研究动作电位有这样一个实验,把两个电极接在神经的内外表面,图示是这样。  实际的实验操作是这样。
 根据这样的测量方式就得到了动作电位发生过程的波形图。
 这个肉眼看不见的过程留给我们很大的想象空间,同时也就有了很多想不通的地方。

一问:钠离子的内流什么时候停止?  钠离子在细胞膜外浓度高,膜内浓度低。如果细胞膜是个没有原则的全透膜,试问结果会怎样?
 最后,一碗水端平,你一个苹果,我一个苹果,天下太平。胞内浓度和胞外浓度相等,握手言和。
 但是,细胞膜是选择性透过膜,在动作电位产生的时候,只打开了有特权的钠离子通道,其他牛鬼神蛇只能望膜兴叹。
 钠离子顺着浓度差,从高浓度流向低浓度,即内流。这种运输虽然借助了通道蛋白,但是并不消耗能量,属于协助扩散。
 这种协助扩散会一直进行下去,直到内外钠离子浓度相等吗?可是,并没有!
 浓度差推动钠离子内流,但素,当膜内正电荷逐渐累积,会形成内外电位差,电位差会阻止正电荷继续内流。于是,当浓度差和电位差相等的时候,达到钠离子的电化学平衡,钠离子的内流就停止了。
二问:细胞外液钠离子浓度下降,动作电位峰值如何改变? 从感性角度分析,细胞内外钠离子的浓度差=胞外-胞内。当胞外浓度下降的时候,浓度差也相应下降,于是电化学平衡的电位差也会下降,那么,动作电位峰值也应该跟着下降。 理性一点分析,需要请出化学上的能斯特(Nerst)方程。  换成膜内外的钠离子浓度是这样的。
 稀奇古怪的常数不用管它,只看分数部分,o代表outside胞外,i代表inside胞内。当胞外浓度下降时,胞外/胞内的比值也跟着下降,所以,计算结果为下降。用曲线图画出来是这样的。
 如果问:细胞外液钾离子浓度下降,动作电位峰值如何改变呢?
你仔细看看计算钠离子电化学平衡的时候,能斯特方程里面有没有涉及钾离子?因为这时候钾离子通道关闭,它对动作电位的形成几乎没有贡献啦。所以,答案是动作电位峰值不变。 三问:动作电位怎样传导?  兴奋和未兴奋的区域之间形成局部电流,于是就可以传递出去了吗?这还不是故事的全部。
 神经纤维长这样,外面包裹着绝缘的髓鞘。
 髓鞘把神经纤维像香肠一样分成一节一节的,只在香肠接头的地方会露出细胞膜,被称作郎飞结。
 于是,相邻的郎飞结之间可以形成局部电流,于是动作电位就可以在郎飞结之间跳跃传导,飞来飞去啦,是不是很聪明。
 感谢关注公众号“一个生物老师的日常”(微信号:echology2015),原创文章转载请注明出处。
|