中学生如何理解细胞的生物电现象

乔欣

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