Depolarizacija in repolarizacija celične membrane

Živčne celice v mirovanju imajo električni naboj čez membrane: zunanja stran celice je pozitivno napolnjena, notranjost celice pa negativno nabita. Do depolarizacije pride, ko živčna celica obrne te naboje; da jih spremenite nazaj v stanje mirovanja, nevrona pošlje še en električni signal. Celoten postopek se zgodi, ko celica dovoli, da določeni ioni tečejo v celico in iz nje.

Polarizacija je obstoj nasprotnih električnih nabojev na obeh straneh celične membrane. V možganskih celicah je notranjost negativno napolnjena, zunaj pa pozitivno nabita. Za to so potrebni vsaj trije elementi. Najprej celica potrebuje molekule, kot so soli in kisline, ki imajo na sebi električne naboje. Drugič, celica potrebuje membrano, ki ne pusti električno nabitih molekul prosto skozi njo. Takšna membrana služi za ločevanje nabojev. Tretjič, celice morajo imeti v membrani beljakovinske črpalke, ki lahko premikajo električno nabite molekule na eno stran in na tej strani shranjujejo eno vrsto molekule, drugo pa na drugi strani.

Celica se polarizira s premikanjem in shranjevanjem različnih vrst električno nabitih molekul na različnih straneh membrane. Električno nabito molekulo imenujemo an ion. Nevroni črpajo natrijeve ione iz sebe, hkrati pa vnašajo kalijeve ione. V mirovanju - ko celica drugim celicam ne pošilja električnega signala - ima nevron na zunanji strani približno 30-krat več natrijevih ionov kot znotraj; nasprotno velja za kalijeve ione. V notranjosti celice so tudi molekule, imenovane organske kisline. Te kisline imajo na sebi negativne naboje, zato dodajo negativni naboj znotraj celice.

Nevron komunicira z drugim nevronom s pošiljanjem električnega signala na njegove roke, zaradi česar konice prstov sproščajo kemikalije, ki stimulirajo sosednjo celico. Ta električni signal in vrsta potenciala, znan kot postsinaptični potencial, opredeljuje stopnjevano depolarizacijo membrane. Če je dovolj velik, bo sprožil akcijski potencial. Akcijski potenciali se pojavijo, ko nevron v svoji membrani odpre beljakovinske kanale. Ti kanali omogočajo pretok natrijevih ionov od zunaj celice v celico. Nenaden vdor natrija v celico spremeni električni naboj v celici iz negativnega v pozitiven, ki pa tudi zunanjost spremeni iz pozitivnega v negativni. Celoten dogodek depolarizacije do repolarizacije se zgodi v približno 2 milisekundah, kar omogoča nevronom, da sprožijo akcijski potencial v hitrih izbruhih, ki omogočajo nevronsko komunikacijo.

Nov akcijski potencial se ne more zgoditi, dokler se ne obnovi ustrezen električni naboj v membrani nevrona. To pomeni, da mora biti notranjost celice negativna, zunanja pa pozitivna. Celica obnovi to stanje ali se repolarizira z vklopom beljakovinske črpalke v svoji membrani. Ta črpalka se imenuje natrijevo-kalijeva črpalka. Na vsake tri natrijeve ione, ki jih črpa iz celice, črpa dva kalijeva. Črpalke to počnejo, dokler ni dosežen ustrezen naboj v celici.