細胞靜息膜電位的測量

2021-01-21 生物學通報

圖3

      實驗裝置由2個分隔的充滿水溶液的小室組成， 小室中間由1個帶200μm直徑小孔的膜隔開，小孔的厚度約為4 nm，相當脂質雙分子層的厚度，相當於將2個小室變成了細胞膜的內、外部分。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。為了消除水在兩側小室間的滲透性流動，在左側小室中同時加入足夠數量的非電解質物質甘露醇。假設平板雙層膜不能將兩側的溶液分開，由於兩側小室中存在不等的KCl濃度，在濃度差的驅動下，K+將會從濃度高的一側向低的一側擴散。然而，如果將一個純的脂質雙分子層加入到隔離2個小室的膜的小孔中，就可阻擋Cl-和K+的滲透性擴散。現在，通過加入純化的K+通道或K+載體( uibiogires)，選擇性地調節膜對K+的滲透。假設此時K+通道處在一個開放狀態，但不對Cl-通透，右側（定為膜內）與左側（定為膜外）相比，應為電負性，顯然這是由於右側K+的濃度(155mmol)遠高於左側(4mmol)，右側K+的擴散力要遠大於左側的原因。隨著右側電位變得越來越負時，逐漸增大的負電位阻止了右側K+的進一步流動，最終使K+的淨流動停止。此時的系統處於一個平衡點，跨膜電壓達到了92.4 mV，右側為負。

      現在這個系統的2個小室中的K+的濃度梯度與骨骼肌細胞的相似，記錄到的電壓差相當於它的靜息膜電位，這個電位實際上是此種離子的擴散電位。當處於平衡狀態時，這個電位也可以通過Nernst方程推導出來。

相關焦點

  • 細胞靜息膜電位的產生和維持
    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。
  • 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。
  • 【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。
  • |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。
  • 膜電位低於靜息電位所引起的一系列變化
    答：鈉通道具有電壓依賴性，其的可利用率取決於受刺激前靜息膜電位水平；膜電位降低，會導致鈉通道失活，所以鈉通道開放的速率和數量均低於靜息水平。3、先來了解一下0期0期：-90~+30mv、迅速離子流：鈉內向電流Ina，T型鈣電流Ica-T鈉內向電流Ina：快通道，其主要作用，激活快、失活快。
  • 健康 | 原來膜電位有那麼多我們不知道的健康小秘密!
    中國科學院網站發表的《生物電與膜電位》一文中說道：生物電是生命的靈魂，但它至今仍充斥著無窮的神秘，尤其是動物細胞的跨膜電位，人體的可興奮性細胞在安靜時其靜息電位可達
  • 實驗結果表明,各種細胞的靜息電位均為負值
    所以其電位水平為零。當將測量電極B同樣置於細胞膜外面， 從示波器觀察到光點處於零電位進行左右移動， 這說明在細胞膜外表面任意兩點之間的電位都是相同的；當把測量電極B插入到神經元內部時， 從示波器螢光屏上觀察到光點下降到一定水平後進行掃描， 電位約為-70 m V, 這說明在神經元膜的內側與外側之間存在電壓差， 且細胞膜內的電位要低於膜外[3].我們將細胞在靜息時細胞膜內與細胞膜外的電壓差值就叫做靜息電位。
  • 測量細胞中電壓差的新方法
    但幾十年來，我們無法測量細胞器（細胞內的膜包裹結構）與細胞其他部分之間的電壓差。芝加哥大學的科學家提出了一項開創性技術，讓研究人員可以觀察細胞，看看有多少不同的細胞器使用電壓來執行功能。芝加哥大學的Krishnan實驗室專門製造微小的傳感器，在細胞內部運行，並報告細胞發生的情況，以便研究人員能夠了解細胞如何工作，以及它們在疾病或功能失調中如何分解。
  • 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。
  • 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。
  • 【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。
  • 電位差計測量未知電動勢
    開關「K1」現在已經不用了，直接連導線導線遊標盤的「1.0」和「0」之間，是電路斷開狀態，旋轉到此處檢流計指針肯定指「0」,但是沒有意義***********************************【實驗目的】學習和掌握電位差計的補償式工作原理
  • 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。
  • 科學家開創了測量細胞中電信號的新方法
    細胞內複雜的電信號舞動是許多有關疾病和失調問題的關鍵，但一直難以認知。現在，芝加哥大學的一個科學家團隊創造的一項開創性技術使研究人員能夠窺視細胞，以觀察有多少不同的細胞器使用電壓來執行功能。該最新研究結果論文，題為：「基於DNA的細胞器電壓計」，發表在《自然-納米技術》上。研究人員解釋說：「科學家很長時間以來一直注意到，用於染色細胞的帶電染料會卡在線粒體中。」
  • 表面電位(靜電導體和靜電非導體)的測量
    1此項測量可用各種類型的靜電計，如感應型、旋葉型、電離型和振動電極型等。測量前先將儀表的接地端子接地，然後將探頭對著接地金屬板調整儀表零位。　　2開始測量時先將儀表靈敏度調至較低檔，並緩慢地將探頭移近被測物體至規定的距離。取得大致的數據後，再調整相應的測量檔。
  • 芝加哥大學的科學家小組開創了測量細胞中生物電的新方法
    但是幾十年來，不可能測量細胞器（細胞內部的膜包裹結構）與細胞其餘部分之間的電壓差。 然而，由芝加哥大學的科學家小組創造的一項開創性技術使研究人員能夠窺視細胞，以觀察有多少不同的細胞器使用電壓來執行功能。
  • 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。
  • 電位傳感器電容讀出法測量超靈敏海水pH值
    pH值的測量在大多數化學，生物和環境過程中都非常重要。人為因素（包括化石燃料燃燒和森林砍伐）產生的大氣二氧化碳（CO2）會逐漸被海洋系統吸收。這種海洋吸收作用可緩解大氣中的二氧化碳，但會降低海洋表層pH值。因而會顯著改變海洋碳酸鹽系統的化學平衡，並對海洋生物區系和海洋生態系統產生巨大影響。若要準確了解海洋酸化如何影響海洋生物，首先要精準量化海水pH值的變化。