En membranpotential är den spänning som finns över membranet i en cell. Det är också känt som en transmembranpotential, och det är särskilt viktigt i nervceller eller neuroner. Membranpotentialen orsakas av en elektrisk potentialskillnad mellan insidan och utsidan av cellen. När en neuron är i vila, vilket betyder att den inte avfyrar en nervimpuls, har insidan av dess cellmembran en negativ laddning jämfört med cellens utsida. Detta beror på olika koncentrationer av laddade joner omedelbart inuti och utanför membranet.
Membranpotentialer uppstår eftersom cellmembran inte tillåter natrium- och kaliumjoner att passera fritt in och ut ur celler och nå en jämvikt. Istället tillåter speciella passager som kallas jonkanaler kaliumjoner att röra sig ut genom cellmembranet, vilket minskar den positiva laddningen inuti cellen. Jonpumpar i membranet använder energi för att pumpa ut natriumjoner ur cellen, samtidigt som de pumpar in kalium. För varje par kaliumjoner som förs in i cellen av dessa jontransportörer, flyttas tre natriumjoner ut, vilket orsakar en total förlust av positiv laddning från cellen. Negativt laddade proteinmolekyler inuti cellen hindras också från att lämna.
Tillsammans skapar dessa faktorer en negativ laddning inuti cellen i förhållande till utsidan, som bildar membranpotentialen. Potentialen är konstant i vila, men förändras i nervceller när impulser överförs från en neuron till en annan. Vid överföring av nervimpulser uppstår det som kallas en aktionspotential, där cellmembranet går igenom en process som kallas depolarisering. Efter aktionspotentialen återgår membranpotentialen till sitt normala viloläge, vilket normalt mäts som en skillnad på -70 millivolt mellan insidan och utsidan av membranet.
Aktionspotentialen börjar när en nervstimulus anländer till cellen och öppnar speciella natriumkanaler i cellmembranet. Positivt laddade natriumjoner passerar in i cellen och membranpotentialen förändras och blir mindre negativ. När en punkt som kallas aktionströskeln nås öppnas många fler natriumkanaler och insidan av cellmembranet blir positivt laddat, det omvända från det normala.
Runt toppen av aktionspotentialen öppnas kaliumkanaler och kalium strömmar ut ur cellen. Detta gör insidan av cellen mer negativ så att membranet repolariseras. Natriumkanaler stänger också runt denna tid. Vanligtvis överskrider repolariseringen och återgår gradvis till den normala vilomembranpotentialen. Denna process att vända membranpotentialen för att skapa en aktionspotential är det som gör att impulser kan överföras längs nerverna.