三通道鉀鈉進出，四極化電位變化

林劍波

摘要：膜電位的變化、動作電位的產(chǎn)生、傳導與傳遞是高中生物教學的重點和難點?；诖?，本文探討了神經(jīng)調(diào)節(jié)中的膜電位問題。

關鍵詞：極化電位 動作電位 運輸方式

一、三通道鉀鈉進出

鉀離子通道供鉀離子以協(xié)助運輸方式進出細胞，鈉離子通道供鈉離子以協(xié)助運輸方式進出細胞，鈉鉀泵通過主動運輸方式運輸膜內(nèi)外的鈉離子和鉀離子。以上三種離子通道都具有以下共性：①它們的化學本質(zhì)都是蛋白質(zhì)，都要在適宜的溫度、酸堿性條件下才可起作用；②它們所處位置都是細胞膜，故三者都與細胞膜通透性有關。

二、四極化電位變化

四極化電位變化包括：①去極化：鉀離子通道閉合，鈉離子通道打開，鈉離子內(nèi)流，膜電位由外正內(nèi)負變?yōu)榱悖虎诜礃O化：鈉離子繼續(xù)內(nèi)流，膜電位漸漸變?yōu)橥庳搩?nèi)正。當膜內(nèi)外電勢差達到最大值，動作電位形成；③負極化：鈉離子通道閉合，鉀離子通道打開鉀離子外流，膜電位變?yōu)橥庹齼?nèi)負；④超極化：a是靜息電位的絕對值變大。b是靜息電位的負值增大。c是細胞膜內(nèi)的負電荷增多。這就是超級化和去極化的概念和產(chǎn)生原理：

筆者以神經(jīng)細胞為實驗對象，繪制了超極化和去極化（如圖1所示）。

可見，超極化和去極化是細胞膜電荷朝著相反的兩個方向變化的結(jié)果。如果結(jié)合圖1，用靜息電位絕對值的增大和減小來定義超極化和去極化，也能使學生理解和接受這一知識點。去極化的發(fā)生是細胞興奮的前提，而動作電位是細胞興奮的標志；超極化的發(fā)生是細胞抑制的前提，和去極化的膜電位變化方向相反，背離了動作電位發(fā)生的方向，所以細胞無法興奮而受到抑制。

三、例題分析

在初步了解了神經(jīng)調(diào)節(jié)中膜電位變化機制后，筆者以例題講解的形式深化了學生的理解。

1.極值與離子濃度的關系

例1. 圖2為正常神經(jīng)元和受到一定藥物處理后的神經(jīng)元膜電位變化，此藥物作用機理為（ ）

A.阻斷部分Na+通道

B.阻斷部分K+通道

C.阻礙了部分神經(jīng)遞質(zhì)釋放

D.阻斷了部分神經(jīng)遞質(zhì)作用

解析：神經(jīng)元未受刺激時，神經(jīng)細胞膜對K+的通透性增大，K+大量外流，導致膜內(nèi)外電位表現(xiàn)為外正內(nèi)負；神經(jīng)元受刺激時，神經(jīng)細胞膜對Na+的通透性增大，Na+大量內(nèi)流，導致膜內(nèi)外電位表現(xiàn)為外負內(nèi)正。用藥物處理后，動作電位小于正常時動作電位，可推知Na+內(nèi)流減少，進一步推測該藥物可能阻斷了部分Na+通道。故正確答案是選項A。

2.由恢復時長得知運輸耗能

例2. 圖3為神經(jīng)興奮過程O2濃度與膜電位變化關系，判斷a、b曲線對應氧氣濃度。

解析：在前三極化過程中兩圖像幾乎重合，這是因為協(xié)助運輸不消耗能量。而在超極化過程中，應用了主動運輸方式，需消耗能量。當獲得能量較少，離子運輸速度較慢，恢復時間較長，b用時長于a，故b所對應氧濃度少。

3.靜息電位和動作電位的生理基礎

例3. 圖4表示某時刻神經(jīng)纖維膜電位狀態(tài)，圖5表示電位隨時間變化曲線。下列相關敘述錯誤的是（ ）

A.丁區(qū)域的膜電位一定是K+外流形成的

B.甲區(qū)或丙區(qū)可能剛恢復為靜息狀態(tài)

C.將圖A神經(jīng)纖維置于低Na+環(huán)境中，靜息電位將變大

D.若圖A的興奮傳導方向是從左到右，則乙處電位可能處于③→④過程

解析：丁區(qū)域的膜電位表現(xiàn)為外正內(nèi)負，屬于靜息電位，是K+外流形成的，故A項正確；甲區(qū)或丙區(qū)可能剛恢復為靜息狀態(tài)，故B項正確；靜息電位與K+外流有關，低Na+環(huán)境不影響靜息電位，故C項錯誤；若圖4的興奮傳導方向是從左到右，則乙處電位處于超極化狀態(tài)，可能處于③→④過程，故D項正確。

四、注意事項

首先，膜電位圖像的截距。注意測量神經(jīng)細膩膜電位時電極擺放位置，然后根據(jù)外正負判斷截距正負；其次，膜電位的增減。膜外電位降低，膜內(nèi)電位升高；最后，離子濃度大小。細胞內(nèi)鉀離子濃度恒大于鈉離子濃度，膜外則相反。

（作者單位：江西省宜春一中）endprint