静息电位和动作电位产生离子基础36页PPT
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静息电位和动作电位的形成优秀课件
静息电位和动作电位的形成优秀课件
一、静息电位的形成机制
钠钾泵：
又称钠钾ATP酶，进行 K+、Na+之间的交换。每 消耗1分子ATP，逆浓度 梯度从细胞泵出3个Na+， 同时泵入2个K+。
Na+-K+泵 2K+ 高K+
3Na+
高Na+
漏K+通道 漏Na+通道
漏通道：
一直处于开放状态，允许离 子以较慢的速度顺浓度梯度 跨膜扩散。
K+
静息电位的形成
表示膜内电位相对 于膜外电位
电位 /mv
3Na+
Na+-K+泵
漏K+通道
2K+
Na+
高K+
漏Na+
-70
通道
高Na+
时间/ms
二、动作电位的形成机制
3Na+
漏K+通
道2K+
Na+-K+泵
电压门控 式K+通道
高K+
电压门控式K+通道、 电压门控式Na+通道：
在细胞膜处于静息状态时都 是关闭的。只有当外界刺激 达到一定值时，电压门控式 Na+通道、K+通道才会先后被 激活打开。
高Na+
时间/ms
动作电位的形成
K+
K+
电位 /mv
+35
-70
3Na+
高K 漏漏KK++通通
NNaa++--KK++泵泵 道道22KK++
一、静息电位的形成机制
钠钾泵：
又称钠钾ATP酶，进行 K+、Na+之间的交换。每 消耗1分子ATP，逆浓度 梯度从细胞泵出3个Na+， 同时泵入2个K+。
Na+-K+泵 2K+ 高K+
3Na+
高Na+
漏K+通道 漏Na+通道
漏通道：
一直处于开放状态，允许离 子以较慢的速度顺浓度梯度 跨膜扩散。
K+
静息电位的形成
表示膜内电位相对 于膜外电位
电位 /mv
3Na+
Na+-K+泵
漏K+通道
2K+
Na+
高K+
漏Na+
-70
通道
高Na+
时间/ms
二、动作电位的形成机制
3Na+
漏K+通
道2K+
Na+-K+泵
电压门控 式K+通道
高K+
电压门控式K+通道、 电压门控式Na+通道：
在细胞膜处于静息状态时都 是关闭的。只有当外界刺激 达到一定值时，电压门控式 Na+通道、K+通道才会先后被 激活打开。
高Na+
时间/ms
动作电位的形成
K+
K+
电位 /mv
+35
-70
3Na+
高K 漏漏KK++通通
NNaa++--KK++泵泵 道道22KK++
静息电位和动作电位产生的离子基础 ppt课件
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伟
作
品
K+
汉 水 丑 生 侯 伟 作 品
+++++++++++++++++++++++
汉 水 丑 生 侯 伟 作 品
神经细胞静息时，膜内外存在70mV的电位差，膜外电位比 膜内高70mV，称为静息电位，记做外正内负。
静息电位产生的原因是：膜上非门控的K+渗漏通道一直开 放，K+外流(协助扩散）一部分，导致膜外电位高于膜内。
静息电位和动作电位产生的离子基础
静息电位和动作电位
产生的离子基础 汉 水 丑 生 侯 伟 作 品
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
资料2：箭毒在临床上可用作肌肉松弛剂。已知箭毒能与乙 酰胆碱竞争突触后膜上的受体，请分析箭毒可使肌肉松弛的机 理。
1.图1所示，刺激b点，电流表的指针是否发生偏转？刺激e点， 电流表的指针发生了2次方向相反的偏转，说明什么问题？
汉 水 丑 生 侯 伟 作 品
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神经递质与受体结合后很快会被相关酶分解或者被运走 或被前膜重吸收，一次兴奋性神经递质的释放只会引发后膜 产生一次神经冲动。
静息电位和动作电位的离子基础生物电现象的离子学说
去极化或除极化 (depolarization)：膜内负电位减 小甚至由负转正的过程。
反极化 超射 (overshoot) 复极化 (repolarization)：去极化后，再向静息电
位水平恢复的过程。 超极化 (hyperpolarization)：膜内负电位增大的
过程。
阈电位 (Threshold potential)
2.膜片钳 (patch clamp)
Neher和Sakmann，1976（nAchR单离子通道 电流，1991，Noble ）
可测量单通道离子电流 现在发现：通道的开放和关闭都是突然发生并
似乎是全或无式的，开放的持续时间长短不一， 但都有恒定的电导值。
The molecular basic of the action potential
The action potential is a rapid depolarization of the membrane potential, which can be propagated over the surface of the cell.
（一）细胞的兴奋和阈刺激
1. 刺激与反应 (stimulus and response)
机制：
1. 去极相
Na+通道迅速开放，与 regenerative cycle (正反馈)
Na+的平衡电位E Na
去极化
2. 复极相 Na+通道迅速失活（不应期） K+通道缓慢开放 – 负后电位和正后电位的形成
钠电导增加 钠通道激活
3. 恢复期 Na+通道复活, K+通道关闭 钠-钾泵活动增强，重建静息电位
静息电位和动作电位的离子基础 (生物电现象的离子学说)
反极化 超射 (overshoot) 复极化 (repolarization)：去极化后，再向静息电
位水平恢复的过程。 超极化 (hyperpolarization)：膜内负电位增大的
过程。
阈电位 (Threshold potential)
2.膜片钳 (patch clamp)
Neher和Sakmann，1976（nAchR单离子通道 电流，1991，Noble ）
可测量单通道离子电流 现在发现：通道的开放和关闭都是突然发生并
似乎是全或无式的，开放的持续时间长短不一， 但都有恒定的电导值。
The molecular basic of the action potential
The action potential is a rapid depolarization of the membrane potential, which can be propagated over the surface of the cell.
（一）细胞的兴奋和阈刺激
1. 刺激与反应 (stimulus and response)
机制：
1. 去极相
Na+通道迅速开放，与 regenerative cycle (正反馈)
Na+的平衡电位E Na
去极化
2. 复极相 Na+通道迅速失活（不应期） K+通道缓慢开放 – 负后电位和正后电位的形成
钠电导增加 钠通道激活
3. 恢复期 Na+通道复活, K+通道关闭 钠-钾泵活动增强，重建静息电位
静息电位和动作电位的离子基础 (生物电现象的离子学说)
第3章 电磁生物物理4 静息电位和动作电位
3.4静息电位与Goldman方程
• 3.4.1 Nernst平衡电位
• i室和o室 • 浓度：P(X+)i> P(X+)o • 通透性：X+可通透
X
F扩散
X X X X X X X Y Y Y Y Y Y Y Y Y
i
o
1
3.4静息电位与Goldman方程
• 3.4.1 Nernst平衡电位
d = dx
X
F扩散
XXXX
Y Y Y Y Y Y Y Y Y X X X
i
+ + + +
o
7
F =F扩散 电场
3.4静息电位与Goldman方程
• 3.4.1 Nernst平衡电位
RT D= u zF
R=8.314J(k mol)
F =96487C/mol
F 电场
X
F扩散
X X X X • i室和o室 • 浓度：P(X+)i> P(X+)o i o • 通透性：X+可通透 F =F 作用：i->o （浓度扩散） 58 [C ]0 结果：浓度：i->o Vm lg z [C ]i 电场：o->i • Nernst用离子跨越膜的迁移率定量 描述这一平衡电位。
Vm不断变化
33
RT C o Vm = ln F C i
RT C o Vm = ln zF C i
13
• 同一离子在细胞内外液中浓度相差很大
细胞内 K+ 人红细胞 136 Na+ 13 Cl83 K+ 5
细胞外 Na+ 164 Cl154
• 3.4.1 Nernst平衡电位
• i室和o室 • 浓度：P(X+)i> P(X+)o • 通透性：X+可通透
X
F扩散
X X X X X X X Y Y Y Y Y Y Y Y Y
i
o
1
3.4静息电位与Goldman方程
• 3.4.1 Nernst平衡电位
d = dx
X
F扩散
XXXX
Y Y Y Y Y Y Y Y Y X X X
i
+ + + +
o
7
F =F扩散 电场
3.4静息电位与Goldman方程
• 3.4.1 Nernst平衡电位
RT D= u zF
R=8.314J(k mol)
F =96487C/mol
F 电场
X
F扩散
X X X X • i室和o室 • 浓度：P(X+)i> P(X+)o i o • 通透性：X+可通透 F =F 作用：i->o （浓度扩散） 58 [C ]0 结果：浓度：i->o Vm lg z [C ]i 电场：o->i • Nernst用离子跨越膜的迁移率定量 描述这一平衡电位。
Vm不断变化
33
RT C o Vm = ln F C i
RT C o Vm = ln zF C i
13
• 同一离子在细胞内外液中浓度相差很大
细胞内 K+ 人红细胞 136 Na+ 13 Cl83 K+ 5
细胞外 Na+ 164 Cl154
静息电位和动作电位形成原因和相关练习培训课件
调节的有关知识。神经细胞 在静息状态下，有外正内负的静息电位（外钠内钾）。当 受到刺激后，细胞膜上少量钠通道激活开放，钠离子顺着 浓度差少量内流，膜内外电位差逐渐减小，发生局部电位。 当膜内电位变化到达阈电位时，钠离子通道大量开放，膜 电位发生去极化，激发动作电位。随着钠离子的进入，外 正内负逐渐变成外负内正。从变成正电位开始，钠离子通 道逐渐关闭，钠离子内流停止，同时钾离子通道激活开放， 钾离子从细胞内流到细胞外，膜内少了钾离子，变得不那 么负了，膜电位逐渐减小，恢复到静息电位（即外正内负） 的水平。
3/11/2021
静息电位和动作电位形成原因和相关练 习
4
• 例4：如图是一个反射弧的部分结构图，甲、乙表示连接 在神经纤维上的电流表。当在A点以一定的电流刺激，甲、 乙电流表的指针发生的变化正确的是（ D ）
• A．甲、乙都发生两次方向相反的偏转
• B．甲发生两次方向相反的偏转，乙不偏转
• C．甲不偏转，乙发生两次方向相反的偏转
3/11/2021
静息电位和动作电位形成原因和相关练 习
7
1．1 形成过程
ab段：阈刺激或阈上刺激使Na＋少量内流，细胞部分去极化至阈电位水平 bc段：Na＋内流达到阈电位水平后，与细胞去极化形成正反馈，Na＋爆发 性内流，达到Na＋平衡电位（膜内为正膜外为负），形成动作电位上升支。 c点：膜去极化达一定电位水平 (峰值)，Na＋内流停止、K＋开始迅速外流。 cd段：K＋迅速外流,形成动作电位下降支。此时不需耗能。 de段：K＋外流使膜外大量堆积K+，产生负后电位，阻止K+继续外流； ef段：在Na＋-K+泵的作用下，泵出3个Na+和泵入2个K+产生正后电位，恢 复兴奋前的离子分布的浓度（静息电位）。这一过程逆浓度梯度进行，需要 ATP供能
3/11/2021
静息电位和动作电位形成原因和相关练 习
4
• 例4：如图是一个反射弧的部分结构图，甲、乙表示连接 在神经纤维上的电流表。当在A点以一定的电流刺激，甲、 乙电流表的指针发生的变化正确的是（ D ）
• A．甲、乙都发生两次方向相反的偏转
• B．甲发生两次方向相反的偏转，乙不偏转
• C．甲不偏转，乙发生两次方向相反的偏转
3/11/2021
静息电位和动作电位形成原因和相关练 习
7
1．1 形成过程
ab段：阈刺激或阈上刺激使Na＋少量内流，细胞部分去极化至阈电位水平 bc段：Na＋内流达到阈电位水平后，与细胞去极化形成正反馈，Na＋爆发 性内流，达到Na＋平衡电位（膜内为正膜外为负），形成动作电位上升支。 c点：膜去极化达一定电位水平 (峰值)，Na＋内流停止、K＋开始迅速外流。 cd段：K＋迅速外流,形成动作电位下降支。此时不需耗能。 de段：K＋外流使膜外大量堆积K+，产生负后电位，阻止K+继续外流； ef段：在Na＋-K+泵的作用下，泵出3个Na+和泵入2个K+产生正后电位，恢 复兴奋前的离子分布的浓度（静息电位）。这一过程逆浓度梯度进行，需要 ATP供能
2020高三生物复习培优静息电位与动作电位(2课时)PPT课件
①
极化状态 （静息电位）
④ 极化状态
受刺激点的膜电位变化图
动作电位的传导
适宜刺激
+++++++++++++++++++++++++ ------------------------------------------------+++++++++++++++++++++++++
动作电位的传导
适宜刺激
2.电压表：并联在被测电路的两端， 用来测量某部分电路两端的电压。
3.电流计：用作检查微小电流或微小电压是否存在的 指零仪表，或经临时校准后指示其量值的仪表
二、电流计指针偏转方向与电流方向的关系
常规电流计： 电流从哪极流入， 就往哪个方向偏
特殊电流计： 可以实现电流计指 针偏转方向与电流 方向一致
主要离子
离子浓度 （mmol／L）
膜内
膜外
膜内与膜外离子比例
Na＋
14
142
K＋
155
5
Cl－
8
110
A－（Pr）
60
15
1︰10 31︰1 1︰14 4︰l
K+低 K+高
依据资料，并结合细胞膜内K+浓度远高于膜外这一事实，
提出合理假设来解释静息时膜内电位比膜外低（外正内负）
静息电位与动作电位ppt课件
相对不应期－绝对不应期之后，如果给 予可兴奋组织或细胞一个较正常时更强 的刺激才能引起新的兴奋。这一时期称 为相对不应期。
兴奋的引起和传导
阈电位 能够造成膜对Na＋通透性突然增大，
诱发动作电位产生的临界膜电位的数值，称为 阈电位(threshold membrane potential)。 阈强度与阈下刺激
兴奋在神经纤维上的传导，称为神经冲动。
有髓纤维上的兴奋传导比较特殊，因为在有髓纤维的 轴突外面包裹着一层很厚的髓鞘，髓鞘的主要成分是 脂质，而脂质是不导电或不允许带电离子通过的。只 有在髓鞘暂时中断的朗飞结处，轴突膜才能和细胞外 液接触，使跨膜离子移动得以进行。因此，当有髓纤 维受到外来刺激时，动作电位只能在邻近刺激点的朗 飞结处产生，而局部电流也就在相邻的朗飞结之间形 成(图2-12)。这一局部电流对邻近的朗飞结起着刺激 作用，使之兴奋；然后又以同样的方式使下一个朗飞 结兴奋。这样，兴奋就以跳跃的方式 ，从一个朗飞结 传至另一个朗飞结而不断向前传导。这种传导方式称 为跳跃式传导(saltatory conduction)。跳跃式传导 使冲动的传导速度大为加快，因此，有髓纤维的传导 速度远比无髓纤维为快。另外，跳跃式传导时，单位 长度内每传导一次兴奋所涉及的跨膜离子运动的总数 要少得多，因此它还是一种更“节能”的传导方式。
动作电位的产生机制
电压钳和膜片钳
电压钳 I=VG 用电压钳技术可记录细胞兴奋过程中的跨膜离
子电流曲线，进而计算出膜电导的变化曲线。实验证明，在细胞 兴奋时Na+电导和K+电导的变化过程与动作电位的变化过程是一致 的。电压钳技术的应用，进一步证明了动作电位产生机制的正确 性。
膜片钳 20世纪70年代建立起来的膜片钳实验技术，可以用直接
兴奋的引起和传导
阈电位 能够造成膜对Na＋通透性突然增大，
诱发动作电位产生的临界膜电位的数值，称为 阈电位(threshold membrane potential)。 阈强度与阈下刺激
兴奋在神经纤维上的传导，称为神经冲动。
有髓纤维上的兴奋传导比较特殊，因为在有髓纤维的 轴突外面包裹着一层很厚的髓鞘，髓鞘的主要成分是 脂质，而脂质是不导电或不允许带电离子通过的。只 有在髓鞘暂时中断的朗飞结处，轴突膜才能和细胞外 液接触，使跨膜离子移动得以进行。因此，当有髓纤 维受到外来刺激时，动作电位只能在邻近刺激点的朗 飞结处产生，而局部电流也就在相邻的朗飞结之间形 成(图2-12)。这一局部电流对邻近的朗飞结起着刺激 作用，使之兴奋；然后又以同样的方式使下一个朗飞 结兴奋。这样，兴奋就以跳跃的方式 ，从一个朗飞结 传至另一个朗飞结而不断向前传导。这种传导方式称 为跳跃式传导(saltatory conduction)。跳跃式传导 使冲动的传导速度大为加快，因此，有髓纤维的传导 速度远比无髓纤维为快。另外，跳跃式传导时，单位 长度内每传导一次兴奋所涉及的跨膜离子运动的总数 要少得多，因此它还是一种更“节能”的传导方式。
动作电位的产生机制
电压钳和膜片钳
电压钳 I=VG 用电压钳技术可记录细胞兴奋过程中的跨膜离
子电流曲线，进而计算出膜电导的变化曲线。实验证明，在细胞 兴奋时Na+电导和K+电导的变化过程与动作电位的变化过程是一致 的。电压钳技术的应用，进一步证明了动作电位产生机制的正确 性。
膜片钳 20世纪70年代建立起来的膜片钳实验技术，可以用直接
静息电位动作电位课件
药物研发
理解静息电位和动作电位的机制可以 帮助药物研发人员设计更有效的药物。
在神经科学中的应用
神经元信息传递 神经环路研究
静息电位和动作电位的研究 进展
研究历史
静息电位和动作电位的发现
1
早期研究
2
重要发现
3
研究现状
01
跨学科合作
02 先进技术应用
03 未解之谜
研究展望
未来研究方向
技术进步 临床应用
静息电位和动作电位课件
目录
• 静息电位 • 动作电位 • 静息电位与动作电位的比较 • 静息电位和动作电位的应用 • 静息电位和动作电位的研究进展
静息电位
静息电位的定义
静息电位的产生机制
静息电位的产生主要与钠钾泵活动有关。
钠钾泵是一种主动转运的蛋白质，通过消耗ATP将钠离子泵出细胞外，将钾离子 泵入细胞内，从而维持细胞内外钠钾离子的正常分布，形成和维持静息电位。
静息电位的特点Biblioteka 动作电位动作电位的定义 01 02
动作电位的产生机制
动作电位的特点
01
全或无
02
不衰减传导
03
脉冲式传导
静息电位与动作电位的比较
产生机制的比较
静息电位
主要是由于细胞内外离子分布不均所引起的，细胞膜对钾离子的通透性高，钾离子大量外流，形成内负外正的电 位差，阻止钾离子的进一步外流，造成膜电位逐渐接近钾离子的平衡电位，最终形成稳定的静息电位。
动作电位
主要是由于钠离子内流所引起的，当细胞受到有效刺激时，钠离子通道打开，钠离子内流，形成内正外负的电位 差，从而引发动作电位。
特点的比 较
静息电位
动作电位
功能比 较
理解静息电位和动作电位的机制可以 帮助药物研发人员设计更有效的药物。
在神经科学中的应用
神经元信息传递 神经环路研究
静息电位和动作电位的研究 进展
研究历史
静息电位和动作电位的发现
1
早期研究
2
重要发现
3
研究现状
01
跨学科合作
02 先进技术应用
03 未解之谜
研究展望
未来研究方向
技术进步 临床应用
静息电位和动作电位课件
目录
• 静息电位 • 动作电位 • 静息电位与动作电位的比较 • 静息电位和动作电位的应用 • 静息电位和动作电位的研究进展
静息电位
静息电位的定义
静息电位的产生机制
静息电位的产生主要与钠钾泵活动有关。
钠钾泵是一种主动转运的蛋白质，通过消耗ATP将钠离子泵出细胞外，将钾离子 泵入细胞内，从而维持细胞内外钠钾离子的正常分布，形成和维持静息电位。
静息电位的特点Biblioteka 动作电位动作电位的定义 01 02
动作电位的产生机制
动作电位的特点
01
全或无
02
不衰减传导
03
脉冲式传导
静息电位与动作电位的比较
产生机制的比较
静息电位
主要是由于细胞内外离子分布不均所引起的，细胞膜对钾离子的通透性高，钾离子大量外流，形成内负外正的电 位差，阻止钾离子的进一步外流，造成膜电位逐渐接近钾离子的平衡电位，最终形成稳定的静息电位。
动作电位
主要是由于钠离子内流所引起的，当细胞受到有效刺激时，钠离子通道打开，钠离子内流，形成内正外负的电位 差，从而引发动作电位。
特点的比 较
静息电位
动作电位
功能比 较
静息电位和动作电位产生的离子基础
04 离子基础的生理意义
神经元兴奋性的基础
维持细胞内环境的稳 定
பைடு நூலகம்
参与神经冲动的传导
实现神经细胞的兴奋 性
调节神经系统的功能
肌肉收缩和心脏泵血的动力来源
动作电位：触发肌肉收缩和 心脏泵血，传递神经冲动
离子基础：控制细胞的兴奋 性和传导性，参与肌肉收缩
和心脏泵血的过程
静息电位：维持细胞的正常 功能，防止细胞的过度兴奋 和损伤
通道选择性通透离子的实例：例如，钠离子通道只允许钠离子通过，钾离子通道只允 许钾离子通过。
通道的调节方式
自身调节：通道 活性受细胞内代 谢产物或其他物 质的调节。
神经调节：通过 神经递质等物质 对通道活性进行 调节。
激素调节：激素 通过与通道蛋白 结合等方式影响 通道活性。
药物调节：某些 药物可以作用于 通道，改变其活 性状态。
通道蛋白：控制钠离子和钾离子的通透性，调节细胞内外离子的浓度差， 从而影响静息电位和动作电位的产生。
通道选择性通透离子的机制
通道对离子的选择性通透作用：离子通道只允许相应的离子通过，而不允许其他离子通过。
通道对离子的选择性通透机制：离子通道对离子的选择性通透是由通道的构象变化和 电荷分布决定的。
通道选择性通透离子的意义：离子通道的选择性通透对于维持细胞内外的离子平衡、 产生电信号以及细胞兴奋性等生理过程具有重要意义。
钠钾泵作用：钠钾泵不断将钾离子泵入细胞内，同时将钠离子泵出细胞外，从而维持细胞内 外钾离子浓度差
钾离子平衡电位：由于钾离子的外流和钠钾泵的作用，细胞膜电位会达到一个相对稳定的平 衡状态，称为钾离子平衡电位
对细胞功能的影响：维持细胞内外钾离子浓度差对于细胞的兴奋性和膜电位的稳定具有重要 意义