静息电位和动作电位产生的离子基础
静息电位及动作电位的形成原理
主页博客相册个人档案好友查看文章相关文章静息电位和动作及其形成原理2009-09-16 16:19静息电位及其形成原理细胞膜的生物电现象主要有两种表现形式，即安静时的静息电位和受刺激时产生的膜电位的改变（包括局部电位和动作电位）。
生物电现象是以细胞为单位产生的，以细胞膜两侧带电离子的不均衡分布和离子的选择性跨膜转运为基础。
1.静息电位（resting potential，RP）：指细胞未受刺激时存在于细胞膜内外两侧的电位差。
将一对测量电极中的一个放在细胞的外表面，另一个与微电极相连，准备刺入细胞膜内。
当两个电极都位于膜外时，电极之间不存在电位差。
在微电极尖端刺入膜内的一瞬间，示波器上显示一突然的电位跃变，表明两个电极间出现电位差，膜内侧的电位低于膜外侧电位。
该电位差是细胞安静时记录到的，因此称为静息电位。
几乎所有的动植物细胞的静息电位都表现为膜内电位值较膜外为负，如规定膜外电位为0，膜内电位可以负值表示，即大多数细胞的静息电位在-10～-100mV之间。
神经细胞的静息电位约为-70mV，红细胞的约为-10mV。
细胞膜两侧存在电位差，以及此电位差在某种条件下会发生波动，使细胞膜处于不同的电学状态。
人们将细胞安静时膜两侧保持的内负外正的的状态称为膜的极化；当膜电位向膜内负值加大的方向变化时，称为膜的超极化；相反，膜电位向膜内负值减小的方向变化，称为膜的去极化；细胞受刺激后先发生去极化，再向膜内为负的静息电位水平恢复，称为膜的复极化。
2.静息电位形成的原理（1）细胞膜内、外的离子浓度差RP的形成与细胞膜两侧的离子有关。
下表显示枪乌贼巨轴突细胞膜两侧主要离子浓度。
由表可见，细胞膜内外的离子呈不均衡分布，膜内K+多于膜外，Na+和Cl-低于膜外，即细胞内为高钾低钠低氯的状态。
此外，A-表示带负Hodgkin和Huxley推测：由于细胞内外存在K+的浓度差（细胞内高钾）， K+具有从膜内侧向膜外侧扩散的趋势。
静息电位和动作电位的概念及形成机制
静息电位和动作电位的概念及形成机制静息电位和动作电位的概念及形成机制一、静息电位的概念及形成机制1. 静息电位的概念静息电位是指神经细胞在未被刺激时的电位状态。
在静息状态下，细胞内外存在电化学梯度，使神经元内外细胞膜的电位差保持在负数水平，为-70mV左右。
2. 静息电位的形成机制静息电位的形成主要与离子的通透性和Na+/K+泵有关。
在静息状态下，细胞膜上的Na+和K+离子通道处于闭合状态，但是Na+/K+泵仍在起作用，将细胞内的Na+排出，K+输进，维持细胞内外的离子平衡，保持负电位。
3. 静息电位的重要性静息电位是神经细胞正常功能的基础，它保证了细胞对外部刺激的敏感性，使神经元能够正常传递和处理信息。
二、动作电位的概念及形成机制1. 动作电位的概念动作电位是神经元在受到刺激时产生的短暂的电位变化。
它是神经元传递信息的基本单位，具有快速传导和全或无的特点。
2. 动作电位的形成机制动作电位的形成包括兴奋、去极化和复极化三个阶段。
当神经元受到足够的刺激时，细胞膜上的Na+通道打开，Na+大量流入细胞内，使细胞内外电位逆转，形成去极化；随后Na+通道关闭，K+通道打开，K+大量流出，使细胞内外电位恢复，形成复极化。
3. 动作电位的重要性动作电位是神经元传递信息的方式，它能够在神经元内外迅速传递信息，使神经元之间能够进行有效的通讯，实现信息的处理和传递。
总结与回顾：静息电位和动作电位是神经元活动的重要基础。
静息电位维持着神经元的正常状态，使其对外部刺激保持敏感；而动作电位则实现了神经元信息的传递，是神经元活动中最基本的过程之一。
在细胞水平上，静息电位的形成主要与离子的通透性和Na+/K+泵有关，通过保持细胞内外的离子平衡来维持静息状态；而动作电位的形成则依赖于离子通道的开闭和离子内外的流动，通过电压门控离子通道的开合来实现电位的变化。
个人观点和理解：静息电位和动作电位是神经元活动的核心过程，对于理解神经元的功能和信息传递具有重要意义。
静息电位产生的离子基础
静息电位产生的离子基础静息电位是一种细胞内外质子浓度差异造成的电势差，是真核细胞和很多原核细胞维持生理功能的基础。
这一神奇的生理现象，是由离子通道在细胞膜上的动力学作用以及离子的扩散造成的。
离子是构成细胞质和细胞外液的主要成分之一，静息电位的产生与细胞内外离子的分布有着密切的关系。
在细胞膜上，有许多离子通道能够通透特定类型的离子，这些离子通道可以分为常开和休止态通道两种。
常开通道允许特定类型的离子自由通过，并且在维持静息电位时起到了重要的作用。
休止态通道在细胞静息时关闭，只有在特定刺激下才会打开。
通过这些通道的开关机制，细胞能够调节离子的数量和分布，从而调节静息电位的产生。
常见的离子基础有钠离子（Na+）、钾离子（K+）、氯离子（Cl-）和钙离子（Ca2+）。
细胞内外这些离子的浓度差异是静息电位产生的重要基础。
比如在静息状态下，细胞外液中钠离子的浓度通常较高，而细胞内液中钾离子的浓度相对较高，细胞内外钙离子和氯离子的浓度则相对较低。
这种离子浓度差异会造成离子的扩散运动，从而形成电势差。
静息电位的产生是一个动态平衡过程。
细胞膜上的离子通道会根据细胞内外离子浓度的差异开放或关闭，从而调节静息电位的大小。
比如钠离子通道在静息状态下处于关闭状态，这样就阻止了大量的钠离子进入细胞，保持细胞内钠离子的浓度低于外界。
而钾离子通道在静息状态下倾向于开放，允许细胞内的钾离子通过扩散运动逆向流出，保持细胞内钾离子浓度较高。
这些离子通道的调节作用，使得细胞能够保持静息电位的稳定。
静息电位的产生对细胞功能和生理过程至关重要。
它是细胞兴奋性和信号传导的前提条件。
一旦细胞膜上的离子通道打开，离子会沿着电势梯度流动，形成动作电位，进而触发细胞功能的各种反应。
比如在神经细胞中，静息电位的改变会引起兴奋性神经冲动的产生，进而传递各种信息。
在肌肉细胞中，静息电位的变化会引起肌肉的收缩和放松。
此外，静息电位还与细胞内离子稳态的调节密切相关，比如维持正常细胞内钙离子浓度的平衡，从而影响细胞内许多酶和蛋白的功能。
静息电位和动作电位产生原理
静息电位和动作电位产生原理
神经元是神经系统的基本单位，它们通过电信号传递信息。
静息电位和动作电位是神经元电信号的两种形式，它们的产生原理是不同的。
静息电位是神经元在静止状态下的电位差，通常为-70mV。
这个电位差是由神经元细胞膜上的离子通道控制的。
细胞膜上有许多离子通道，其中最重要的是钠离子通道和钾离子通道。
在静息状态下，钠离子通道关闭，钾离子通道开放，使得细胞内外的离子浓度保持不平衡，从而形成静息电位。
这种电位差是维持神经元正常功能的基础，它使得神经元能够对外界刺激做出反应。
当神经元受到足够的刺激时，静息电位会发生变化，这种变化被称为动作电位。
动作电位是神经元在兴奋状态下的电信号，它是由钠离子通道和钾离子通道的开放和关闭所引起的。
当神经元受到足够的刺激时，钠离子通道会迅速开放，使得细胞内外的离子浓度发生短暂的反转，从而形成一个电位峰。
这个电位峰随后会迅速下降，因为钠离子通道会关闭，钾离子通道则会开放，使得细胞内外的离子浓度重新恢复平衡。
这个过程被称为复极化，它使得神经元回到静息状态。
动作电位的产生是一个快速而复杂的过程，它涉及到许多离子通道的开放和关闭。
这个过程的速度和强度可以被调节，从而使得神经
元能够对不同的刺激做出不同的反应。
动作电位的传递是神经元之间信息传递的基础，它使得神经系统能够完成复杂的信息处理和控制。
静息电位和动作电位是神经元电信号的两种形式，它们的产生原理是由离子通道的开放和关闭所控制的。
这种电信号的传递是神经系统正常功能的基础，它使得神经元能够对外界刺激做出反应，完成复杂的信息处理和控制。
简单阐述动作电位的产生过程。
简单阐述动作电位的产生过程。
一、动作电位产生的基础：静息电位。
1. 离子分布基础。
- 在细胞未受刺激时，处于静息状态下，细胞膜两侧存在电位差，称为静息电位。
一般细胞的静息电位表现为膜内较膜外为负，如神经细胞的静息电位约为 -70mV。
这主要是因为细胞内的K⁺浓度远高于细胞外，而细胞外的Na⁺浓度远高于细胞内。
- 细胞膜上存在非门控的K⁺通道（漏K⁺通道），对K⁺有较高的通透性。
在浓度差的作用下，K⁺会顺着浓度梯度外流，而细胞内的负离子（主要是蛋白质等大分子）不能外流，从而形成内负外正的电位差。
当促使K⁺外流的浓度差与阻止K⁺外流的电位差达到平衡时，K⁺的净移动为零，此时的电位差就是K⁺的平衡电位，它接近静息电位。
二、动作电位的产生过程。
1. 去极化。
- 刺激引发：当细胞受到有效刺激时，细胞膜的通透性会发生改变。
首先是对Na ⁺的通透性突然增大。
这种刺激可以是电刺激、化学刺激或机械刺激等。
例如，当神经纤维受到阈刺激（能引起细胞产生动作电位的最小刺激强度）时，细胞膜上的电压门控Na⁺通道开放。
- Na⁺内流：由于细胞外Na⁺浓度远高于细胞内，且此时膜对Na⁺的通透性增大，Na⁺在电化学驱动力（浓度差和电位差共同形成的驱动力）的作用下迅速大量内流。
这使得膜内电位迅速升高，由原来的内负外正变为内正外负，这个过程叫做去极化。
当膜电位去极化到一定程度（例如神经细胞去极化到约 -55mV时），会引起更多的电压门控Na⁺通道开放，这种现象称为Na⁺通道的激活。
随着Na⁺的进一步内流，膜电位会进一步升高，直到达到Na⁺的平衡电位（约为 +30mV），此时膜内为正，膜外为负。
2. 反极化。
- 在去极化达到Na⁺平衡电位（如 +30mV）时，膜电位的极性发生反转，即膜内为正，膜外为负，这一状态称为反极化。
这是动作电位上升支的顶点。
3. 复极化。
- Na⁺通道失活与K⁺通道开放：在反极化状态下，电压门控Na⁺通道迅速失活，不再允许Na⁺内流。
静息电位和动作电位产生的离子基础大学内容课件
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静息电位和动作电位产生的离 子基础大学内容课件
CONTENTS
• 静息电位基础 • 动作电位基础 • 离子基础 • 静息电位和动作电位产生的离
子机制 • 神经元兴奋性的离子基础 • 总结和讨论
01
静息电位基础
静息电位的定义
01
静息电位是指细胞在安静状态下， 细胞膜两侧存在的外正内负的膜 电位。
02
它表现为细胞膜内外的电位差， 是细胞进行跨膜信号传递和电活 动的基础。
静息电位的产生机制
静息电位的产生主要与钾离子外流有关。
在安静状态下，细胞内的钾离子浓度约为细胞外的30倍左右，因此钾离子会顺着浓 度差从细胞内向细胞外流动，形成外正内负的膜电位。
同时，钠离子也会在钠泵的作用下被泵出细胞，这也有助于维持细胞内外钾离子的 浓度差。
离子机制对神经元兴奋性的影响和调控
离子浓度对神经元兴奋性的影响
不同离子的浓度会影响神经元的兴奋性，例如高钾离子浓度会降低神经元的兴奋性，而高钠离子浓度则会增加神经元 的兴奋性。
离子通道调控对神经元兴奋性的影响
神经元中不同离子通道的开闭可以调节神经元的兴奋性。例如，增加钠离子通道的开放时间可以增加神经元的兴奋性。
不同离子的跨膜流动受到 多种因素的影响，如浓度 差、膜通道的通透性、跨 膜电场等。
05
神经元兴奋性的离子基础
神经元兴奋性的定义和特点
神经元兴奋性的定义
神经元兴奋性是指神经元在接受到刺 激后产生反应的能力。
静息电位和动作电位的离子基础简介
静息电位和动作电位的离子基础简介
刘鸿;毕景花;王海凤
【期刊名称】《中学生物教学》
【年(卷),期】2005()7
【摘要】神经兴奋的产生和传导是高中生物教学的难点，静息电位和动作电位的产生是理解这一难点的基础和关键。
现就静息电位和动作电位的离子基础简要介绍如下：
【总页数】1页(P117-117)
【关键词】静息电位;动作电位;高中;生物教学;离子;“神经兴奋的产生和传导”;教学难点
【作者】刘鸿;毕景花;王海凤
【作者单位】山东省曲阜市杏坛中学;山东省曲阜市教师培训中心
【正文语种】中文
【中图分类】G633.91
【相关文献】
1.动作电位和静息电位产生的离子基础 [J], 舒倩
2.关于神经生物学的新观点(一):静息电位和动作电位是氢离子的膜电位 [J], 周雪松
3.“静息电位和动作电位产生的离子基础”的教学 [J], 侯伟
4.何谓心肌细胞的静息电位、动作电位、阈电位、阈刺激？ [J],
5.何谓心肌细胞的静息电位、动作电位、阈电位、阈刺激？ [J],
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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)
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高中生物一轮复习全套教学视频：
/s/blog_68 4f97280102e7mb.html
（2011年浙江4）在离体实验条件下单条神经纤维的动作电位 示意图如下，下列叙述正确的（ ）
（2009江苏2）下列有关神经兴奋的叙述，正确的是（
）
A．静息状态时神经元的细胞膜内外没有离子进出
D
B．组织液中Na+浓度增大，则神经元的静息电位减小
C．突触间隙中的神经递质经主动运输穿过突触后膜而传递兴奋
D．神经纤维接受刺激产生的兴奋以电信号的形式传导
（2009安徽30）离体神经纤维某一部位受到适当刺激时，受刺 激部位细胞膜两侧会出现暂时性的电位变化，产生神经冲动。 图示该部位受刺激前后，膜两侧电位差的变化。请回答： （1）图中a线段表示__静__息___电位；b点膜两侧的电位差为 ， 此时0mNVa+ （内、内外）流。
细＿胞＿。
（2012海南15）关于人体神经细胞的叙述，正确的是
A.神经细胞轴突末梢可形成多个突触小体 B.兴奋通过神经递质在突触处进行双向传递
A
C.神经细胞外Na+内流是产生静息电位的基础
D.静息状态的神经细胞膜两侧的电位表现为内正外负
（2007新课标广东）25.神经细胞在静息时具有静息电位，受
A．a－b的Na+内流是需要消耗能量的 B．b－c段的Na+外流是不需要消耗能量的 C．c－d段的K+外流是不需要消耗能量的 D．d－e段的K+内流是不需要消耗能量的
（2009年山东7）图五表示枪乌贼离体神经纤维在Na+浓度不 同的两种海水中受刺激后的膜电位变化情况。下列描述错误 的是（ ） A．曲线a代表正常海水中膜电位的变化 B．两种海水中神经纤维的静息电位相同 C．低Na+海水中神经纤维静息时，膜内Na+浓度高于膜外 D．正常海水中神经纤维受刺激时，膜外Na+浓度高于膜内
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膜内电位比膜外低（外正内负）这
一现象。
K+外流
K+低 K+高
如假设成立，K+是以何种方式流向膜外的？K+外流的动力 是什么？
协助扩散。K+外流的动力则是细胞膜内外的K+浓度差。后 来科学家分离出了膜上的这种载体蛋白，称作K+通道蛋白。
D
)
A.图①表示甲乙两个电极处的膜外电位的大小与极性不同
B.图②表示甲电极处的膜处于去极化过程，乙电极处的膜处
于极化状态
C.图④表示甲电极处的膜处于复极化过程，乙电极处的膜处
于反极化状态
D.图⑤表示甲乙两个电极处的膜均处于极化状态
“汉水丑生的生“物汉同水行丑”生超的级生群物大同型行”超级群大型公 公益活动 ：历年益高活考动题：历PP年T版高考制题作P。PT版制作。本
C
C．兴奋在反射弧中以神经冲动的方式双向传递
D．细胞膜内外K+、Na+分布不均匀是神经纤维兴奋传导的基础
（2010浙江5）下图①-⑤依次表示蛙坐骨神经受到刺激后的
电位变化过程。下列分析正确的是( “汉水丑生的生物同行”超级群大型公 益活动：历年高考题PPT版制作。本
课件为公益作品，版权所有，不得以 任何形式用于商业目的。2012年1月15 日，汉水丑生标记。
到适宜刺激时可迅速产生能传导的动作电位，这两种电位可通
过仪器测量。A、B、C、D均为测量神经纤维静息电位示意图，
正确的是(
)
“汉水丑生的生物同行”
超级群大型公益活动： 历年高考 题PPT 版制作 。
本课件为公益作品，版 权所有，未经允许不得 擅自修改或用于任何形 式的商业用途。2012年 1月15日，汉水丑生标 记。
资料：在神经细胞兴奋的过程中，有部分K+流到了膜外，部分Na+流到膜内， 但恢复静息后，经测定，细胞内的K+浓度和细胞外的Na+浓度与静息时几乎 相同，这说明必然存在某种机制将流入细胞内的Na+重新转运到细胞外，否 则随着兴奋次数的增多，膜外的Na+浓度会越来越低。同理，也必然存在某 种机制将流出细胞的K+重新转运到细胞内，否则细胞内K+浓度会越来越低。
本课件为公益作课品件，为版公权益所作有品，，不版权所有，不得以 得以任何形式用任于何商形业式目用的于。商2业01目2 的。2012年1月15 年1月15日，汉日水，丑汉生水标丑记生。标记。
K+低 K+高
如假设成立，增大神经细胞细胞外液的K+浓度，静息电位 的数值会如何变化？
增大神经细胞细胞外液的K+浓度，则神经细胞内外K+浓度 差变小，K+外流量减少，静息电位数值会变小。科学家曾做了 这样的实验，的确如此，从而验证了假设。
K+会一直外流吗？
K+外流后，神经细胞内外K+浓度差会变小，K+外流的动力 减小。另外由于K+外流，使细胞内外电位差加大，向内的电场 力会阻止K+外流。当向外的化学驱动力（K+浓度差）和向内 的电场驱动力达到平衡时，K+停止外流，此时膜内外的电位稳 定在－70mV。
AC
（2008上海）22、下列能正确表示神经纤维受刺激时，刺激
点膜电位由静息电位转为动作电位的过程是（ ）
A．①→④ C．③→②
B．②→③
D．④→①
D
“汉水丑生的生物同行”超级群大型公 益活动：历年高考题PPT版制作。本
课件为公益作品，版权所有，不得以 任何形式用于商业目的。2012年1月15 日，汉水丑生标记。
神经调节
第一讲：神经调节的基本方式及结构基础、神 经系统的分级调节 第二讲：静息电位和动作电位产生的离子基础
第三讲：兴奋的产生、传导和传递
静息电位和动作电位
产生的离子基础
作者：汉水丑生
本课件依据笔者发表在《生物学通报》2012年第9 期的教学设计制作而成。
论文详见：
/s/blog_684f97280102e7d1.html
依据论文和课件制作而成的教学视频：
/s/blog_684f97280102e7br.html
反射弧的结构保持完整性 完成反射的条件
足够强度的刺激
枪乌贼的巨大神经纤维直径可达1mm，是研究生物电的理想材料。 兴奋的实质是电流，电流是如何产生的？
产生电流要求有电位差，所以需要测量神经细胞膜的电位变化。
“汉水丑生的生物同行”超级群大型公 益活动 ：历年 高考题 PPT版 制作。本课件为公益作品，版权所有 ，不得 以任何 形式用 于商业 目 的。2012年1月15日，汉水丑生标记。
（2010新课标5）将神经细胞置于相当于细胞外液的溶液(溶
液S)中，可测得静息电位。给予细胞一个适宜的刺激，膜两
侧出现一个暂时性的电位变化，这种膜电位变化称为动作电
K+低
Na+高 K+低
K+高
Na+低 K+高
K+低 K+高
Na+高 K+低 Na+低 K+高
请问上述资料中，将流入细胞内的Na+重新转运到细胞外
以及将流出细胞的K+重新转运到细胞内是通过何种方式？是
否消耗能量？
主动运输
丹麦生理学家斯科（Jens C.Skou）等人发现 了细胞膜上存在钠钾泵，并因此获得了1997年的 诺贝尔化学奖。科学家发现，钠钾泵是一种钠钾 依赖的ATP酶，能分解ATP释放能量，用于将膜外 的K+运进细胞，同时将膜内的Na+运出细胞。细 胞内K+浓度高，细胞外Na+浓度高，正是由钠钾 泵维持的。人体处于静息状态时，细胞25%的ATP 被钠钾泵消耗掉，神经细胞70%的ATP被钠钾泵消 耗掉。
K+低 K+高
Na+高 Na+低
结合膜外Na+浓度远高于膜内这一事实，如何解释膜电位 由－70 mV逐渐减小到0，并出现+35 mV这一现象？
假设：膜电位发生反转是由Na+内流引起的
K+低
Na+高
K+高
Na+低
协助扩散。Na+不会一直内流， 因为Na+内流后，神经细胞内 外Na+浓度差会变小，Na+内流 的动力减小。
直径小于0.5μm
当将两个微电极都放在神经细胞膜外时，在示波器上没有 记录到电位差，说明神经细胞膜外各处电位相等。
规定：膜外电位为零电位 －70 mV
膜内电位比膜外电位低了70mV
当将一个微电极的尖端刺穿细胞膜瞬间，便可通过示波器记 录到－70mV的电位差，表明膜内电位比膜外电位低了70mV。再 继续深插此电极，只要电极尖端还留在神经细胞内，则此电位值 便不再改变。由于此电位发生在静息状态的神经细胞膜的两侧， 故称静息电位（外正内负）。
如假设成立，Na+是以何种方式通过神经细胞膜流向膜内的？ Na+会一直内流吗？
K+低 K+高
Na+高 Na+低
如上述假设成立，减小神经细胞细胞外液的Na+ 浓度，动作电位的峰值会如何变化？。
K+低 K+高
Na+高 K+低 Na+低 K+高
如何解释动作电位由+35 mV下降到0，最后恢复
为－70mV的静息电位？。 K+外流