter denne tilstanden, eller repolariserer seg selv, ved å slå på en proteinpumpe i membranen. Denne pumpen kalles natrium-kaliumpumpe. For hver tredje natriumion pumper den ut av en celle, den pumper i to kalium. Pumpene gjør dette til riktig ladning inne i en celle er nådd.