En introduisant une électrode de mesure à l'intérieur de la cellule (voir la méthode de patch-clamp), on constate une différence de potentiel (ddp) : la face interne de la membrane est négative par rapport à une électrode de référence placée sur la face externe de la membrane.
Cette différence de potentiel est due à la séparation de charges de part et d'autre de la membrane, provoquée par un courant permanent d'ions (majoritairement potassium) à travers des canaux ioniques. Ce courant dissipe la force électro-osmotique causée par des différences de concentration entre différentes espèces ioniques. Cette différence de concentration est maintenue en permanence par l'activité consommatrice en énergie des pompes sodium-potassium.
L'existence d'un potentiel de membrane est universelle aux cellules vivantes.
Mécanisme
1Facteurs biologique
Les propriétés actives de la membrane plasmique sont à l'origine de cette différence de potentiel (ddp):
Propriétés propres à la bicouche phospholipidique:
imperméabilité qui permet de maintenir les différences de concentration de part et d'autre de la membrane, et donc un gradient chimique (voir le tableau ci-dessous)
haute résistance électrique qui permet de maintenir une différence de potentiel, donc un gradient électrique
Propriétés propres aux protéines membranaires
les canaux potassium de fuite sont responsables d'une perméabilité sélective de la membrane ne laissant passer que les ions potassium
les pompes potassium/sodium transportent activement les ions sodium vers l'extérieur et les ions potassium vers l'intérieur.
Le modèle pompe/fuite (pump/leak) repose sur les effets antagonistes de la pompe sodium-potassium (Na+-K+ ATPase) d'une part et des canaux potassium d'autre part.
La Na+-K+ ATPase utilise l'énergie contenue dans l'ATP pour maintenir une différence de composition ionique entre l'intérieur de la cellule et l'extérieur. L'activité de la pompe a pour effet direct que les ions potassium sont majoritaires dans le cytoplasme de la cellule, tandis que les ions sodium sont majoritaires à l'extérieur de la cellule.
