中学生如何理解细胞的生物电现象

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一、学生应该理解的几个概念


  极化(状态):细胞安静时存在于膜两侧的稳定的内负外正状态,称为极化(状态);
  去极化:以极化状态(或静息电位)为准,膜内负电位减小,称为去极化或除极化;
  超极化:以极化状态(或静息电位)为准,膜内负电位增大,称为超极化;
  复极化:细胞发生去极化后,膜电位恢复到极化状态,称为复极化;
  反极化(超射):膜内电位由零变为正值的过程,称为反极化。

二、图像分析

三、以人体神经细胞的静息电位(-70—90mv)为例,说明其产生机制及动作电位的发生机制


  1.细胞生物电产生的条件
  (1)细胞膜内外某些带电离子分布和浓度不同。正常时细胞内的钾离子浓度比膜外高,而细胞内的钠离子比膜外低,因此,钾离子有向外扩散的趋势,而钠离子有向内扩散的趋势。
  (2)细胞膜在不同情况下对不同离子具有不同的通透性。
  2.静息电位
  概念:活细胞在静息状态下,细胞膜内外的电位差叫静息电位。(以膜内的负电位表示)
  说明:静息状态下细胞膜内电位较低呈负电位,细胞膜外电位较高呈正电位。(极化状态)
  产生机制:正常情况下,细胞膜内钾离子的浓度比膜外的高,而膜外的钠离子和氯离子比膜内的高,但安静时细胞膜对钾离子的通透性最大,对钠离子和各种负离子的通透性很小,因此,钾离子顺浓度差从细胞内向细胞外扩散,从而使细胞外正电荷增加、电位升高,细胞内负电荷增加、电位降低,随着钾离子的外流,膜外正负电位差逐渐增大。当这种电位差的阻力与浓度差的动力达到平衡时,钾离子的净通量即为零,此时膜电位稳定于某一数值(如神经细胞的静息电位为-70—90mv),即静息电位形成。可见静息电位就是由钾离子外流所达到的电—化学平衡电位。
  3.动作电位
  概念:当神经受到刺激时,膜的通透性发生变化,膜外的离子迅速内流,使膜内为正电,膜外为负电,这种细胞受到刺激时,兴奋部位与未兴奋部位的电位差叫动作电位。动作电位的产生是组织产生兴奋的本质。
  产生机制。上升支:当细胞受到一次有效刺激而兴奋时,钠离子通道大量开放,膜对钠离子的通透性突然增大并超過了对钾离子的通透性,于是细胞外的钠离子便顺浓度差和电位差迅速内流,导致膜内电位急剧上升(去极化过程),即膜内负电位快速消失并转为正电位(反极化)。当膜内正电位增大到足以阻止由浓度差所推动的钠离子内流时,钠离子的净内流停止。此时膜两侧的电位差即为钠离子的平衡电位(约为+35mv),可见,动作电位的上升支主要是细胞外钠离子快速内流造成的。(强调钠离子在膜上的转运方式为:协助扩散)
  下降支(复极化):当膜去极化到峰值时,钠离子通道迅速失活而关闭,此时,膜对钾离子的通透性增大,于是膜内的钾离子顺浓度差和电位差外向扩散,使膜内电位迅速下降,直至膜复极化到静息电位水平,可见,动作电位的下降支主要是细胞内钾离子外流造成的。(强调钾离子在膜上的转运方式为:协助扩散)
  复极后:复极化完成后,由于细胞内钠离子增多、细胞外钾离子增多,则激活钠泵。钠泵分解ATP释放能量,并利用此能量将多进入的钠离子泵出细胞,将外流的钾离子泵入细胞,以恢复安静时细胞内外钠离子、钾离子的不均分布,维持细胞的兴奋性。(强调钠离子、钾离子此时在膜上的转运方式为:主动运输)
  作者单位  陕西省靖边县靖边中学生物教研组
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