Modificato da "Neuroscienze - Esplorando il cervello". Masson, 1999.

Il potenziale di membrana o voltaggio di membrana di un neurone è rappresentato dal simbolo Vm. Il Vm può essere misurato inserendo un microelettrodo nel citoplasma. Un tipico microelettrodo è costituito da un tubicino di vetro con una punta estremamente sottile (del diametro di 0,5 micron) che penetra nella membrana del neurone arrecando un danno minimo. Il microelettrodo è riempito con una soluzione elettroconduttrice e collegato ad uno strumento chiamato voltmetro. Il voltmetro misura la differenza di potenziale elettrico esistente tra la punta di questo microelettrodo ed un conduttore (terra) posto all'esterno della cellula. Questo metodo rivela che la carica elettrica non è uniformemente distribuita ai lati della membrana neuronale, ma l'nterno del neurone è elettricamente negativo rispetto all'esterno. Questa differenza fissa, detta potenziale di riposo, viene mantenuta quando il neurone non genera impulsi.

Il potenziale di membrana dipende dalle diverse concentrazioni ioniche sui due lati della membrana. Stime di queste concentrazioni, a riposo, sono riportate di seguito. Il fattore rilevante, ai fini funzionali, è che K⁺ è più concentrato all'interno, mentre Na⁺ e Ca²⁺ sono più concentrati all'esterno.

Modificato da "Neuroscienze - Esplorando il cervello". Masson, 1999.

La diversa distribuzione ionica, che comporta la presenza di diversi gradienti di concentrazione, è dovuta all'azione di pompe ioniche presenti nella membrana neuronale. Si è calcolato che le pompe ioniche potrebbero essere responsabili di circa il 70% del fabbisogno energetico del cervello. Le pompe più importanti sono quella sodio-potassio e quella del calcio. POMPA SODIO-POTASSIO (figure a sinistra). In condizioni di riposo ( in alto), la pompa: - è aperta verso l'esterno - ha una bassa affinità per gli ioni Na+, che quindi si staccano - ha una elevata affinità per gli ioni K+, che quindi si legano - ha un sito di legame per l'ATP (non mostrato) libero verso l'interno In presenza di ATP, questo si lega alla pompa, fornendo l'energia per una sua modifica della conformazione spaziale con conseguente: - apertura verso l'interno - perdita di affinità per il K+, che quindi si stacca - acquisizione di una elevata affinità per il Na+, che quindi si lega Il legame dei Na+ e la perdita dei K+ determina una ulteriore modifica conformazionale che riporta la pompa alle condizioni originali (aperta verso l'esterno).

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