第二章 細胞的基本功能

第二節 細胞膜的生物電現象

目的要求

1.掌握:靜息電位和動作電位的概念.特點和形成的離子機制。

2.了解:靜息電位和動作電位的形成的理論的主要依據。

3.掌握:局部興奮的特點和產生機制,掌握動作電位的引起和興奮在同一細胞上的傳導機制和特點

教學重點

1.靜息電位和動作電位的概念和形成的離子機制。

1.局部興奮.動作電位的引起和興奮在同一細胞上的傳導機制。

教學難點

靜息電位和動作電位形成的離子機制。

教學內容

生物電的表現形式:

靜息電位——所有細胞在安靜時均存在,不同的細胞其靜息電位值不同。

動作電位——可興奮細胞受到閾或閾上刺激時產生。

局部電位——所有細胞受到閾下刺激時產生。

1.靜息電位:細胞處于安靜狀態下(未受刺激時)膜內外的電位差。

靜息電位表現為膜個相對為正而膜內相對為負。

(1)形成條件:

①安靜時細胞膜兩側存在離子濃度差(離子不均勻分布)(圖)

②安靜時細胞膜主要對K+通透。也就是說,細胞未受刺激時,膜上離子通道中主要是K+通道開放,允許K+由細胞內流向細胞外,而不允許Na+、Ca2+由細胞外流入細胞內。

(2)形成機制:K+外流的平衡電位即靜息電位,靜息電位形成過程不消耗能量。

(3)特征:靜息電位是K+外流形成的膜兩側穩定的電位差。

只要細胞未受刺激、生理條件不變,這種電位差持續存在,而動作電位則是一種變化電位。細胞處于靜息電位時,膜內電位較膜外電位為負,這種膜內為負,膜外為正的狀態稱為極化狀態。而膜內負電位減少或增大,分別稱為去極化和超級化。細胞先發生去極化,再向安靜時的極化狀態恢復稱為復極化。

2.動作電位:

(1)概念:可興奮組織或細胞受到閾上刺激時,在靜息電位基礎上發生的快速、可逆轉、可傳播的細胞膜兩側的電變化。動作電位的主要成份是峰電位。

(2)形成條件:

①細胞膜兩側存在離子濃度差,細胞膜內K+濃度高于細胞膜外,而細胞外Na+、Ca2+、Cl-高于細胞內,這種濃度差的維持依靠離子泵的主動轉運。(主要是Na+-K+泵的轉運)。

②細胞膜在不同狀態下對不同離子的通透性不同,例如,安靜時主要允許K+通透,而去極化到閾電位水平時又主要允許Na+通透。

③可興奮組織或細胞受閾上刺激。

(3)形成過程:≥閾刺激→細胞部分去極化→Na+少量內流→去極化至閾電位水平→Na+內流與去極化形成正反饋(Na+爆發性內流)→達到Na+平衡電位(膜內為正膜外為負)→形成動作電位上升支。

膜去極化達一定電位水平→Na+內流停止、K+迅速外流→形成動作電位下降支。

(4)形成機制:(圖)

動作電位上升支——Na+內流所致。

動作電位的幅度決定于細胞內外的Na+濃度差,細胞外液Na+濃度降低動作電位幅度也相應降低,而阻斷Na+通道(河豚毒)則能阻礙動作電位的產生。

動作電位下降支——K+外流所致。

(5)動作電位特征:

①產生和傳播都是“全或無”式的。

②傳播的方式為局部電流,傳播速度與細胞直徑成正比。

③動作電位是一種快速,可逆的電變化,產生動作電位的細胞膜將經歷一系列興奮性的變化:絕對不應期——相對不應期——超常期——低常期,它們與動作電位各時期的對應關系是:峰電位——絕對不應期;負后電位——相對不應期和超常期;正后電位——低常期。

④動作電位期間Na+、K+離子的跨膜轉運是通過通道蛋白進行的,通道有開放、關閉、備用三種狀態,由當時的膜電位決定,故這種離子通道稱為電壓門控的離子通道,而形成靜息電位的K+通道是非門控的離子通道。當膜的某一離子通道處于失活(關閉)狀態時,膜對該離子的通透性為零,同時膜電導就為零(電導與通透性一致),而且不會受刺激而開放,只有通道恢復到備用狀態時才可以在特定刺激作用下開放。

3.局部電位:

(1)概念:細胞受到閾下刺激時,細胞膜兩側產生的微弱電變化(較小的膜去極化或超極化反應)。或者說是細胞受刺激后去極化未達到閾電位的電位變化。

(2)形成機制:閾下刺激使膜通道部分開放,產生少量去極化或超極化,故局部電位可以是去極化電位,也可以是超極化電位。局部電位在不同細胞上由不同離子流動形成,而且離子是順著濃度差流動,不消耗能量。

(3)特點:

①等級性。指局部電位的幅度與刺激強度正相關,而與膜兩側離子濃度差無關,因為離子通道僅部分開放無法達到該離子的電平衡電位,因而不是“全或無”式的。

②可以總和。局部電位沒有不應期,一次閾下刺激引起一個局部反應雖然不能引發動作電位,但多個閾下刺激引起的多個局部反應如果在時間上(多個刺激在同一部位連續給予)或空間上(多個刺激在相鄰部位同時給予)疊加起來(分別稱為時間總和或空間總和),就有可能導致膜去極化到閾電位,從而爆發動作電位。

③電緊張擴布。局部電位不能像動作電位向遠處傳播,只能以電緊張的方式,影響附近膜的電位。電緊張擴布隨擴布距離增加而衰減。

4.興奮的傳播:

(1)興奮在同一細胞上的傳導:可興奮細胞興奮的標志是產生動作電位,因此興奮的傳導實質上是動作電位向周圍的傳播。動作電位以局部電流的方式傳導,直徑大的細胞電阻較小傳導的速度快。有髓鞘的神經纖維動作電位以跳躍式傳導,因而比無髓纖維傳導快。

動作電位在同一細胞上的傳導是“全或無”式的,動作電位的幅度不因傳導距離增加而減小。

(2)興奮在細胞間的傳遞:細胞間信息傳遞的主要方式是化學性傳遞,包括突觸傳遞和非突觸傳遞,某些組織細胞間存在著電傳遞(縫隙連接)。

神經肌肉接頭處的信息傳遞過程如下:

神經末梢興奮(接頭前膜)發生去極化→膜對Ca2+通透性增加→Ca2+內流→神經末梢釋放遞質ACh→ACh通過接頭間隙擴散到接頭后膜(終板膜)并與N型受體結合→終板膜對Na+、K+(以Na+為主)通透性增高→Na+內流→終板電位→總和達閾電位→肌細胞產生動作電位。

特點:①單向傳遞;②傳遞延擱;③易受環境因素影響。

記憶要點:①神經肌肉接頭處的信息傳遞實際上是“電—化學—電”的過程,神經末梢電變化引起化學物質釋放的關鍵是Ca2+內流,而化學物質ACh引起終板電位的關鍵是ACh和受體結合后受體結構改變導致Na+內流增加。

②終板電位是局部電位,具有局部電位的所有特征,本身不能引起肌肉收縮;但每次神經沖動引起的ACh釋放量足以使產生的終板電位總和達到鄰近肌細胞膜的閾電位水平,使肌細胞產生動作電位。因此,這種興奮傳遞是一對一的。

③在接頭前膜無Ca2+內流的情況下,ACh有少量自發釋放,這是神經緊張性作用的基礎。

5.興奮性的變化規律:絕對不應期——相對不應期——超常期——低常期——恢復。

課后小結

課后練習

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