生理学——细胞的生物电现象.ppt
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1、节细胞的生物电现象节细胞的生物电现象BiologicalelectricactivityoftBiologicalelectricactivityofthecellhecell 生物电生物电(bioelectricity)bioelectricity)一切活组织的细胞,不论在安静一切活组织的细胞,不论在安静状态还是在活动过程中均表现有电的状态还是在活动过程中均表现有电的变化,这种电的变化是伴随着细胞生变化,这种电的变化是伴随着细胞生命活动出现的,称之为生物电。命活动出现的,称之为生物电。恩格斯恩格斯 恩格斯在恩格斯在100100多年前多年前总结自然科学成就时指总结自然科学成就时指出:出:“地球
2、几乎没有一种地球几乎没有一种变化发生而不同时显示变化发生而不同时显示出电的现象出电的现象”。一、生物电现象的记录一、生物电现象的记录 Recording biological activityRecording biological activity(一)细胞外记录(一)细胞外记录(二)细胞内记录(二)细胞内记录二、神经和骨骼肌细胞的生物电现象二、神经和骨骼肌细胞的生物电现象(一)单一细胞的跨膜静息电位和动作电位(一)单一细胞的跨膜静息电位和动作电位1.1.静息电位(静息电位(resting potentialresting potential)细胞未受刺激时存在于细胞膜两侧的电位细胞未受刺激
3、时存在于细胞膜两侧的电位差。一般为内负外正。差。一般为内负外正。The difference in electrical potential across The difference in electrical potential across The difference in electrical potential across the membrane of an undisturbed cell,having the membrane of an undisturbed cell,having the membrane of an undisturbed cell,having a
4、 positive sign on the outside surface and a a positive sign on the outside surface and a a positive sign on the outside surface and a negative sign in the interior.negative sign in the interior.negative sign in the interior.mV0-70mV0-70+transmembrane resting potentialresting potentialmembrane potent
5、ial极化:极化:把静息电位时膜两侧所保持的内负把静息电位时膜两侧所保持的内负外正状态,称膜的极化。外正状态,称膜的极化。超极化:超极化:静息电位的数值向膜内负值加大静息电位的数值向膜内负值加大的方向变化的过程。的方向变化的过程。去(除)极化:去(除)极化:静息电位的数值向膜内负值减少静息电位的数值向膜内负值减少的方向变化的过程。的方向变化的过程。倒(反)极化:倒(反)极化:膜内电位由零变为正值的过程,膜内电位由零变为正值的过程,与静息电位的极性相反。与静息电位的极性相反。复极化:复极化:细胞膜去极化或反极化后,又向细胞膜去极化或反极化后,又向原初的极化状态恢复的过程原初的极化状态恢复的过程
6、。2 2、动作电位(、动作电位(action potentialaction potential)可兴奋细胞受到有效刺激时,膜电位会在静可兴奋细胞受到有效刺激时,膜电位会在静息电位的基础上发生一次快速、可逆、并有扩息电位的基础上发生一次快速、可逆、并有扩布性的电位变化。称为动作电位。它是细胞兴布性的电位变化。称为动作电位。它是细胞兴奋的标志。奋的标志。An action potential is a rapid change in the An action potential is a rapid change in the An action potential is a rapid ch
7、ange in the membrane potential.Each action potential begins membrane potential.Each action potential begins membrane potential.Each action potential begins with a sudden change from the normal resting with a sudden change from the normal resting with a sudden change from the normal resting negative
8、potential to a positive membrane negative potential to a positive membrane negative potential to a positive membrane potential(depolarization)and then ends with an potential(depolarization)and then ends with an potential(depolarization)and then ends with an almost equally rapid change back to the ne
9、gative almost equally rapid change back to the negative almost equally rapid change back to the negative potential(repolarization).potential(repolarization).potential(repolarization).-100+200-20-40-60-80mV阈电位阈电位动作电位的时相动作电位的时相1 1 1.静息相静息相 -70-90mv-70-90mv-70-90mv2 2 2.去极相去极相 -70-90mv-70-90mv-70-90mv+
10、20+40mv+20+40mv+20+40mv超射(超射(超射(overshootovershootovershoot)值:膜内电位由零变为正的数值)值:膜内电位由零变为正的数值)值:膜内电位由零变为正的数值。3 3 3.复极相复极相 +20+40mv+20+40mv+20+40mv-70-90mv-70-90mv-70-90mv 锋电位:构成动作电位波形主要部分的短锋电位:构成动作电位波形主要部分的短促而尖锐的脉冲样电位变化。促而尖锐的脉冲样电位变化。后电位:锋电位在其完全恢复到静息电位之后电位:锋电位在其完全恢复到静息电位之前所经历的微小而缓慢的电位波动。前所经历的微小而缓慢的电位波动。负
11、后电位(去极化后电位):锋电位负后电位(去极化后电位):锋电位后的下降支到达静息电位之前所经历的微后的下降支到达静息电位之前所经历的微小而缓慢的电位波动。小而缓慢的电位波动。正后电位(超极化后电位):锋电位后正后电位(超极化后电位):锋电位后的下降支到达静息电位之后所经历的微小的下降支到达静息电位之后所经历的微小而缓慢的电位波动。而缓慢的电位波动。动作电位的动作电位的“全或无全或无”现象现象 同一细胞上动作电位大小不随刺激强度和同一细胞上动作电位大小不随刺激强度和传导距离而改变的现象,称传导距离而改变的现象,称“全或无全或无”现象。现象。(二)生物电现象产生的机制离子浓度(mmol/L)主要离
12、子膜内膜外膜内与膜外离子比例膜对离子通透性N Na a+14141451451:101:10通透性很小K K+1551554 439:139:1通透性大ClCl-4 41201201:301:30通透性次之A A-155155无通透性NaNa+-K-K+泵在耗能的情况下建立的膜内高泵在耗能的情况下建立的膜内高K K+膜外高膜外高NaNa+状态,是产生各种细胞生物电现象的基础。状态,是产生各种细胞生物电现象的基础。而这两种离子通过膜结构中的电压门控性而这两种离子通过膜结构中的电压门控性K K+通道和通道和NaNa+通道的易化扩散,是形成神经和骨骼肌细胞静息通道的易化扩散,是形成神经和骨骼肌细胞静
13、息电位和动作电位的直接原因。电位和动作电位的直接原因。1.静息电位的产生机制(Bernstein学说)(1)细胞内外K+的不均匀分布,胞内K+高,并且安静状态下细胞膜主要对K+有通透性。(2)促进K+外流的驱动力和阻止K+外流的阻力达到平衡K+平衡电位(Nernst 公式)(3)Na+-K+泵维持细胞内外Na+、K+不对称分布。Origin of biological electricity K+equilibrium potential,EKKClKClsuppose:1.Solution:KCl2.Permeable to K+only K+Cl-Ek=lnRTZFK+outK+inR:g
14、as constantT:absolute temperatureZ:valanceF:Faraday C.Nernst formulainoutinoutNote:net diffusion of K+equals zero.Ek=LnRTZFK+outK+ininoutsuppose:1.Solution:KCl2.Permeable to K+only Nernst formulaK+Cl-Discussing:1.Do K+permeability influence EK?2.If the solution contains Na+,how about EK?计算值实测值实测值计算值
15、Em=PkPk+PNa+PNaPk+PNaEKENaEm=GkGk+GNa+GNaGk+GNaEKENaSummary EK:EK in such a condition that the net movement of K+across membrane is zero.Resting potential:Em maintains constant when the charge movement of all kinds of ion across the membrane is zero.The higher the K+relative permeability is,the Clos
16、er to EK the RP is.Na+-K+pump maintains Na+and K+concentration gradients across membrane and diffusion force.二、动作电位的产生机制二、动作电位的产生机制 Formation mechanism of action potential Formation mechanism of action potential 动作电位的产生机制动作电位的产生机制Formation mechanism of action potentialFormation mechanism of action p
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