細胞靜息膜電位的產生和維持

2021-01-21 生物印記
細胞靜息膜電位的產生和維持

大多數活細胞都具有約100 mV的膜電位,如我們熟知的腦中的神經細胞及骨骼肌細胞,它們就相當於一個貯存能量的極其微小的電池,驅動各種細胞膜的信號轉換過程。它們產生的電衝動稱為動作電位。

      細胞膜內、外存在大量攜帶正、負電荷的離子。對於水和大多數溶液來說,正、負電荷的數量常常是相等的,通過庫倫定律(Coulomb′s law)可計算出溶液中2種離子相互作用的力的大小。

F=z1xz2/εr2

      其中F為力,ε為介質常數,z為化合價,r為離子間的距離。由於水的介質常數是細胞膜內碳氫化合物力的40倍,假如將一個Na+從細胞膜外移入細胞膜內,若沒有任何蛋白質協助的話,Na+首先必須「溶解」在細胞膜的脂質雙分子層中,已知Na+進入脂質雙分子層中的能量(E)大約為36 kcal/mol,這個值在室溫狀態下是分子熱能的60倍,因此,驅動Na+進入細胞膜中的力基本為零。這種分析解釋了為什麼細胞膜兩側的無序離子如果沒有膜上特殊分子,例如膜轉運蛋白或離子通道提供離子轉運的極性微環境,這些離子將不可能穿過脂質雙分子層。

      現在我們已經清楚,一些關鍵離子在細胞內、外的不均等分布及選擇性的透膜移動,是形成膜電位的基礎。離子的跨膜滲透稱為電擴散,這是由於離子是帶正、負電荷的,離子的跨膜流動與膜電位的關係與下列因素有關:①膜內、外離子的濃度;②跨膜電壓;③對於某種離子透膜流動的滲透係數。滲透係數是一個常數,不隨溶液中化學成分和電驅動力而改變,因此它代表離子從膜的一側進入到膜的另一側的能力。每種離子的跨膜滲透都是相互獨立的,這種現象又稱為離子運動的獨立性法則。

相關焦點

  • 細胞靜息膜電位的測量
    將人工合成的膜蛋白和其他的分子加入平板脂質層系統中,就可在類似離體狀態下研究活細胞複雜的代謝功能了。在此系統中接入Ag/AgCl電極和電壓表,電極通過鹽橋連接到膜兩側的溶液中,用於測量此系統的跨膜電位。研究者可通過人工方式調整2個小室中離子的濃度梯度。      假如將4 mmolKCl放人左側小室中,將155 mmolKCl放人右側小室中,以模擬哺乳動物肌細胞膜內、外K+的濃度。
  • 神經科學|神經元膜電位
    本期,我來說說「膜電位」。膜電位是指神經元內外的電位差。這是神經元的細胞膜。它將細胞膜的內部與外部環境分開。我們說這是神經元的內部,這是神經元的外部。電荷的差異是由於膜內外離子的聚集而產生的。離子是失去或得到電子的原子,因此帶有正電荷或負電荷。人體內存在多種離子,其中幾種在神經元的膜電位中起重要作用。
  • 【知識拓展】膜電位的產生和傳導常見誤區辨析
    ,而膜的電位梯度又驅使K+ 重新回到細胞,故K+ 的跨膜擴散受到濃度差和電位差兩個驅動力的作用,其代數和稱為電-化學驅動力。上述計算式中,EK為 K+ 的平衡電位,R為氣體常數,T為絕對溫度,Z為原子價,F為法拉第常數,[K+]o和[K+]i 分別為 K+ 在細胞外液和細胞內液中的濃度。以哺乳類動物神經元為例,若體溫為 37℃,則EK= -90 mV。同樣,可以利用 Nernst公式計算出Na+平衡電位(ENa)約為+60 mV,Cl- 平衡電位(ECl)約為-70 mV。
  • 動作電位是如何產生和恢復的?
    ①膜靜息電位時,一些鉀離子通道是開放的。②一個刺激引起細胞開始去極化,當達到閾值時,動作電位產生。 ③鈉離子通道打開,鈉離子擴散進入軸突,快速去極化發生(峰的上升部分)。④到達峰的頂點,鈉離子通道關閉,原來關閉的鉀離子通道開放。⑤隨著鉀離子通道的開放,鉀離子擴散離開軸突,復極化發生。⑥膜恢復到原來的靜息電位之前會發生一個超極化。
  • 閾電位與動作電位產生的關係
    1.動作電位形成的條件(1)細胞膜兩側存在離子濃度差,細胞膜內鉀離子濃度高於細胞膜外,而細胞外鈉離子、鈣離子、氯離子高於細胞內,這種濃度差的維持依靠離子泵的主動轉運。(2)細胞膜在不同狀態下對不同離子的通透性不同,例如,安靜時主要允許鉀離子通透,而去極化到閾電位水平時又主要允許鈉離子通透。(3)可興奮組織或細胞受閾刺激或閾上刺激。
  • |DNA電位計監測細胞器膜電位
    胞質或細胞內部以及不同的細胞區室和細胞器內部的離子濃度不同,因此在不同的隔室之間產生電荷差,從而形成膜電位Vmem。它對我們的身體正常工作至關重要,例如膜電位的快速變化控制著我們的心跳,並增強了腦細胞用來交流的電信號。然而,監測Vmem的動態變化手段非常很有限,膜片鉗電生理學是探查Vmem的金標準,具有很高的靈敏度,但是通量低,屬於高度侵入性方法,因此難以在較長的時間內測試。
  • 動作電位是如何產生及恢復的?
    ①膜靜息電位時,一些鉀離子通道是開放的。②一個刺激引起細胞開始去極化,當達到閾值時,動作電位產生。
  • 【2分鐘神經科學】動作電位
    本期,我來說說「動作電位」。動作電位是膜電位的瞬時逆轉,這是神經元內信號傳導的基礎。如果您對膜電位不熟悉,您可能想在看這個視頻之前,先看一下我講膜電位的視頻。神經元的靜息膜電位約為-70 mV。當神經遞質與神經元樹突上的受體結合時,就會對神經元產生去極化效應。這意味著它們使膜電位極化程度降低,或使其接近於0。此圖在y軸上顯示膜電位,在x軸上顯示時間。
  • 膜電位低於靜息電位所引起的一系列變化
    二者比較一下】,而此時鈉通道開放的速率和數量均低於靜息電位水平【2、什麼因素導致鈉通道開放速率和幅度低呢?】。故新產生的動作電位的0期去極化速度和幅度都低於正常【3、前兩者與什麼有關呢?鈉通道?】,興奮傳導的速度也慢【4、興奮的傳導速度取決於啥?
  • 靜息電位和動作電位產生的離子基礎
    產生靜息電位的重要離子有Na+、K+和A-(存在於細胞內的帶負電荷的大蛋白質分子,膜對它無通透性);其他離子,如Ca2+、Cl_、Mg2+等在大多數細胞中對靜息電位沒有直接貢獻。大量實驗表明,當細胞外的K+濃度降低時,靜息電位增大;相反,膜外K+濃度增高,則靜息電位減小,而改變Na+的濃度則不影響靜息電位值。
  • 健康 | 原來膜電位有那麼多我們不知道的健康小秘密!
    靜息狀態細胞膜內外的電位差,稱靜息膜電位,簡稱膜電位,是指在沒有發生應激性興奮的狀態下,生物組織或細胞的不同部位之間所呈現的電位差。它是一切生物電產生和變化的基礎。下面,讓我們來看一下,膜電位與人體各方面的關係。人體細胞大約有40萬億—60萬億個,每個靜息的活細胞都存在細胞膜電位。
  • 毛細胞電位的產生
    假設將骨性蝸管拉直,就比較容易理解骨蝸管內的前庭階、中階(膜性蝸管)和鼓階這三個管腔的關係。膜性蝸管是一條充滿內淋巴的盲管;而前庭階和鼓階內充滿外淋巴,它們在蝸頂處通過蝸孔相互交通。    聲波的感受器官即Corti器位於基底膜上。Corti器外毛細胞的纖毛頂端嵌入蓋膜之中,而內毛細胞的纖毛可能與蓋膜沒有直接的接觸。
  • 高電位為什麼可以活化細胞?
    細胞的生物電現象的各種表現,主要是由於某些帶電離子在細胞膜兩側的不均衡分布,以及膜在不同情況下對這些離子通透性發生改變所造成的。
  • 細胞早期凋亡的標誌性事件——線粒體膜電位降低
    線粒體膜電位下降是細胞凋亡早期的標誌性事件,發生在細胞核凋亡特徵(染色質濃縮、DNA斷裂)出現之前,一旦線粒體膜電位崩潰,細胞凋亡便不可逆轉。JC-1是一種廣泛用於檢測線粒體膜電位(mitochondrial membrane potential)△Ψm 的理想螢光探針。可以檢測細胞、組織或純化的線粒體膜電位。
  • 什麼是神經膠質細胞?膠質細胞有什麼功能和特點?
    4.物質代謝和營養性作用星形膠質細胞的其他突起穿行於神經元之間,貼附在胞體和樹突上,對神經元運輸營養物質和排除代謝產物可能有影響。星形膠質細胞能產生神經營養因子,起支持神經元的作用。5.維持神經元的正常活動神經元活動時,隨著K+的釋放,細胞外液中K+濃度將升高,而細胞外的高K+可能會干擾神經元的正常活動。
  • 科學家實現對肺癌線粒體膜電位的體內成像
    科學家實現對肺癌線粒體膜電位的體內成像 作者:小柯機器人 發布時間:2019/10/31 16:31:51 近日,美國加州大學洛杉磯分析David B.
  • 百世樂高電位治療儀對人體的作用
    高電位治療儀是給予處於絕緣狀態下的人體以交流電位,使身體周圍產生特殊的自然仿生電場,利用這種電場對身體的有益功效(生體電理作用)對患者進行治療的理療儀器。百世樂高電位治療儀,能產生有益電場,通過對身體表面的刺激,介入神經傳遞,最後作用於植物神經系統和內分泌系統的上位中樞---下丘腦,使人體自我調節機能得到恢復和提升,幫助恢復人體與生俱來的生體恆常性,從而使不適症狀得到有效的改善。百世樂高電位治療儀對人體主要積極作用有下:一、對神經系統的作用(您神經系統的鎮靜劑)能有效降低大腦皮質的興奮性,並加強其抑制過程。
  • 我國學者創建鉀離子通道「摺紙風車」模型 合理闡釋細胞動作電位...
    黑龍江省亞歐腦科學研究院孫作東研究員在腦科學基礎理論研究領域又獲新突破,近日在美國醫學科學期刊Journal of US-China Medical Science(UCMS)同期刊發3篇論文——《鉀離子通道「摺紙風車」模型》《用鉀離子通道「摺紙風車」模型闡釋細胞動作電位發生機制》《鳩子論的修訂與補充》,首次對細胞動作電位與靜息電位產生機制和鈉
  • 複習指導:細胞的興奮性和生物電現象
    三、極化、去極化、超極化、閾電位的概念  1.靜息時,細胞膜內外兩側維持內負外正的穩定狀態,稱為極化。  2.當細胞受刺激時,膜內電位向負值減小方向變化,稱為去極化。  3.若膜內電位數值向負值增大方向變化,稱為超極化。
  • 有關神經細胞動作電位的幾個關鍵問題
    靜息電位是靜息狀態下的膜電位,本質就是鉀離子平衡電位。由於細胞膜上具有鈉鉀泵,該泵向細胞內泵入K+的同時向細胞外泵出Na+,造成了與細胞外液相比細胞內液K+濃度高而Na+濃度低的特點。靜息狀態下鉀離子透過漏鉀通道(一種非門控的鉀離子通道,運輸鉀離子的效率相對後面會提到的電壓門控鉀離子通道而言較低)向外擴散,膜電位主要就取決於鉀離子,因此靜息電位約等於鉀離子平衡電位。