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生物电现象的产生机制是怎样的?

生物电现象的产生机制是怎样的?

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2017-08-06

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    他根据当时关于电离和电化学的理论成果提出了经典的膜学说来解释当时用粗劣的电测量仪器记录到的生物电现象。他认为细胞表面膜两侧带电离子的不同分布和运动,是产生物电的基础。但在当时和以后相当长的一段时期内,还没有测量单一细胞电活动的手段和其他有关技术,因此他的学说长期未能得到证实。
    直到本世纪40~50年代,Hodgkin 和Huxley等开始利用枪乌贼的巨大神经轴突和电生理学技术,进行了一系列有意义的实验,不仅对经典膜学说关于静息电位产生机制的假设予以证实,而且对动作电位的产生作了新的解释和论证。
  通过这一时期的研究,对于可兴奋细胞静息电位和动作电位的最一般原理已得到阐明,即细胞生物电现象的各种表现,主要是由于某些带电离子在细胞膜两侧的不均衡分布,以及膜在不同情况下对这些离子的通透性发生改变所造成的。
    但是由于当时对细胞膜的分子结构和膜中蛋白质的存在形式和功能还知之甚少,因此Hodgkin等对生物电的理解只能是宏观的,对微细过程只能用数学模型来说明。随着70年代以来蛋白质化学和分子生物学技术的迅速发展,蛋白质分子从膜结构中克隆出来,并从它们的分子结构的特点来说明通道的功能特性;特别是70年代中期发展起来的膜片钳(patch clamp)技术,可以观察和记录单个离子通道的功能活动,使宏观的所谓膜对离子通透性或膜电导的改变,得到了物质的、可测算的证明。
      1。静息电位和K+平衡电位 Bernstein最先提出,细胞内外钾离子的不均衡分布和安静状态下细胞膜主要对K+有通透性,可能是使细胞能保持内负外正的极化状态的基础。
  已知所有正常生物细胞细胞内的K+浓度超过细胞外K+很多,而细胞外Na+浓度超过细胞内Na+浓度很多,这是Na+泵活动的结果;在这种情况下,K+必然会有一个向膜外扩散的趋势,而Na+有一个向膜内扩散趋势。
    假定膜在安静状态下只对K+有通透的可能,那么只能有K+移出膜外,这时又由于膜内带负电荷的蛋白质大分子不能随之移出细胞,于是随着K+移出,出现膜内变负而膜外变得较正的状态。
  K+的这种外向扩散并不能无限制地进行,这是因为移到膜外的K+所造成的外正内负的电场力,将对K+的继续外移起阻碍作用,而且K+移出的愈多,这种阻碍也会愈大。  因此设想,当促使K+外移的膜两侧K+浓度势能差同已移出K+造成的阻碍K+外移的电势能差相等,亦即膜两侧的电-化学(浓度)势代数和为零时,将不会再有K+的跨膜净移动,而由已移出的K+形成的膜内外电位差,也稳定在某一不再增大的数值。
  这一稳定的电位差在类似的人工膜物理模型中称为K+平衡电位。  Bernstein用这一原理说明细胞跨膜静息电位的产生机制。 他根据当时关于电离和电化学的理论成果提出了经典的膜学说来解释当时用粗劣的电测量仪器记录到的生物电现象。
  他认为细胞表面膜两侧带电离子的不同分布和运动,是产生物电的基础。但在当时和以后相当长的一段时期内,还没有测量单一细胞电活动的手段和其他有关技术,因此他的学说长期未能得到证实。  直到本世纪40~50年代,Hodgkin 和Huxley等开始利用枪乌贼的巨大神经轴突和电生理学技术,进行了一系列有意义的实验,不仅对经典膜学说关于静息电位产生机制的假设予以证实,而且对动作电位的产生作了新的解释和论证。
  通过这一时期的研究,对于可兴奋细胞静息电位和动作电位的最一般原理已得到阐明,即细胞生物电现象的各种表现,主要是由于某些带电离子在细胞膜两侧的不均衡分布,以及膜在不同情况下对这些离子的通透性发生改变所造成的。
    但是由于当时对细胞膜的分子结构和膜中蛋白质的存在形式和功能还知之甚少,因此Hodgkin等对生物电的理解只能是宏观的,对微细过程只能用数学模型来说明。随着70年代以来蛋白质化学和分子生物学技术的迅速发展,蛋白质分子从膜结构中克隆出来,并从它们的分子结构的特点来说明通道的功能特性;特别是70年代中期发展起来的膜片钳(patch clamp)技术,可以观察和记录单个离子通道的功能活动,使宏观的所谓膜对离子通透性或膜电导的改变,得到了物质的、可测算的证明。
      1。静息电位和K+平衡电位 Bernstein最先提出,细胞内外钾离子的不均衡分布和安静状态下细胞膜主要对K+有通透性,可能是使细胞能保持内负外正的极化状态的基础。
  已知所有正常生物细胞细胞内的K+浓度超过细胞外K+很多,而细胞外Na+浓度超过细胞内Na+浓度很多,这是Na+泵活动的结果;在这种情况下,K+必然会有一个向膜外扩散的趋势,而Na+有一个向膜内扩散趋势。
    假定膜在安静状态下只对K+有通透的可能,那么只能有K+移出膜外,这时又由于膜内带负电荷的蛋白质大分子不能随之移出细胞,于是随着K+移出,出现膜内变负而膜外变得较正的状态。
  K+的这种外向扩散并不能无限制地进行,这是因为移到膜外的K+所造成的外正内负的电场力,将对K+的继续外移起阻碍作用,而且K+移出的愈多,这种阻碍也会愈大。  因此设想,当促使K+外移的膜两侧K+浓度势能差同已移出K+造成的阻碍K+外移的电势能差相等,亦即膜两侧的电-化学(浓度)势代数和为零时,将不会再有K+的跨膜净移动,而由已移出的K+形成的膜内外电位差,也稳定在某一不再增大的数值。
  这一稳定的电位差在类似的人工膜物理模型中称为K+平衡电位。  Bernstein用这一原理说明细胞跨膜静息电位的产生机制。以上是我对于这个问题的回答,希望能够帮到大家。

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