细胞的生物电现象.ppt

第三节细胞的生物电现象,生物电*是一种重要的生命活动.*是细胞对刺激反应的本质性变化：不同类型的可兴奋细胞对刺激的反应形式虽不同，但都有一个共同的、最先出现的活动细胞膜两侧的电变化,然后才引发其他形式的反应(收缩等).,细胞的生物电活动是以跨膜电(位)变化为基础的.单一细胞的跨膜电位包括：1.静息电位(RestingPotential,RP）2.动作电位(ActionPotential,AP）3.局部电位(局部反应),细胞生物电产生的机制“膜学说”(Bernstein,1902)的要点:1.细胞膜两侧某些带电离子(如Na+、K+)不均衡分布。2.细胞膜对某种带电离子(如Na+)的通透性变化，使离子跨膜移动，导致膜两侧电位发生改变.(如Na+通道开放,Na+经通道流入细胞内)。,哺乳动物骨骼肌细胞内外离子浓度和电位,离子细胞外液胞质平衡电位(mmol/L)(mmol/L)(mV)Na+14512+67K+4155-98Cl-1204-90有机负离子155_,离子跨膜移动的驱动力：1.浓度梯度化学驱动力顺浓度梯度：易化扩散2.电位梯度电场驱动力顺电场力：正离子：正电场负电场负离子：负电场正电场,电-化学平衡电位(平衡电位)当某离子所受到的化学驱动力与电场驱动力方向相反而大小相等时，即电-化学驱动力为零，该离子的跨膜净移动量为零,此时的膜电位即为该离子的电-化学平衡电位，可利用Nernst公式出。,表2-1细胞内外离子浓度和电位(部分),组织离子细胞外液胞质平衡电位RP(mmol/L)(mmol/L)(mV)(mV)哺乳动物-90骨骼肌Na+14512+67K+4155-98Cl-1204-90有机负离子155_,二、静息电位及其产生机制(一)细胞的静息电位(RP)静息电位细胞在未受刺激时(即静息状态下)存在于细胞膜内外两侧的电位差。,1.静息电位的特点：(1)外正内负(膜内电位低于膜外).一般以膜外电位零电位,则膜内电位为负电位,记为-?mV,如:-90mV。(2)是一相对稳定的直流电位。,注意:对膜电位数值变化的描述(1)如膜电位由-70mV变为-80mV,称为:膜电位的绝对值增大，膜内负值增大，膜两侧的电位差增大，膜电位增大。,（2）相反，由-70mV变为-50mV,称为：膜电位的绝对值减小。膜内负值减小，膜两侧的电位差减小，膜电位减小。,极化(polarization):RP存在时,细胞膜电位外正内负的状态。去极化(除极化)(depolarization):RP值减小。超极化(hyperpolarization)：RP值增大。复极化(repolarization)：去极化后,再向静息电位(极化状态)恢复的过程。反极化:去极化导致的外负内正状态,(二)静息电位产生的机制三种跨膜离子流,主要机制为：K+外流建立起的K+平衡电位(EK)*建立EK的两个条件:(1)K+iK+o(2)静息时膜对K+通透K+外流外正内负的跨膜电位,如哺乳动物骨骼肌细胞:K+i:155mmol/L,K+o:4mmol/L,则0.026,log=-1.59Ek=60-1.59-98(mV)(实测值：-90mV),K+i,K+o,K+i,K+o,细胞静息时的其他跨膜离子流:一恒定的Na+内流(小于K+外流):作用：中和一部分膜内的负电荷，而使膜内电位负值减小,静息电位的值小于Ek(即去极化)。钠泵的活动:钠泵的生电性作用作用：增大膜两侧电位差(超极化),影响静息电位水平的因素:膜两侧的K+差值:正相关;例如,K+o升高时,RP值减小.膜对K+和Na+相对通透性:对K+通透性增大,RP增大(超极化)对Na+通透性增大,RP减小(去极化)钠泵的活动:钠泵的生电性作用钠泵活动增强,RP增大(超极化).,三、动作电位及其产生机制在RP基础上，细胞受阈(上)刺激后,膜电位发生的迅速的一过性波动。*动作电位是细胞兴奋的过程和标志。,刺激,单一细胞动作电位的特点:(1)具“全或无(all-or-none)”性质:阈下刺激时，AP一点也不产生；阈(上)刺激时,AP一产生即达最大.(2)可传播性(不衰减性传播)：一旦产生及迅速传播至整个细胞；幅度不会随传导距离的加大而衰减.,(二)动作电位的产生机制简要概括为：(1)锋电位升支:Na+迅速内流;(2)锋电位降支:Na+内流停止,K+快速外流。(3)后电位:钠泵活动等.,1.电化学驱动力:(1)Na+oNa+(2)RP时膜外正电场*在RP(70mV)时,EmENa70(+60)130mV即：Na+受到很强的内向驱动力作用,一旦膜对Na+的通透性增大,Na+将迅速内流,引起膜快速去极化。,2.AP期间膜电导的变化（对某一带电离子而言,膜电导就是膜对该离子的通透性.）锋电位上升支：钠电导(gNa)增大，Na+迅速内流；锋电位下降支：钾电导(gK)增大，K+迅速外流。,3.膜电导与离子通道AP上升支:膜上电压门控Na+通道开放膜Na+电导(即膜对Na+通透性)增大Na+内流(内向电流)膜去极化.AP下降支:膜上电压门控K+通道开放膜K+电导(即膜对K+通透性)增大K+外流(外向电流)膜复极化.,膜片钳(patchclamp)实验技术,分别为三次膜片钳实验记录到的离子电流,为多次实验中记录到的Na+内流的叠加,4.AP的引起引起动作电位产生的两个条件:细胞具有(正常的)兴奋性;刺激(具有一定的)强度.,(1)不同强度的刺激对细胞的影响阈值(threshold)(常用阈强度表示)当刺激的持续时间保持不变时,能引起动作电位的最小刺激强度。*阈刺激强度为阈强度的刺激*阈下刺激强度比阈强度小的刺激*阈上刺激强度比阈强度大的刺激,阈电位(thresholdpotential,“燃点”)能引起膜去极化和Na+通道开放之间出现正反馈,导致膜迅速去极化，形成AP的临界膜电位。*阈电位一般比RP绝对值小1020mV。,(2)局部反应(localresponse)及其特性*局部反应(局部兴奋)阈下刺激引起的受刺激局部膜不达阈电位的去极化.局部兴奋的特性：(具电紧张电位的特征)(1)非“全或无”,随阈下刺激增强而增大;(2)电紧张传播,仅波及局部膜;(3)可叠加而发生空间总和或时间总和.,刺激,上升支(去极相),下降支(复极相),AP与局部反应的主要区别,(三)动作电位的传导*细胞任一部位的膜产生的AP,都会沿细胞膜不衰减地传导至整个细胞。*传导机制：“局部电流(localcurrent)”,(四)缝隙连接,四、组织的兴奋和兴奋性,(一)兴奋和可兴奋细胞*兴奋细胞对刺激发生反应的过程。(细胞受刺激后,产生动作电位的过程。)*可兴奋细胞-受刺激后能产生动作电位的细胞。如，神经细胞、肌细胞和腺细胞。,(二)组织的兴奋性和阈刺激1.兴奋性兴奋性(excitability)活的细胞、组织或机体对刺激发生兴奋的能力。(在近代生理学中)兴奋性可兴奋细胞受刺激后产生动作电位的能力。*兴奋性是生命活动的基本特征之一.,2.衡量兴奋性的指标阈值*一般以阈强度代表阈值.*阈强度实质上是使膜去极化恰好到达阈电位的最小强度.阈强度大小与兴奋性高低成反比.,(三)细胞兴奋后兴奋性的变化细胞在发生一次兴奋后,其兴奋性会发生以下周期性变化：(1)绝对不应期(absoluterefractoryperiod)(2)相对不应期(r