第三节细胞的电活动

1、第三节第三节 细胞的电活动细胞的电活动III Cellular BioelectricityHangzhou Normal UniversityCellular Bioelectricity生物电（生物电（bioelectricity）：）： 细胞在进行生命活动时都伴有的电现象 由一些带电离子（Na+、K+、Cl-、Ca2+）跨细胞膜流动而产生 跨膜电位跨膜电位、膜电位（膜电位（membrane potential）膜电位的表现形式： 安静时 静息电位静息电位（resting potential, RP） 受刺激时 动作电位动作电位（action potential, AP）细胞的生物电现象静

2、息电位：细胞处于相对安静状态时，细胞膜内外存在的恒定电位差。动作电位：细胞活动时，细胞膜内外存在的变化的电位波动。 2.RP实验现象：静息电位静息电位( (resting potentialresting potential RP) RP) 1 1. .概概 念念 ：细胞处于相对安静状态时，细胞膜内：细胞处于相对安静状态时，细胞膜内外存在的电位差。外存在的电位差。 2.2.实验现象实验现象：证明证明RPRP的实验：的实验：（甲）当（甲）当A A、B B电极都位于电极都位于细胞膜外，无电位改变细胞膜外，无电位改变，证明膜外无电位差证明膜外无电位差。（乙）当（乙）当A A电极位于细胞电极位于细胞膜

3、外，膜外， B B电极插入膜内时，电极插入膜内时，有电位改变，有电位改变，证明膜内、证明膜内、外间有电位差外间有电位差。（丙）当（丙）当A A、B B电极都位于电极都位于细胞膜内，无电位改变细胞膜内，无电位改变，证明膜内无电位差证明膜内无电位差。静息电位的产生机制静息电位的产生机制1. 钠泵的生电作用钠泵的生电作用 细胞外Na+浓度高，细胞内K+浓度高 维持细胞膜两侧离子浓度差Resting Potential细胞内细胞外Na+Cl-K+A-Na+胞外是胞内的12倍； K+胞内是胞外的30倍。 静息电位的产生机制静息电位的产生机制2. 细胞膜两侧离子的浓度差与平衡电位细胞膜两侧离子的浓度差与平

4、衡电位 电化学驱动力电化学驱动力 电位差浓度差 平衡电位（平衡电位（equilibrium potential）：）：某一离子净扩散为零时的跨膜电位差IonConcentration (mM)E (mV)intracellularextracellularNa+12145+67K+1554.5-95Cl-4.2116-89Resting Potential How is the RP produced?The equilibrium potential reached by K+ external outflow/钾离子外流达到平衡钾离子外流达到平衡时的电位时的电位 dynamic resis

5、tanceThe equilibrium potential of K+Chemical driving forceElectrical driving force静息电位的产生机制静息电位的产生机制3. 安静时细胞膜对离子的相对通透性安静时细胞膜对离子的相对通透性 K+通透性最高，非门控钾通道 静息电位接近于K+平衡电位神经细胞静息电位神经细胞静息电位约-70 mV安静时细胞膜对Na+也有一定的通透性IonConcentration (mM)E (mV)intracellularextracellularNa+12145+67K+1554.5-95Cl-4.2116-89Resting Po

6、tentialvPolarization：v极化极化vDepolarization：v去极化去极化vHyperpolarization 超极化超极化：相 关 概 念静息电位的产生机制静息电位的产生机制影响静息电位水平的因素影响静息电位水平的因素 细胞外液K+浓度 细胞外液K+ 浓度差 K+ 外流 电位差 细胞外液K+ 浓度差 K+ 外流 电位差 静息状态下，电位差变小 去极化去极化 静息状态下，电位差变大 超极化超极化 膜对K+和Na+的相对通透性 Na+泵活动水平 缺氧、低温、代谢障碍Resting PotentialAP)概 念：可兴奋细胞受到刺激，细胞膜在静息电位基础上发生一次短暂的、可

7、逆的,并可向周围扩布的电位波动称为动作电位。2.AP实验现象：Action Potential动作电位（AP）指各种可兴奋细胞受到有效刺激时，在细胞膜两侧所产生的快速快速、可逆可逆、并有扩布性有扩布性的电位变化上上 升升 支支下降支下降支刺激刺激局部电位局部电位阈电位阈电位去极化去极化零电位零电位反极化（超射）反极化（超射）复极化复极化（负、正）后电位（负、正）后电位锋电位（锋电位（spike potential）After depolarizationpotential After hyperpolarization potentialSpike potential After-potent

8、ialA typical neuron action potential +35(1) Depolarization/去极去极:Activation of Na+ channelBlocker:Tetrodotoxin (TTX)(2) Repolarization/复极复极:Inactivation of Na+ channelActivation of K+ channelBlocker:Tetraethylammonium(TEA)(3) After potentialNa+-K+ pump“Recharging” processAP= Na+的平衡电位的平衡电位动作电位的产生机制动作电

9、位的产生机制刺激刺激局部电位局部电位阈电位阈电位去极化去极化零电位零电位反极化（超射）反极化（超射）复极化复极化（负、正）后电位（负、正）后电位RP Na+通道关闭，非门控K+通道开放维持RP膜电位改变，少量少量Na+通道开通道开放放：少量Na+内流引起去极化，膜电位上升至阈电位膜电位至阈电位后，大量大量Na+通道开放（电压门控）通道开放（电压门控），至Na+的平衡电位（正反馈）膜电位至峰值后，Na+通道关闭，电压门控电压门控K+通道通道开放Na+泵活动，直至平衡电位Na+内流内流K+外流外流Action PotentialAP上升支上升支AP下降支下降支动作电位的产生机制动作电位的产生机制A

10、ction PotentialIonic basis of action potential动作电位的产生机制动作电位的产生机制Action PotentialNa+ Channel激活门激活门m 失活门失活门 h静息态静息态 resting state激活态激活态 activated state失活态失活态 inactivated state动作电位的特征特征：具有“全或无全或无”的现象（all or none） 即同一细胞上的AP大小不随刺激强度和传导距离而改变的现象。是非衰减式传导的电位脉冲式发放动作电位的意义意义：AP的产生是细胞兴奋的标志。Action Potential动作电位的触

11、发动作电位的触发 阈电位（阈电位（threshold potential，TP）：能够导致膜对Na+通透性突然增大的临界膜电位数值 阈电位一般比静息电位绝对值小约1020 mV，约为-55 mV 细胞兴奋性高低与RPTP的差值呈反变变关系 AP是达阈电位后本身进一步去极化的结果，与刺激强度无关（全全）Action Potential动作电位的传播动作电位的传播动作电位在同一细胞上的传播无髓神经纤维局部电流局部电流 Local CurrentAction PotentialAP的传导的传导 传导机制：局部电流传导机制：局部电流/local electric传导方式：无髓鞘N纤维：局部电流有髓鞘N

12、纤维：跳跃式传导/saltatory conduction动作电位的传播动作电位的传播动作电位在同一细胞上的传播有髓神经纤维郎飞结跳跃式传导跳跃式传导 Saltatory ConductionAction Potential动作电位在同一细胞上传播的特点 双向传导 绝缘性 相对不疲劳性 不衰减性传导 不融合性（有绝对不应期）动作电位的传播动作电位的传播Action Potential动作电位的传播动作电位的传播动作电位在细胞之间的传播缝隙连接（缝隙连接（gap junction）Action Potential兴奋性及其变化兴奋性及其变化兴奋性（兴奋性（excitability）：）： 活组织

13、或细胞对外界刺激发生反应的能力。兴奋（兴奋（excitation）：）： 组织受刺激后由静息活动或由活动弱强的过程。可兴奋细胞： 神经细胞、肌细胞、部分腺细胞神经细胞、肌细胞、部分腺细胞 可产生动作电位动作电位（对电刺激敏感）Action Potential兴奋性及其变化兴奋性及其变化绝对不应期（绝对不应期（absolute refractory period）：）：无论多强的刺激也不能再次兴奋的期间。相对不应期（相对不应期（relative refractory period）：）：大于原先的刺激强度才能再次兴奋期间。超常期（超常期（supranormal period）：）：小于原先的刺激

14、强度便能再次兴奋的期间。低常期（低常期（subnormal period）：）：大于原先的刺激强度才能再次兴奋的期间。Action Potential兴奋性及其变化兴奋性及其变化Action Potentiala activated statea-b inactivated stateb-c partial activated statec-d activated state兴奋性及其变化兴奋性及其变化细胞兴奋后兴奋性的变化细胞兴奋后兴奋性的变化 分期分期 兴奋性兴奋性 与与AP对应关系对应关系 机制机制绝对不应期降至零锋电位钠通道失活相对不应期 渐恢复负后电位前期钠通道部分恢复超常期 正常负后电位后期钠通道大部恢复低常期 正常正后电位膜内电位呈超极化Action PotentialElectrotonic Potential & Local Potential局部兴奋局部兴奋 Local Excitation阈下刺激引起的低于阈电位的去极化局部兴奋特点