Potensial istirahat adalah perbedaan tegangan melintasi membran sel, dan kadang-kadang disebut sebagai tegangan istirahat. Jenis sel tertentu, seperti neuron dan sel otot, menggunakan potensi istirahat untuk membuat perubahan di dalam sel dan tubuh. Potensial aksi, kontraksi otot, dan pembentukan atau perubahan proses keseimbangan di dalam sel semuanya melibatkan potensial istirahat membran.
Ada berbagai konsentrasi ion di sitosol, atau interior sel, serta di dalam kompartemen dan organel seluler yang berbeda. Karena ion bermuatan positif atau negatif, mereka menciptakan perbedaan muatan antara kompartemen yang berbeda ini, membentuk perbedaan potensial listrik. Seringkali, sel ingin mempertahankan perbedaan ini melintasi membran dengan menggunakan pompa dan saluran ion protein. Ketika perbedaan potensial listrik dipertahankan, itu disebut potensial istirahat.
Ion yang paling terlibat dalam menciptakan dan mempertahankan tegangan istirahat untuk membran adalah ion natrium (Na) dan kalium (K). Umumnya konsentrasi K+ lebih besar di dalam sel daripada di luar, sedangkan konsentrasi Na+ di luar sel lebih besar daripada di dalam. Perbedaan ini dipertahankan oleh pompa protein membran yang disebut Na+/K+-ATPase, yang menggunakan adenosin trifosfat (ATP) sebagai energi untuk mempertahankan konsentrasi relatif. Pompa memasukkan tiga ion Na+ ke dalam sel untuk setiap dua ion K+ yang diekspornya, memberikan interior sel muatan yang lebih negatif. Potensi istirahat ini sangat penting untuk neuron, yang menggunakan perbedaan tegangan untuk menembakkan potensial aksi.
Dalam neuron dan sel lain dalam sistem saraf, potensial aksi dihasilkan ketika potensial istirahat terganggu. Potensial aksi dimulai dengan masuknya ion Na+ ke dalam sel melalui saluran ion tertentu, yang menciptakan depolarisasi potensial membran setelah ambang batas tertentu terpenuhi. Di sini, potensial aksi dihasilkan dan sinyal listrik ditransmisikan melalui neuron. Setelah lonjakan Na+, lebih banyak saluran ion berpintu tegangan terbuka, melepaskan K+ dari sel, suatu langkah dalam potensial aksi yang dikenal sebagai hiperpolarisasi, di mana potensial membran turun di bawah tegangan istirahat normal. Sel kemudian membangun kembali potensi istirahatnya menggunakan Na+/K+-ATPase dalam proses repolarisasi.
Ion kalsium (Ca) juga penting dalam menjaga potensial membran istirahat dalam sel otot. Ion Ca2+ disimpan dalam organel yang disebut retikulum sarkoplasma, yang berisi pompa protein untuk mempertahankan konsentrasi Ca2+ yang tinggi di dalam kompartemen. Ketika sel otot disuruh berkontraksi, sinyal listrik memicu retikulum sarkoplasma dengan menggunakan potensial istirahat. Kompartemen kemudian dapat terbuka, melepaskan ion Ca2+ ke dalam sel, yang mengikat serat yang memungkinkan otot berkontraksi.