生物膜电位资料

1、1 一、能斯特方程和静息电位一、能斯特方程和静息电位 在没有任何刺激时，细胞内外存在电位差，这一电在没有任何刺激时，细胞内外存在电位差，这一电 位差叫位差叫静息电位静息电位。 静息电位产生的原因静息电位产生的原因： 1）细胞膜内外液体中离子的浓度不同）细胞膜内外液体中离子的浓度不同 2）细胞膜对不同种类的离子的通透性不一样。）细胞膜对不同种类的离子的通透性不一样。 静息电位的产生过程静息电位的产生过程 如图所示，两种不同浓度的如图所示，两种不同浓度的KCl溶液溶液,有一个半透膜有一个半透膜 隔开。设半透膜只允许隔开。设半透膜只允许 通过，而不允许通过，而不允许 通过。通过。 两边的浓度分别为两

2、边的浓度分别为C1和和C2，且，且C1 C2。 K Cl 1. 能斯特方程式能斯特方程式 2 由于由于C1 C2， 向右侧扩散，使右侧正离子逐向右侧扩散，使右侧正离子逐 渐增加，左侧出现过剩的负离子，这些电荷在膜的两渐增加，左侧出现过剩的负离子，这些电荷在膜的两 侧聚集起来，最后达到平衡时，膜的两侧具有一定的侧聚集起来，最后达到平衡时，膜的两侧具有一定的 电势差电势差 。 K 3 对于稀溶液对于稀溶液 值可由值可由玻尔兹曼能量分布定律玻尔兹曼能量分布定律来计来计 算。在温度相同条件下，势能为算。在温度相同条件下，势能为EP的粒子的平均密的粒子的平均密 度度n与势能与势能EP间的关系：间的关系：

3、 0 p EkT n ne 23 1.38 10/kJ K 代入玻尔兹曼能量分布定律得：代入玻尔兹曼能量分布定律得： 1 10 ZeUkT nn e 2 20 ZeUkT nn e 两侧离子的电势能分别为：两侧离子的电势能分别为： 1 1P EZeU 2 2P EZeU 4 12 () 1 2 Ze UUkT n e n 则： 1 12 2 ln() nZe UU nkT 取对数： 膜两侧得浓度与离子膜两侧得浓度与离子 密度成正比，即：密度成正比，即： 11 22 Cn Cn 11 12 22 ln2.3lg CCkTkT UU ZeCZeC 跨膜电位（膜电位）跨膜电位（膜电位） 能斯特方程能

4、斯特方程 5 细胞膜属于半透膜，膜内外存在多种离子，主细胞膜属于半透膜，膜内外存在多种离子，主 要是：要是： 和大蛋白离子。当细胞处于静和大蛋白离子。当细胞处于静 息状态时，各种离子得膜内外浓度不同，它们都可息状态时，各种离子得膜内外浓度不同，它们都可 以在不同程度上透过细胞膜，其他则不能透过。以在不同程度上透过细胞膜，其他则不能透过。只只 有能透过细胞膜的离子才能形成跨膜电位有能透过细胞膜的离子才能形成跨膜电位. KCl + 、Na 、 两种离子两种离子 的静息电的静息电 位是：位是： 10 :61.5lg71 142 NamV 141 :61.5lg89 5 KmV 2. 静息电位静息电位

5、 6 神经细胞的静息电位是神经细胞的静息电位是-86mV，这时细胞膜对，这时细胞膜对 是通透的，而对是通透的，而对 通透性很差。通透性很差。 K + Na 细胞处于细胞处于静息状态静息状态时：膜外带时：膜外带正正点，膜内带点，膜内带负负 电，膜外电位高于膜内，膜电位电，膜外电位高于膜内，膜电位-86mV. 7 去极化过程去极化过程：当细胞受到的刺激达到阈值或阈值：当细胞受到的刺激达到阈值或阈值 以上时，以上时， 的通透性突然增大，大量的钠离子在的通透性突然增大，大量的钠离子在浓浓 度梯度和电场度梯度和电场的双重作用下涌入膜内，使膜内的电的双重作用下涌入膜内，使膜内的电 位迅速提高，膜电位降低。

6、位迅速提高，膜电位降低。 Na 当膜内外钠离子的浓度差当膜内外钠离子的浓度差 和电位差的作用相互平衡和电位差的作用相互平衡 时，细胞膜的极化发生倒时，细胞膜的极化发生倒 转，使膜内带正电，膜外转，使膜内带正电，膜外 带负电，这一过程叫带负电，这一过程叫除极除极。 膜电位为：膜电位为：+60mV. 8 除极以后，细胞膜又使钠离子不能通透，而除极以后，细胞膜又使钠离子不能通透，而 的通透性突然提高，使大量的钾离子由膜内向膜外的通透性突然提高，使大量的钾离子由膜内向膜外 扩散，使膜内的电位降低，膜电位由扩散，使膜内的电位降低，膜电位由+60mV迅速降迅速降 到到-100mV，这一过程使离子在细胞兴奋

7、时的电位得，这一过程使离子在细胞兴奋时的电位得 以恢复称为以恢复称为复极复极。膜电位恢复为。膜电位恢复为-86mV. K 9 第四节第四节 生物膜电位生物膜电位 一、能斯特方程和静息电位一、能斯特方程和静息电位 二、动作电位和神经传导二、动作电位和神经传导 10 可见：细胞受刺激所经历可见：细胞受刺激所经历 的除极和复极过程，伴随着的除极和复极过程，伴随着 电位的波动过程。这一过程电位的波动过程。这一过程 仅需仅需10ms左右。我们把这个左右。我们把这个 电位波动过程叫做电位波动过程叫做动作电位动作电位。 细胞恢复到静息状态后，细胞恢复到静息状态后， 又可以接受另一个刺激，产又可以接受另一个刺

8、激，产 生你一个动作电位。在不断生你一个动作电位。在不断 的强刺激下，的强刺激下，1秒内可以产秒内可以产 生几百个动作电位。生几百个动作电位。 1. 动作电位动作电位 二、二、 动作电位和神经传导动作电位和神经传导 11 2. 神经传导神经传导 对于大细胞，动作电位可以由它的某一部分产对于大细胞，动作电位可以由它的某一部分产 生，再传导到另一部分。在肌肉组织中，动作电位生，再传导到另一部分。在肌肉组织中，动作电位 可以由一个细胞传到另一个细胞。可以由一个细胞传到另一个细胞。 12 除极时，膜外的正电荷被吸入膜内，使临近区域除极时，膜外的正电荷被吸入膜内，使临近区域 的电位降低，膜内的负电荷也移

9、入正电区，使临近区的电位降低，膜内的负电荷也移入正电区，使临近区 域的电位上升。结果临近区域的电位发生变化，引起域的电位上升。结果临近区域的电位发生变化，引起 钠离子的通透性突然增加，从而触发动作电位出现。钠离子的通透性突然增加，从而触发动作电位出现。 动作电位传播动作电位传播 的速度与神经纤的速度与神经纤 维的结构和大小维的结构和大小 有关，慢的约有关，慢的约 0.5mm/s，快的，快的 达到达到130mm/s。 13 树突：接受传入的信息传向细胞体。树突：接受传入的信息传向细胞体。 轴突（神经纤维）轴突（神经纤维） 3. 3. 神经纤维的电缆方程神经纤维的电缆方程 外部是圆柱面的细胞膜外部

10、是圆柱面的细胞膜 内部是轴浆（稀电解质）内部是轴浆（稀电解质） 神经元神经元 细胞体细胞体 突起突起 纵向电流：纵向电流：是轴浆的电解质中的是轴浆的电解质中的K+、Na+、Cl 可沿轴突流动。纵向电阻叫可沿轴突流动。纵向电阻叫轴浆电阻轴浆电阻，用，用ri 表示单位表示单位 长度的轴浆电阻。长度的轴浆电阻。 横向电流（膜电流）：横向电流（膜电流）：这些离子跨越细胞膜运动。这些离子跨越细胞膜运动。 横向电阻叫横向电阻叫膜电阻膜电阻，用，用rm 表示单位长度的膜电阻。表示单位长度的膜电阻。 14 细胞内液和外液均是含细胞内液和外液均是含 有电解质的溶液有电解质的溶液 两个导体两个导体 细胞膜是含脂肪

11、的膜细胞膜是含脂肪的膜 绝缘体绝缘体 电容电容 把神经纤维看成是一根特殊的电缆，由于把神经纤维看成是一根特殊的电缆，由于轴轴 浆电阻浆电阻、膜电阻膜电阻与与膜电容膜电容的组合，使电流对膜电的组合，使电流对膜电 位的影响起着依距离而衰减和在时间上的延迟作位的影响起着依距离而衰减和在时间上的延迟作 用。神经细胞的这种性质可以比较满意地解释电用。神经细胞的这种性质可以比较满意地解释电 流对神经膜的作用。因此称为流对神经膜的作用。因此称为电缆学说电缆学说。 单位面积的电容为单位面积的电容为膜电容膜电容用用Cm表示表示 15 当外界的刺激低于细胞兴奋的阈值时，细胞不当外界的刺激低于细胞兴奋的阈值时，细胞

12、不 会产生动作电位，但细胞的膜电位还是会发生，而会产生动作电位，但细胞的膜电位还是会发生，而 细胞膜的电阻、电容和膜电动势不发生变化，这时细胞膜的电阻、电容和膜电动势不发生变化，这时 的膜称为的膜称为被动膜被动膜。 被动膜的电缆性质：被动膜的电缆性质： 等效电路等效电路：把神经纤维：把神经纤维 看成有许多长度为看成有许多长度为 的的 小段组成，每一小段小段组成，每一小段 可表示为如图所示的等效可表示为如图所示的等效 电路。电路。 x x 16 把相邻小段的神经纤维的等效电路联系在一起就把相邻小段的神经纤维的等效电路联系在一起就 构成神经纤维的等效电路如图：构成神经纤维的等效电路如图： 神经纤维

13、的电缆方程，并解出：神经纤维的电缆方程，并解出： 0 x e 通电电极在通电电极在x0处处 的膜电位的膜电位 被动膜的电缆性质被动膜的电缆性质：膜：膜 电位电位 依距离的变化依距离的变化 按指按指 数规律衰减数规律衰减 x 17 两个微电极两个微电极 通入恒定电流刺激神经通入恒定电流刺激神经 记录不同点的膜电位变化记录不同点的膜电位变化 测得的是测得的是 膜电位变化膜电位变化 是膜电位是膜电位 E与静息电与静息电 位位Er 之差之差 E EE Er r 18 4. 电泳电泳 细胞外液中除了正负离子外，还有带电或不带电细胞外液中除了正负离子外，还有带电或不带电 的悬浮胶粒（细胞、病毒、蛋白质分子

14、或合成粒子）。的悬浮胶粒（细胞、病毒、蛋白质分子或合成粒子）。 在电场力的作用下，带电胶粒的迁移现象叫做在电场力的作用下，带电胶粒的迁移现象叫做电电 泳泳。胶粒的迁移速度主要由以下因素决定：。胶粒的迁移速度主要由以下因素决定： 电场强度、胶粒电量及质量、胶粒大小和形状、电场强度、胶粒电量及质量、胶粒大小和形状、 液体的粘滞系数和介电常数。液体的粘滞系数和介电常数。 带电胶粒在电场作用下的迁移速度不同，可以将带电胶粒在电场作用下的迁移速度不同，可以将 标本中的不同成份分开，是生物化学研究，制药及临标本中的不同成份分开，是生物化学研究，制药及临 床检验的常用手段。床检验的常用手段。 19 由由直流

15、电源直流电源和和电泳槽电泳槽两大部分构成。两大部分构成。 直流电源直流电源要提供稳定的输出电压，电流和功率；要提供稳定的输出电压，电流和功率； 电泳槽电泳槽一般包括电极（由炭棒或铂片组成）和缓一般包括电极（由炭棒或铂片组成）和缓 冲液槽、电泳介质的支架和透明的绝缘密封盖等组成。冲液槽、电泳介质的支架和透明的绝缘密封盖等组成。 20 第八章第八章 直流电直流电 8.1 电流密度和欧姆定律电流密度和欧姆定律 8.2 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 8.3 电容器的充电和放电电容器的充电和放电 8.4 生物膜电位生物膜电位 21 由于由于C1 C2， 向右侧扩散，使右侧正离子逐向右侧扩散，使右侧正离子逐

16、渐增加，左侧出现过剩的负离子，这些电荷在膜的两渐增加，左侧出现过剩的负离子，这些电荷在膜的两 侧聚集起来，最后达到平衡时，膜的两侧具有一定的侧聚集起来，最后达到平衡时，膜的两侧具有一定的 电势差电势差 。 K 22 12 () 1 2 Ze UUkT n e n 则： 1 12 2 ln() nZe UU nkT 取对数： 膜两侧得浓度与离子膜两侧得浓度与离子 密度成正比，即：密度成正比，即： 11 22 Cn Cn 11 12 22 ln2.3lg CCkTkT UU ZeCZeC 跨膜电位（膜电位）跨膜电位（膜电位） 能斯特方程能斯特方程 23 第四节第四节 生物膜电位生物膜电位 一、能斯

17、特方程和静息电位一、能斯特方程和静息电位 二、动作电位和神经传导二、动作电位和神经传导 24 细胞内液和外液均是含细胞内液和外液均是含 有电解质的溶液有电解质的溶液 两个导体两个导体 细胞膜是含脂肪的膜细胞膜是含脂肪的膜 绝缘体绝缘体 电容电容 把神经纤维看成是一根特殊的电缆，由于把神经纤维看成是一根特殊的电缆，由于轴轴 浆电阻浆电阻、膜电阻膜电阻与与膜电容膜电容的组合，使电流对膜电的组合，使电流对膜电 位的影响起着依距离而衰减和在时间上的延迟作位的影响起着依距离而衰减和在时间上的延迟作 用。神经细胞的这种性质可以比较满意地解释电用。神经细胞的这种性质可以比较满意地解释电 流对神经膜的作用。因此称为流对神经膜的作用。因此称为电缆学说电缆学说。 单位面积的电容为单位面积的电容为膜电容膜电容用用Cm表示表示 25 把相邻小段的神经纤维的