生物膜电位专题知识省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

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1第1页一、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。静息电位产生原因静息电位产生原因：1）细胞膜内外液体中离子浓度不一样）细胞膜内外液体中离子浓度不一样 2）细胞膜对不一样种类离子通透性不一样。）细胞膜对不一样种类离子通透性不一样。静息电位产生过程静息电位产生过程 如图所表示，两种不一样浓度如图所表示，两种不一样浓度KCl溶液溶液,有一个半透有一个半透膜隔开。设半透膜只允许膜隔开。设半透膜只允许 经过，而不允许经过，而不允许 经过。经过。两边浓度分别为两边浓度分别为C1和和C2，且，且C1 C2。1.能斯特方程式能斯特方程式 2第2页 因为因为C1 C2，向右侧扩散，使右侧正离子逐向右侧扩散，使右侧正离子逐步增加，左侧出现过剩负离子，这些电荷在膜两侧聚步增加，左侧出现过剩负离子，这些电荷在膜两侧聚集起来，最终到达平衡时，膜两侧含有一定电势差集起来，最终到达平衡时，膜两侧含有一定电势差 。3第3页 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粒子平均密度粒子平均密度n与与势能势能EP间关系：间关系：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：两侧离子电势能分别为：两侧离子电势能分别为：4第4页 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：跨膜电位（膜电位）跨膜电位（膜电位）能斯特方程能斯特方程5第5页 细胞膜属于半透膜，膜内外存在各种离子，主细胞膜属于半透膜，膜内外存在各种离子，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一样，它们都息状态时，各种离子得膜内外浓度不一样，它们都能够在不一样程度上透过细胞膜，其它则不能透过。能够在不一样程度上透过细胞膜，其它则不能透过。只有能透过细胞膜离子才能形成跨膜电位只有能透过细胞膜离子才能形成跨膜电位.两种离子两种离子静息电位静息电位是：是：2.静息电位静息电位6第6页 神经细胞静息电位是神经细胞静息电位是-86mV，这时细胞膜对，这时细胞膜对 是是通透，而对通透，而对 通透性很差。通透性很差。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第7页 去极化过程去极化过程：当细胞受到刺激到达阈值或阈值以：当细胞受到刺激到达阈值或阈值以上时，上时，通透性突然增大，大量钠离子在通透性突然增大，大量钠离子在浓度梯度浓度梯度和电场和电场双重作用下涌入膜内，使膜内电位快速提升，双重作用下涌入膜内，使膜内电位快速提升，膜电位降低。膜电位降低。当膜内外钠离子浓度差和当膜内外钠离子浓度差和电位差作用相互平衡时，细电位差作用相互平衡时，细胞膜极化发生倒转，使膜内胞膜极化发生倒转，使膜内带正电，膜外带负电，这一带正电，膜外带负电，这一过程叫过程叫除极除极。膜电位为：。膜电位为：+60mV.8第8页 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 通透性突然提升，使大量钾离子由膜内向膜外扩散，通透性突然提升，使大量钾离子由膜内向膜外扩散，使膜内电位降低，膜电位由使膜内电位降低膜电位由+60mV快速降到快速降到-100mV，这一过程使离子在细胞兴奋时电位得以恢，这一过程使离子在细胞兴奋时电位得以恢复称为复称为复极复极。膜电位恢复为。膜电位恢复为-86mV.9第9页第四节第四节 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第10页 可见：细胞受刺激所经历可见：细胞受刺激所经历除极和复极过程，伴伴随电位除极和复极过程，伴伴随电位波动过程。这一过程仅需波动过程。这一过程仅需10ms左右。我们把这个电位左右。我们把这个电位波动过程叫做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，又能够接收另一个刺激，产又能够接收另一个刺激，产生你一个动作电位。在不停生你一个动作电位。在不停强刺激下，强刺激下，1秒内能够产生秒内能够产生几百个动作电位。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第11页2.神经传导神经传导 对于大细胞，动作电位能够由它某一部分产生，对于大细胞，动作电位能够由它某一部分产生，再传导到另一部分。在肌肉组织中，动作电位能够再传导到另一部分。在肌肉组织中，动作电位能够由一个细胞传到另一个细胞。由一个细胞传到另一个细胞。12第12页 除极时，膜外正电荷被吸入膜内，使临近区域电除极时，膜外正电荷被吸入膜内，使临近区域电位降低，膜内负电荷也移入正电区，使临近区域电位位降低，膜内负电荷也移入正电区，使临近区域电位上升。结果临近区域电位发生改变，引发钠离子通透上升。结果临近区域电位发生改变，引发钠离子通透性突然增加，从而触发动作电位出现。性突然增加，从而触发动作电位出现。动作电位传输动作电位传输速度与神经纤维速度与神经纤维结构和大小相关，结构和大小相关，慢约慢约0.5mm/s，快到达快到达130mm/s。13第13页树突：接收传入信息传向细胞体。树突：接收传入信息传向细胞体。轴突（神经纤维）轴突（神经纤维）3.3.神经纤维电缆方程神经纤维电缆方程外部是圆柱面细胞膜外部是圆柱面细胞膜内部是轴浆（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：是轴浆电解质中是轴浆电解质中K+、Na+、Cl可沿可沿轴突流动。纵向电阻叫轴突流动。纵向电阻叫轴浆电阻轴浆电阻，用，用ri 表示单位长度表示单位长度轴浆电阻。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 表示单位长度膜电阻。表示单位长度膜电阻。14第14页细胞内液和外液均是含细胞内液和外液均是含有电解质溶液有电解质溶液两个导体两个导体细胞膜是含脂肪膜细胞膜是含脂肪膜绝缘体绝缘体电容电容 把神经纤维看成是一根特殊电缆，因为把神经纤维看成是一根特殊电缆，因为轴浆轴浆电阻电阻、膜电阻膜电阻与与膜电容膜电容组合，使电流对膜电位影组合，使电流对膜电位影响起着依距离而衰减和在时间上延迟作用。神经响起着依距离而衰减和在时间上延迟作用。神经细胞这种性质能够比较满意地解释电流对神经膜细胞这种性质能够比较满意地解释电流对神经膜作用。所以称为作用。所以称为电缆学说电缆学说。单位面积电容为单位面积电容为膜电容膜电容用用Cm表示表示15第15页 当外界刺激低于细胞兴奋阈值时，细胞不会产当外界刺激低于细胞兴奋阈值时，细胞不会产生动作电位，但细胞膜电位还是会发生，而细胞膜生动作电位，但细胞膜电位还是会发生，而细胞膜电阻、电容和膜电动势不发生改变，这时膜称为电阻、电容和膜电动势不发生改变，这时膜称为被被动膜动膜。被动膜电缆性质：被动膜电缆性质：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 小小段组成，每一小段段组成，每一小段 可可表示为如图所表示等效电表示为如图所表示等效电路。路。16第16页 把相邻小段神经纤维等效电路联络在一起就组成把相邻小段神经纤维等效电路联络在一起就组成神经纤维等效电路如图：神经纤维等效电路如图：神经纤维电缆方程，并解出：神经纤维电缆方程，并解出：通电电极在通电电极在x0处处膜电位膜电位 被动膜电缆性质被动膜电缆性质：膜电：膜电位位 依距离改变依距离改变 按指数规按指数规律衰减律衰减17第17页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统计不一样点膜电位改变统计不一样点膜电位改变 测得是膜测得是膜电位改变电位改变是膜电位是膜电位E与静息电位与静息电位Er 之差之差 E EE Er r18第18页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，还有带电或不带电悬浮胶粒（细胞、病毒、蛋白质分子或合成粒子）。悬浮胶粒（细胞、病毒、蛋白质分子或合成粒子）。在电场力作用下，带电胶粒迁移现象叫做在电场力作用下，带电胶粒迁移现象叫做电泳电泳。胶粒迁移速度主要由以下原因决定：胶粒迁移速度主要由以下原因决定：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、液体粘滞系数和介电常数。液体粘滞系数和介电常数。带电胶粒在电场作用下迁移速度不一样，能够将带电胶粒在电场作用下迁移速度不一样，能够将标本中不一样成份分开，是生物化学研究，制药及临标本中不一样成份分开，是生物化学研究，制药及临床检验惯用伎俩。床检验惯用伎俩。19第19页 由由直流电源直流电源和和电泳槽电泳槽两大部分组成。两大部分组成。直流电源直流电源要提供稳定输出电压，电流和功率；要提供稳定输出电压，电流和功率；电泳槽电泳槽普通包含电极（由炭棒或铂片组成）和缓普通包含电极（由炭棒或铂片组成）和缓冲液槽、电泳介质支架和透明绝缘密封盖等组成。冲液槽、电泳介质支架和透明绝缘密封盖等组成。20第20页第八章第八章 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 电容器充电和放电电容器充电和放电8.4 生物膜电位生物膜电位21第21页