ані визначаються розподілом іонів між внутрішньою і зовнішньою сторонами мембрани. З хімічного аналізу відомо, що концентрація іонів внутрішньоклітинної рідини сильно відрізняється від концентрації іонів в позаклітинній рідині. Термін «позаклітинна рідина» має відношення до всіх рідин поза клітин (міжклітинний речовина, кров, лімфа тощо). У таблиці представлені концентрації основних іонів у м'язових клітинах ссавців і позаклітинної рідини (миллимоли на літр).
Існують значні відмінності між концентрацією основних іонів всередині і поза клітини. Позаклітинна рідина має високу концентрацію іонів натрію і хлору. Внутрішньоклітинна рідина має високу концентрацію калію і різних органічних аніонів (A-) (заряджені групи білків).
Різниця між концентраціями натрію і калію в позаклітинній і внутрішньоклітинної рідинах обумовлені діяльністю натрій-калієвого насоса, який викачує за один цикл 3 іона натрію з клітини і закачує 2 іона калію в клітину проти електрохімічного градієнта зазначених іонів. Основна функція натрію-калію насоса - підтримка відмінності концентрацій іонів натрію і калію по обидві сторони плазматичної мембрани.
У стані спокою проникність плазматичної мембрани для іонів калію значно перевищує проникність мембрани для іонів натрію. У нервових клітинах співвідношення проникності відповідних іонів становить 1:0, 04.
Цей факт дає можливість пояснювати існування мембранного потенціалу спокою.
Іони калію прагнуть залишити клітку через їх високу внутрішньої концентрації. При цьому переміщення через мембрану внутрішньоклітинних аніонів через їх великих розмірів не відбувається. Незначне надходження іонів натрію всередину клітини також не компенсує вихід іонів калію назовні, так як проникність мембрани в спокої для іонів натрію мала.
Отже, зовні клітина набуває додатково позитивний заряд і всередині залишається надлишок негативного заряду.
Дифузія калію через мембрану - процес обмежений. Іони калію, що проникають через мембрану, створюють електричне поле, яке затримує дифузію інших іонів калію. У міру виходу з клітини калію електричне поле наростає і, в кінцевому підсумку, напруженість досягає такого значення, коли потік калію через мембрану припиняється. Стан, при якому потік іонів по їх концентраційному градієнту врівноважується мембранним потенціалом, називається станом електрохімічного рівноваги іонів. Величина такого мембранного потенціалу рівноваги визначається рівнянням Нернста (при цьому вважають, що мембрана проникна тільки для одного виду іонів):
R - універсальна газова стала, T - термодинамічна температура, z - електричний заряд іона, F - постійна Фарадея, [K +] i та [K +] o - внутрішньоклітинна і позаклітинна концентрації іонів кал...
