Вольтаж-зависимый натриевый канал. В состоянии покоя (А) активационные ворота каналов (черная линия) закрыты и инактивационные ворота (серый круг) открыты. Ионы натрия не поступают в клетку в связи с тем, что активационные ворота закрыты. В процессе деполяризации мембраны происходят конформационные изменения канала и активационные ворота открываются (Б). Начинается поступление натрия в клетку. Поток натрия сопровождается инактивацией канала посредством закрытия инактивационных ворот (В), что препятствует дальнейшему поступлению ионов натрия в клетку. При реполяризации мембраны открываются ворота инактивации, активационные ворота закрываются и канал готов к началу следующего цикла (А) соединений и белков. Из-за того что двойной слой липидов создает барьер, препятствующий свободному движению ионов, возникает положительный заряд снаружи и отрицательный заряд внутри. Результатом этого является мембранный потенциал покоя, достигающий 50-80 мВ.
Ионные потоки через мембрану двигаются от высокой концентрации к низкой: натрий проникает внутрь, а калий выходит наружу. Со временем наружная и внутренняя концентрация может измениться. Натриево-калиевый насос выводит натрий из клетки и вводит калий, выравнивая концентрацию. Насос, который двигает натрий и калий против их электрохимических градиентов, потребляет энергию, высвобождающуюся при гидролизе аденозинтрифосфата (АТФ). Уменьшение величины отрицательного заряда при поляризации называется деполяризацией; увеличение отрицательной величины потенциала покоя называется гиперполяризацией. Изменения проницаемости мембраны, позволяющие ионам натрия проникать в клетку, приводят к деполяризации. Изменения мембраны, позволяющие калию покидать клетку или ионам хлора проникать в нее, приводят к гиперполяризации. В дополнение к селективной проницаемости ионных каналов в состоянии покоя, в состоянии раскрытия (в активном состоянии) ионные каналы существуют в нескольких конфигурациях. Термин «раскрытие» канала применяется для описания переходной стадии между двумя различными состояниями канала. Большинство ионных каналов закрыты в период, когда мембрана нейрона находится в состоянии покоя. Каждый ионный канал имеет, по крайней мере, одно состояние раскрытия и два состояния закрытия. В отношении вольтаж-зависимых каналов вольтаж (электрическое напряжение) вдоль мембраны определяет появление конформационных изменений в мембране, которые могут приводить к раскрытию ионного канала. Вольтаж-зависимый натриевый канал (рис. 1.3) остается закрытым до тех пор, пока не начинается деполяризация мембраны. Когда канал открывается и ионы натрия поступают в клетку, это приводит к усилению деполяризации мембраны, способствующей возникновению потенциала действия (рис. 1.4). Вскоре после открытия натриевый канал переходит в неактивное состояние, после чего поступление ионов натрия в клетку прекращается. Только при гиперполяризации мембраны наблюдается деинактивация ионных каналов и они возвращаются в состояние покоя.