Ioner, transport og membranpotensial

Hvis flere kationer beveger seg ut av en celle enn det som kommer inn vil dette gi en negativ cytosol, men samtidig gjør dette at positive ioner tiltrekkes cytosol. Natrium-kalium ATP-ase ( Na⁺K⁺ATPase) bruker ATP for å frakte natrium (Na⁺) ut av dyrecellene og kalium (K⁺) inn. Hvis energien brukes til natriumtransport vil K⁺ komme inn i cellene pga den negative ladningen som skapes. Konsentrasjonen av K⁺ er ca. 140 mM på innsiden av cellene og ca. 5 mM på utsiden. Membranpotensialet ved hvilespenning er ca. -80 mV i skjelettmuskelceller, ca. -70 mV i nerveceller og ca. -90 mV i blodceller. Blodceller har bare kaliumkanaler og kalium går ut av cellene inntil likevekt hvor kalium går inn igjen. Konsentrasjonen av klorid (Cl^-) er ca. 5 mM i cytosol, og ca. 100 mM ekstracellulært fordi klorid fraktes ut av cellene pga. det negative membranpotensialet. Ionekanaler som åpnes eller lukkes ved et bestemt membranpotensial kalles spenningsregulerte ionekanaler. Poriner i den ytre mitokondriemembranen står konstant åpne.

   Konsentrasjonen av kalsium (Ca²⁺) i cytosol er ekstremt lavt, og plutselig økning av kalsiumkonsentrasjonen virker som en molekylær bryter i mange prosesser. Kalsium binder seg til proteinet troponin festet til cytoskjelettet i muskelceller og får disse til å trekke seg sammen. Kalsium bundet til proteinet kalmodulin aktiverer enzymet glykogen fosforylase som starter nedbrytningen av glykogen og derved frigis sukker som kan brukes til energikrevende formål i cellene.  Na⁺Ca²⁺ transportsystemet bytter 1 Ca²⁺ som går ut av cellen med 3 Na⁺ som går inn. Hjertemedisinen digitalis fra revebjelle er i små mengder ikke toksisk og hemmer Na⁺K⁺ATPase. Dette gir litt økning av konsentrasjonen av Na+ i cytosol og gjør at hjertemuskelen slår hardere.Transportsystemet for Na⁺Ca²⁺ har tre bindingsseter for Na⁺, og hemmes av Na⁺ slik at litt mindre Ca²⁺ pumpes ut av cellene. Dette medfører økt konsentrasjon av Ca²⁺ i cytosol som gir kraftigere kontraksjon (sammentrekning) i muskelen.

   Ionotropiske celleoverflatereseptorer er ionekanaler som er åpne når et spesifikt stoff er bundet til den ekstracellulære siden av kanalproteinet f.eks. nikotin acetylkolin reseptoren. Når det ikke neurotransmittoren acetylkolin er tilstede er kanalen lukket. Når acetylcholin frigis fra synapser bindes acetylkolin til reseptoren og gjør at natrium og kalium går gjennom kanalen. Natrium går inn i cellen og mer enn tilsvarende kalium går ut av cellen slik at resultatet blir depolarisering av plasmamembranen. Disse ligner IP₃-regulerte kalsiumkanaler og syklisk AMP (cAMP) regulerte ionekanaler.