神经元的电活动课件
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4、膜在静息状态下离子的相对通透性
神经元静息膜电位的形成
A、只对钾离子通透，Vm=Ek B、膜上有少部分钠通道开放，钠离子在浓 度梯度和电场作用下进入细胞膜内部，细 胞开始去极化。
C、去极化使钾离子平衡状态被打破，钾离 子浓度梯度大于电场作用力，使钾离子流 出，与流入的钠电流方向相反，最终达到 平衡。此为新的静息膜电位。
静息膜电位受胞外钾离子浓度影响
三、静息膜电位产生的离子基础
5、调控细胞外钾离子浓度的重要性
1） 胞外钾离子浓度升高将造成细胞去极化，细胞兴奋； 2） 血脑屏障限制钾离子进入脑部胞外液； 3） 星形胶质细胞具有空间缓冲胞外钾离子的作用； 4） 其它可兴奋细胞没有这种保护机制，则钾离子浓度升高 可导致心脏停止跳动。
水是一极性溶剂
一、膜的化学特性
2，磷脂膜
一、膜的化学特性
3，跨膜蛋白质
酶
受体 离子泵 离子通道 • 离子选择性（ion selectivity）
• 门控特性 (gate)
二、膜上的离子流动
离子移动所需的外力： 1、浓度梯度扩散 Diffusion
a. 膜两侧具有浓度梯度
b. 膜上具有离子通道
字母大小代表浓度高低
三、静息膜电位产生的离子基础
2、离子平衡电位 Eion
a，膜电位的巨大改变是由离子浓度的小变 化引起的
b，净电荷差发生在膜的内和外表面
c，离子被驱动跨膜运动的速率与膜电位和 平衡电位之差成正比； （Vm-Eion）被称为离子驱动力 d，如果已知某一离子的跨膜浓度差，可以 计算其平衡电位
三、静息膜电位产生的离子基础
三、静息膜电位产生的离子基础
3、离子的跨膜分布
钾离子膜内多， 钠钙氯离子膜外多
三、静息膜电位产生的离子基础
3、离子的跨膜分布
离子浓度梯度的建立是因为离子泵的作用。
1) Na- K pump， 将钾离子泵进胞内，钠离子泵出胞外。 2) Calcium pump，将钙离子泵出到胞外，此外内质网、线粒体、钙结 合蛋白等也可以降低胞内钙离子浓度。
跨膜电荷分布
三、静息膜电位产生的离子基础
计算离子平衡电位的Nernst 方程 如果膜两侧存在浓度梯度，且膜只对某种离子 通透，则可以得到稳态电位。
可以根据Nernst 方程计算其平衡电位：
Eion= RT/zF × ln[ion]o/[ion]i
R 气体常数，T 绝对温度，z离子电荷，F法拉第 常数，[ion] 内外膜离子浓度
*Goldman-Hodgkin-Katz
三、静息膜电位产生的离子基础
4、膜在静息状态下离子的相对通透性
如果某一种离子的通透性远远大于其它离子，Goldman方程 等同于Nernst 方程 。如胶质细胞中PK>>PCl, PNa.
Alan Hodgkin, Bernard Katz 测定了几种离子在静息电位的 通透能力 ：
能够产生和传导兴奋的细胞具有可兴奋性膜（excitable membrane）, 其在静息状态下细胞膜内外具有的电势差称 之为静息膜电位。
静息态的神经元膜
1. 膜的化学特性 2. 膜上的离子流动 3. 静息膜电位产生的离子基础
一、膜的化学特性
1，膜两边的盐溶Fra Baidu bibliotek 细胞质和细胞外液 水和离子
Cation: K+,Na+, Ca2+ Anion: Cl-
静息膜电位的测量方法
三、静息膜电位产生的离子基础
2、离子平衡电位 Eion
平衡某种离子浓度梯度的电位差，简称为平衡电位，是 针对某种特定离子的电位，Eion。
a、当膜不能通透离子时，虽然有浓度差，但没有离子 的流动，故膜电位为零，Vm=0。
b、膜上有钾离子通道时，钾离子可以顺浓度梯度流出 到胞外，则胞内会有过多的A-，而细胞外就会积聚过多 的正电荷K+，则会出现跨膜电位。 c、随着胞内越来越多的负电荷积聚，负电荷就会吸引带 正电的钾离子返回胞内。当达到一定的电位差后，吸引 K＋回胞内的电势与扩散力刚好相等，但方向相反，就会 达到平衡状态。
二、膜上的离子流动
离子移动所需的外力： 2、电场作用 Electricity
a. 膜上具有离子通道
b. 膜两侧具有电势差
I＝gV
I，电流；g，电导；V，电压。
三、静息膜电位产生的离子基础
1、静息膜电位： Vm
在任何状态下跨神经元 膜的电压称为膜电位。 典型的神经元的静息膜 电位大约为 -65mV。
PK：PNa：PCl＝1.0 : 0.04 : 0.45 在动作电位峰值，其通透性为：
PK：PNa：PCl＝1.0 : 20 : 0.45
三、静息膜电位产生的离子基础
5、调控细胞外钾离子浓度的重要性
因为神经元膜在静息状态 下对钾离子有更高的通透 性，使得静息膜电位接近 于钾离子平衡电位 膜电位对胞外钾离子浓度 变化特别敏感。 提高胞外钾离子浓度可以 使膜电位去极化。
三、静息膜电位产生的离子基础
4、膜在静息状态下离子的相对通透性 当膜电位受几种离子影响的时候，每一种离子对膜电位的影 响不仅取决于膜内外的离子浓度，而且也取决于该离子对膜 的通透性(permeability, P)。
G-H-K Equation:
方程表明：离子浓度越大，通透能力越强，其在维持静息膜 电位中就具有更大的作用。
神经元的电活动
主讲人：高隽
南京医科大学 神经生物学系
1、细胞电生理学 2、膜片钳技术及其应用
3、膜片钳系统装臵
生物电的发现
用两种不同的金属碰触青 蛙腿的两端，可以引起它 的收缩。
意大利解剖学和医学教授伽伐尼 （Luigi Galvani,1737～1789）
神经系统信号的传递都通过电或者化学信号，其中电信号 对于信息的快速及长距离传播具有重要意义。 所有的电信号（受体电位、突触电位、动作电位）都是通 过膜两侧的离子浓度变化来实现的，离子进入或者流出细胞 导致细胞偏离其静息状态。
三、静息膜电位产生的离子基础
4、膜在静息状态下离子的相对通透性 神经元在静息时，对离子具有选择通透性，假如仅对一 种离子通透：
K+， 则Vm= Ek+ =-80mV Na+, 则Vm= ENa+=62mV 实际上Vm～ －65mV，介于EK和ENa之间。 对钾离子的通透远远大于对钠离子的通透性。
三、静息膜电位产生的离子基础
神经元静息膜电位的形成
A、只对钾离子通透，Vm=Ek B、膜上有少部分钠通道开放，钠离子在浓 度梯度和电场作用下进入细胞膜内部，细 胞开始去极化。
C、去极化使钾离子平衡状态被打破，钾离 子浓度梯度大于电场作用力，使钾离子流 出，与流入的钠电流方向相反，最终达到 平衡。此为新的静息膜电位。
静息膜电位受胞外钾离子浓度影响
三、静息膜电位产生的离子基础
5、调控细胞外钾离子浓度的重要性
1） 胞外钾离子浓度升高将造成细胞去极化，细胞兴奋； 2） 血脑屏障限制钾离子进入脑部胞外液； 3） 星形胶质细胞具有空间缓冲胞外钾离子的作用； 4） 其它可兴奋细胞没有这种保护机制，则钾离子浓度升高 可导致心脏停止跳动。
水是一极性溶剂
一、膜的化学特性
2，磷脂膜
一、膜的化学特性
3，跨膜蛋白质
酶
受体 离子泵 离子通道 • 离子选择性（ion selectivity）
• 门控特性 (gate)
二、膜上的离子流动
离子移动所需的外力： 1、浓度梯度扩散 Diffusion
a. 膜两侧具有浓度梯度
b. 膜上具有离子通道
字母大小代表浓度高低
三、静息膜电位产生的离子基础
2、离子平衡电位 Eion
a，膜电位的巨大改变是由离子浓度的小变 化引起的
b，净电荷差发生在膜的内和外表面
c，离子被驱动跨膜运动的速率与膜电位和 平衡电位之差成正比； （Vm-Eion）被称为离子驱动力 d，如果已知某一离子的跨膜浓度差，可以 计算其平衡电位
三、静息膜电位产生的离子基础
三、静息膜电位产生的离子基础
3、离子的跨膜分布
钾离子膜内多， 钠钙氯离子膜外多
三、静息膜电位产生的离子基础
3、离子的跨膜分布
离子浓度梯度的建立是因为离子泵的作用。
1) Na- K pump， 将钾离子泵进胞内，钠离子泵出胞外。 2) Calcium pump，将钙离子泵出到胞外，此外内质网、线粒体、钙结 合蛋白等也可以降低胞内钙离子浓度。
跨膜电荷分布
三、静息膜电位产生的离子基础
计算离子平衡电位的Nernst 方程 如果膜两侧存在浓度梯度，且膜只对某种离子 通透，则可以得到稳态电位。
可以根据Nernst 方程计算其平衡电位：
Eion= RT/zF × ln[ion]o/[ion]i
R 气体常数，T 绝对温度，z离子电荷，F法拉第 常数，[ion] 内外膜离子浓度
*Goldman-Hodgkin-Katz
三、静息膜电位产生的离子基础
4、膜在静息状态下离子的相对通透性
如果某一种离子的通透性远远大于其它离子，Goldman方程 等同于Nernst 方程 。如胶质细胞中PK>>PCl, PNa.
Alan Hodgkin, Bernard Katz 测定了几种离子在静息电位的 通透能力 ：
能够产生和传导兴奋的细胞具有可兴奋性膜（excitable membrane）, 其在静息状态下细胞膜内外具有的电势差称 之为静息膜电位。
静息态的神经元膜
1. 膜的化学特性 2. 膜上的离子流动 3. 静息膜电位产生的离子基础
一、膜的化学特性
1，膜两边的盐溶Fra Baidu bibliotek 细胞质和细胞外液 水和离子
Cation: K+,Na+, Ca2+ Anion: Cl-
静息膜电位的测量方法
三、静息膜电位产生的离子基础
2、离子平衡电位 Eion
平衡某种离子浓度梯度的电位差，简称为平衡电位，是 针对某种特定离子的电位，Eion。
a、当膜不能通透离子时，虽然有浓度差，但没有离子 的流动，故膜电位为零，Vm=0。
b、膜上有钾离子通道时，钾离子可以顺浓度梯度流出 到胞外，则胞内会有过多的A-，而细胞外就会积聚过多 的正电荷K+，则会出现跨膜电位。 c、随着胞内越来越多的负电荷积聚，负电荷就会吸引带 正电的钾离子返回胞内。当达到一定的电位差后，吸引 K＋回胞内的电势与扩散力刚好相等，但方向相反，就会 达到平衡状态。
二、膜上的离子流动
离子移动所需的外力： 2、电场作用 Electricity
a. 膜上具有离子通道
b. 膜两侧具有电势差
I＝gV
I，电流；g，电导；V，电压。
三、静息膜电位产生的离子基础
1、静息膜电位： Vm
在任何状态下跨神经元 膜的电压称为膜电位。 典型的神经元的静息膜 电位大约为 -65mV。
PK：PNa：PCl＝1.0 : 0.04 : 0.45 在动作电位峰值，其通透性为：
PK：PNa：PCl＝1.0 : 20 : 0.45
三、静息膜电位产生的离子基础
5、调控细胞外钾离子浓度的重要性
因为神经元膜在静息状态 下对钾离子有更高的通透 性，使得静息膜电位接近 于钾离子平衡电位 膜电位对胞外钾离子浓度 变化特别敏感。 提高胞外钾离子浓度可以 使膜电位去极化。
三、静息膜电位产生的离子基础
4、膜在静息状态下离子的相对通透性 当膜电位受几种离子影响的时候，每一种离子对膜电位的影 响不仅取决于膜内外的离子浓度，而且也取决于该离子对膜 的通透性(permeability, P)。
G-H-K Equation:
方程表明：离子浓度越大，通透能力越强，其在维持静息膜 电位中就具有更大的作用。
神经元的电活动
主讲人：高隽
南京医科大学 神经生物学系
1、细胞电生理学 2、膜片钳技术及其应用
3、膜片钳系统装臵
生物电的发现
用两种不同的金属碰触青 蛙腿的两端，可以引起它 的收缩。
意大利解剖学和医学教授伽伐尼 （Luigi Galvani,1737～1789）
神经系统信号的传递都通过电或者化学信号，其中电信号 对于信息的快速及长距离传播具有重要意义。 所有的电信号（受体电位、突触电位、动作电位）都是通 过膜两侧的离子浓度变化来实现的，离子进入或者流出细胞 导致细胞偏离其静息状态。
三、静息膜电位产生的离子基础
4、膜在静息状态下离子的相对通透性 神经元在静息时，对离子具有选择通透性，假如仅对一 种离子通透：
K+， 则Vm= Ek+ =-80mV Na+, 则Vm= ENa+=62mV 实际上Vm～ －65mV，介于EK和ENa之间。 对钾离子的通透远远大于对钠离子的通透性。
三、静息膜电位产生的离子基础