Das Ruhemembranpotential einer Zelle wird durch die Natrium-Kalium-Pumpe aufrechterhalten und ist möglich, da die Membran selbst für Ionen nicht sehr durchlässig ist. Die Natrium-Kalium-Pumpe nutzt die in ATP . gespeicherte Energie um Natrium und Kalium durch die Membran zu pumpen.
Die Ruhemembran wird aufgebaut und aufrechterhalten, weil die Phospholipid-Doppelschicht einen mittleren Abschnitt enthält, der geladene Moleküle und Ionen abstößt. Dadurch können die Ionen die Membran nur passieren, wenn Kanäle für die Ionen vorhanden sind. Bestimmte Moleküle wie DNA und viele negativ geladene Protonen tragen eine negative Ladung zur Zelle bei und können nicht entlang ihres Konzentrationsgradienten diffundieren.
Diese negativ geladenen Moleküle in der Zelle ermöglichen es der Zelle, einen Konzentrationsgradienten aufrechtzuerhalten, indem sie allein die positiv geladenen Kationen pumpen. Obwohl sowohl Natrium- als auch Kaliumionen positiv geladen sind, wird das negative innere Membranpotential aufrechterhalten, da die Natrium-Kalium-Pumpe nicht die gleiche Anzahl von jedem Ion pumpt. Stattdessen wird für jeden Zyklus der Natrium-Kalium-Pumpe ein ATP-Molekül verwendet, um zwei Kaliumionen hinein und drei Natriumionen heraus zu pumpen. Mehr positive Ionen, die die Zelle verlassen, bedeuten, dass das Membraninnere insgesamt immer negativer wird.
Durch die Verwendung dieser Pumpen und die Steuerung anderer Kationenkanäle in der Membran kann die Zelle ein negatives Ruhepotential aufrechterhalten.
