动作电位

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基本介绍

概念

兴奋组织或细胞受到阈上刺激时,在静息电位基础上发生的快速、可逆转、可传播的细胞膜两侧的电变化。动作电位的主要成份是峰电位。  

形成条件

①细胞膜两侧存在离子浓度差,细胞膜内K+浓度高于细胞膜外,而细胞外Na+、Ca2+、Cl-高于细胞内,这种浓度差的维持依靠离子泵的主动转运。(主要是Na+ -K+泵的转运)。

②细胞膜在不同状态下对不同离子的通透性不同,例如,安静时主要允许K+通透,而去极化阈电位水平时又主要允许Na+通透。

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③可兴奋组织或细胞受阈上刺激。  

形成过程

阈刺激→细胞部分去极化→Na+少量内流→去极化至阈电位水平→Na+内流与去极化形成正反馈(Na+爆发性内流)→基本达到Na+平衡电位(膜内为正膜外为负,因有少量钾离子外流导致最大值只是几乎接近钠离子平衡电位)(形成动作电位上升支)。

膜去极化达一定电位水平→Na+内流停止、K+迅速外流(形成动作电位下降支)。  

形成机制

动作电位上升支——Na+内流所致。

动作电位的幅度决定于细胞内外的Na+浓度差,细胞外液Na+浓度降低动作电位幅度也相应降低,而阻断Na+通道(河豚毒)则能阻碍动作电位的产生。

动作电位下降支——K+外流所致。

动作电位时细胞受到刺激时细胞膜产生的一次可逆的、可传导的电位变化。产生的机制为①阈刺激或阈上刺激使膜对Na+的通透性增加,Na+顺浓度梯度及电位差内流,使膜去极化,形成动作电位的上升支。②Na+通道失活,而 K+通道开放,K+外流,复极化形成动作电位的下降支。③钠泵的作用,将进入膜内的Na+泵出膜外,同时将膜外多余的 K+泵入膜内,恢复兴奋前时离子分布的浓度。  

离子通道的特征

细胞膜上有多种离子通道。而动作电位的产生,则与钠和钾离子通道有关。这些离子通道的开关状态与膜电位有关,即是所谓的电压门控通道

例如钠离子通道,在静息时它是关闭并且是可激活的。当去极化到一特定值时就会引起其构象的改变,成为打开状态。但是离子通道却不会持续停留在开放状态,它会在几毫秒内关闭。这是通过膜上一蛋白质的失活域的活动实现的,这个失活域会像塞子一样堵住离子通道。离子通道这种状态被称为关闭并失活的。过渡状态关闭但可激活的只有在完全复极化后才可能出现,而开放可激活的状态是在简单模型中不可能实现的。(文献中也写道,一个关闭并失活的通道在复极过程中首先短时间内还是开放状态,然后才改变构象直接成为关闭但可激活的。再次激活只能发生在完全复极之后,在去极化的细胞膜中不可能存在着过渡状态开放并失活的)。

当然,并不是所有的通道在电位到达一定值之时全部打开。更可能的是,通道的处于某种状态的概率是与电压相关的。而当阈电位出现时,大部分的通道便会开放,上述的模型便能很好的描述这种状态。

而状态之间过渡所需的时间也是因通道而异的。钠通道从关到开发生在2毫秒内,而钾通道则要10毫秒。

除了电压外,还有其他开关通道的机制,如化学门控通道。对动作电位来说,有两种值得一提。一种是与内向整流性钾通道 Kir有关,这种通道是不可调控的。但却有一些带正电的小分子如精素,能够在去极化到一定程度时堵塞通道孔。另一种机制与钾通道有关,当细胞间的钙离子与它结合后会开放。

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