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1、1,第四节 生物膜电位,一、能斯特方程和静息电位 二、动作电位和神经传导,2,一、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，这一电位差叫静息电位。,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 2）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,如图所示，两种不同浓度的KCl溶液,有一个半透膜隔开。设半透膜只允许 通过，而不允许 通过。两边的浓度分别为C1和C2，且C1 C2。,1. 能斯特方程式,3,由于C1 C2， 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，这些电荷在膜的两侧聚集起来，最后达到平衡时，膜的两侧具有一定的电势差 。,4,
2、对于稀溶液 值可由玻尔兹曼能量分布定律来计算。在温度相同条件下，势能为EP的粒子的平均密度n与势能EP间的关系：,代入玻尔兹曼能量分布定律得：,两侧离子的电势能分别为：,5,膜两侧得浓度与离子密度成正比，即：,6,细胞膜属于半透膜，膜内外存在多种离子，主要是： 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，它们都可以在不同程度上透过细胞膜，其他则不能透过。只有能透过细胞膜的离子才能形成跨膜电位.,两种离子的静息电位是：,2. 静息电位,7,神经细胞的静息电位是-86mV，这时细胞膜对 是通透的，而对 通透性很差。,细胞处于静息状态时：膜外带正点，膜内带负电，膜外电位高于膜内，膜
3、电位-86mV.,8,去极化过程：当细胞受到的刺激达到阈值或阈值以上时， 的通透性突然增大，大量的钠离子在浓度梯度和电场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。,当膜内外钠离子的浓度差和电位差的作用相互平衡时，细胞膜的极化发生倒转，使膜内带正电，膜外带负电，这一过程叫除极。膜电位为：+60mV.,9,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扩散，使膜内的电位降低，膜电位由+60mV迅速降到-100mV，这一过程使离子在细胞兴奋时的电位得以恢复称为复极。膜电位恢复为-86mV.,10,第四节 生物膜电位,一、能斯特方程和静息电位 二、动
4、作电位和神经传导,11,可见：细胞受刺激所经历的除极和复极过程，伴随着电位的波动过程。这一过程仅需10ms左右。我们把这个电位波动过程叫做动作电位。,细胞恢复到静息状态后，又可以接受另一个刺激，产生你一个动作电位。在不断的强刺激下，1秒内可以产生几百个动作电位。,1. 动作电位,二、 动作电位和神经传导,12,2. 神经传导,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，动作电位可以由一个细胞传到另一个细胞。,13,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，引起钠离子的通透性突
5、然增加，从而触发动作电位出现。,动作电位传播的速度与神经纤维的结构和大小有关，慢的约0.5mm/s，快的达到130mm/s。,14,3. 神经纤维的电缆方程,纵向电流：是轴浆的电解质中的K+、Na+、Cl可沿轴突流动。纵向电阻叫轴浆电阻，用ri 表示单位长度的轴浆电阻。,横向电流（膜电流）：这些离子跨越细胞膜运动。横向电阻叫膜电阻，用rm 表示单位长度的膜电阻。,15,把神经纤维看成是一根特殊的电缆，由于轴浆电阻、膜电阻与膜电容的组合，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。因此称为电缆学说。,单位面积的电容为膜电容用C
6、m表示,16,当外界的刺激低于细胞兴奋的阈值时，细胞不会产生动作电位，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，这时的膜称为被动膜。,被动膜的电缆性质：,等效电路：把神经纤维看成有许多长度为 的小段组成，每一小段 可表示为如图所示的等效电路。,17,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：,被动膜的电缆性质：膜电位 依距离的变化 按指数规律衰减,18,两个微电极,通入恒定电流刺激神经,记录不同点的膜电位变化,测得的是膜电位变化是膜电位E与静息电位Er 之差 EEr,19,4. 电泳,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、蛋白质分子或合成粒子）。,在电场力的作用下，带电胶粒的迁移现象叫做电泳。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、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。,20,由直流电源和电泳槽两大部分构成。 直流电源要提供稳定的输出电压，电流和功率； 电泳槽一般包括电极（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。,21,第八章 直流电,8.1 电流密度和欧姆定律 8.2 基尔霍夫定律 8.3 电容器的充电和放电 8.4 生物膜电位,
