8.4 生物膜电位
n n0eEp kT
k 1.381023 J / K
两侧离子的电势能分别为：
EP1 ZeU1
EP2 ZeU 2
代入玻尔兹曼能量分布定律得：
n1
n eZeU1 0
kT
n2
n eZeU2 0
kT
4
则： n1 eZe(U1 U2 ) kT n2
15
当外界的刺激低于细胞兴奋的阈值时，细胞不 会产生动作电位，但细胞的膜电位还是会发生，而 细胞膜的电阻、电容和膜电动势不发生变化，这时 的膜称为被动膜。
被动膜的电缆性质：
等效电路：把神经纤维
看成有许多长度为x 的 小段组成，每一小段 x
可表示为如图所示的等效 电路。
16
把相邻小段的神经纤维的等效电路联系在一起就 构成神经纤维的等效电路如图：
8
除极以后，细胞膜又使钠离子不能通透，而 K
的通透性突然提高，使大量的钾离子由膜内向膜外
扩散，使膜内的电位降低，膜电位由+60mV迅速降 到-100mV，这一过程使离子在细胞兴奋时的电位得 以恢复称为复极。膜电位恢复为-86mV.
9
第四节 生物膜电位
一、能斯特方程和静息电位 二、动作电位和神经传导
细胞处于静息状态时：膜外带正点，膜内带负 电，膜外电位高于膜内，膜电位-86mV.
7
去极化过程：当细胞受到的刺激达到阈值或阈值
以上时，Na的通透性突然增大，大量的钠离子在浓
度梯度和电场的双重作用下涌入膜内，使膜内的电 位迅速提高，膜电位降低。
当膜内外钠离子的浓度差 和电位差的作用相互平衡 时，细胞膜的极化发生倒 转，使膜内带正电，膜外 带负电，这一过程叫除极。 膜电位为：+60mV.
10
二、 动作电位和神经传导
1. 动作电位
可见：细胞受刺激所经历
的除极和复极过程，伴随着
电位的波动过程。这一过程
仅需10ms左右。我们把这个
电位波动过程叫做动作电位。
细胞恢复到静息状态后，
又可以接受另一个刺激，产
生你一个动作电位。在不断
的强刺激下，1秒内可以产 生几百个动作电位。
11
2. 神经传导
息状态时，各种离子得膜内外浓度不同，它们都可
以在不同程度上透过细胞膜，其他则不能透过。只
有能透过细胞膜的离子才能形成跨膜电位.
两种离子 Na : 61.5lg 10 71mV
的静息电
142
位是： K : 61.5lg 141 89mV
5 6
神经细胞的静息电位是-86mV，这时细胞膜对 K 是通透的，而对 Na+通透性很差。
对于大细胞，动作电位可以由它的某一部分产 生，再传导到另一部分。在肌肉组织中，动作电位 可以由一个细胞传到另一个细胞。
12
除极时，膜外的正电荷被吸入膜内，使临近区域 的电位降低，膜内的负电荷也移入正电区，使临近区 域的电位上升。结果临近区域的电位发生变化，引起 钠离子的通透性突然增加，从而触发动作电位出现。
第四节 生物膜电位
一、能斯特方程和静息电位 二、动作电位和神经传导
1
一、能斯特方程和静息电位
1. 能斯特方程式
静息电位产生的原因：
1）细胞膜内外液体中离子的浓度不同 2）细胞膜对不同种类的离子的通透性不一样。
在没有任何刺激时，细胞内外存在电位差，这一电
位差叫静息电位。
静息电位的产生过程
如图所示，两种不同浓度的KCl溶液,有一个半透膜
膜两侧得浓度与离子 密度成正比，即：
C1 n1 C2 n2
取对数：
ln
n1 n2
Ze kT
(U1 U2 )
跨膜电位（膜电位）
能斯特方程
U1
U2
kT Ze
ln
C1 C2
2.3 kT Ze
lg C1 C2
5
2. 静息电位
细胞膜属于半透膜，膜内外存在多种离子，主
要是： K 、Na+、Cl 和大蛋白离子。当细胞处于静
动作电位传播 的速度与神经纤 维的结构和大小 有关，慢的约 0.5mm/s，快的 达到130mm/s。
13
3. 神经纤维的电缆方程
神 经
细胞体 树突：接受传入的信息传向细胞体。
元
突起
内部是轴浆（稀电解质） 轴突（神经纤维） 外部是圆柱面的细胞膜
纵向电流：是轴浆的电解质中的K+、Na+、Cl－
可沿轴突流动。纵向电阻叫轴浆电阻，用ri 表示单位 长度的轴浆电阻。
神经纤维的电缆方程，并解出： 被动膜的电缆性质：膜
0ex
电位 依距离的变化 x 按指
数规律衰减
通电电极在x＝0处 的膜电位
17
通入恒定电流刺激神经
记录不同点的膜电位变化
两个微电极
测得的是 膜电位变化
ε是膜电位
E与静息电 位Er 之差
ε ＝E－Er
18
4. 电泳
细胞外液中除了正负离子外，还有带电或不带电 的悬浮胶粒（细胞、病毒、蛋白质分子或合成粒子）。
隔开。设半透膜只允许 K 通过，而不允许 Cl 通过。
两边的浓度分别为C1和C2，且C1 > C2。
2
由于C1 > C2， K 向右侧扩散，使右侧正离子逐
渐增加，左侧出现过剩的负离子，这些电荷在膜的两
侧聚集起来，最后达到平衡时，膜的两侧具有一定的
电势差 。
3
对于稀溶液 值可由玻尔兹曼能量分布定律来计
在电场力的作用下，带电胶粒的迁移现象叫做电 泳。胶粒的迁移速度主要由以下因素决定：
电场强度、胶粒电量及质量、胶粒大小和形状、 液体的粘滞系数和介电常数。
带电胶粒在电场作用下的迁移速度不同，可以将 标本中的不同成份分开，是生物化学研究，制药及临 床检验的常用手段。
19
由直流电源和电泳槽两大部分构成。 直流电源要提供稳定的输出电压，电流和功率； 电泳槽一般包括电极（由炭棒或铂片组成）和缓 冲液槽、电泳介质的支架和透明的绝缘密封盖等组成。
横向电流（膜电流）：这些离子跨越细胞膜运动。
横向电阻叫膜电阻，用rm 表示单位长度的膜电阻。
14
细胞内液和外液均是含 有电解质的溶液
两个导体
电 容
细胞膜是含脂肪的膜
绝缘体
单位面积的电容为膜电容用Cm表示
把神经纤维看成是一根特殊的电缆，由于轴 浆电阻、膜电阻与膜电容的组合，使电流对膜电 位的影响起着依距离而衰减和在时间上的延迟作 用。神经细胞的这种性质可以比较满意地解释电 流对神经膜的作用。因此称为电缆学说。
20
第八章 直流电
8.1 电流密度和欧姆定律 8.2 基尔霍夫定律 8.3 电容器的充电和放电 8.4 生物膜电位
21
生物膜电位变化
生物膜电位变化综述东北师范大学生命科学学院2009级秦刚1244409017我们知道，生物的信息传递可以说是多样性的，但是其最根本的方式就是细胞之间的信息传递。
所有信息的传递都是由细胞间快速传递才能够形成的。
那么细胞间的信息传递是怎么样进行的呢？究竟有什么机制使得细胞间传递信息可以如此的精确和快速呢？根据科学家的研究发现，在细胞间的信息传递过程中，细胞膜电位的变化起了很重要的作用。
那么细胞膜上的怎么会有电位变化呢？它怎么能够传递信息呢？其实细胞膜在正常的存在于人体身体内时，在安静状态时，正电荷位于膜外一侧（膜外电位为正），负电荷位于膜内一侧（膜内电位为负，）这种状态称为极化。
如果膜内外电位差增大，即静息电位的数值向膜内负值加大的方向变化时，称为超极化。
相反地，如果膜内外电位差减小，即膜内电位向负值减小的方向变化，则称为去极化或极化。
静息电位是由于细胞内K+出膜，膜内带负电，膜外带正电导致的。
当细胞受刺激时，在静息电位的基础上可发生电位变化，细胞膜两侧存在离子浓度差，细胞膜内K+浓度高于细胞膜外，而细胞外Na+、Ca2+、Cl-高于细胞内，这种浓度差的维持依靠离子泵的主动转运。
（主要是Na+-K+泵的转运）。
细胞膜在不同状态下对不同离子的通透性不同，例如，安静时主要允许K+通透，而去极化到阈电位水平时又主要允许Na+通透，形成机制如下图：如上面四幅图所示。
当细胞受到刺激时，导致细胞部分去极化致使Na+少量内流然后使得去极化至阈电位水平，Na+内流与去极化形成正反馈（Na+爆发性内流）从而达到Na+平衡电位（膜内为正膜外为负）形成了动作电位的上升。
当膜去极化达一定电位水平后Na+内流停止、K+迅速外流，这样就导致了形成动作电位的下降。
动作电位是一种快速，可逆的电变化，传播的方式为局部电流，传播速度与细胞直径成正比。
产生动作电位的细胞膜将经历一系列兴奋性的变化：绝对不应期——相对不应期——超常期——低常期，它们与动作电位各时期的对应关系是：峰电位——绝对不应期；负后电位——相对不应期和超常期；正后电位——低常期。
2016届高三生物一轮复习 图示 9.膜电位的变化曲线
膜电位变化曲线
ce段——静息电位的恢复：Na＋通 道关闭，K＋通道打开，K＋大量外 流，膜电位恢复为静息电位后，K ＋通道关闭。
c
膜电位/mV
0
刺激 a
b
d
ef段——一次兴奋完成后，钠钾泵将流 入的Na＋泵出膜外，将流出的K＋泵入膜 内，以维持细胞外Na＋浓度高和细胞内 K＋浓度高的状态，为下一次兴奋做好准
f e
O
时间/ms
a点之前——静息电位：神经细胞膜对K＋的通 透性大，对Na＋的通透性小，主要表现为 K＋外流，使膜电位表现为外正内负。
膜电位变化及其测量讲解
指针偏转发生在神经纤维未兴奋时，由内负外正的 电位差决定的。
例3：（2010年十三校联考）下图为神经电位的测量装 置，其中箭头表示施加适宜刺激，涂黑区表示兴奋区域。
用仪器记录a、b两电极之间的电位差，结果预期的电位
测量结果是（A ）
分析：指针偏转几次，方向如何？为什么？ 测膜外电流：指针偏转2次且方向相反
电流产生的实质是a、b两点之间存在电位差。 偏转的方向是由兴奋区与未兴奋区之间膜外的电位差决定 的。
例2：神经电位的测量装置如下图所示，其中箭头表 示施加适宜刺激，涂黑区表示兴奋区域，下图中指 针所示电流方向，依次看到现象的顺序如图：
b点膜两侧的电位差为 0mv，
此时Na+ 内 （内、外）流。
（2）神经冲动在离体神经导方向
是单向的，总是由胞体传向 轴突末梢。
（3）神经冲动在突触的传递受很多药物的影响。某药物能阻断
突触传递，如果它对神经递质的合成、释放和降解（或再摄取）
解析1：为什么已知条件中电位波动只有一次？
a电位—b电位
规律二：如果测量的是膜内和膜外的电位差，当两 个测量电极之间的间隔距离较近时、则测量结果会 出现一次电位波动。
例4、（09年上海28）神经电位的测量装置如右上
图所示，其中箭头表示施加适宜刺激，阴影表示兴奋
区域。用记录仪记录A、B两电极之间的电位差，结 果如右侧曲线图。若将记录仪的A、B两电极均置于 膜外，其它实验条件不变，则测量结果是 （ C ）
a电位—b电位
规律一：如果测量的是膜内和膜外的电位差，当两个 测量电极之间的间隔距离较大时、则测量结果会出现 两次同向的电位波动。
膜电位变化及其测量课件
通过膜片钳技术等手段，可以检测药物对膜电位的影响，从而筛选 出具有潜在治疗作用的新药。
药物优化
通过对膜电位变化的深入研究，可以对现有药物进行优化和改进， 提高药物的疗效和降低副作用。
在疾病诊断和治疗中的应用
1 2 3
疾病诊断 膜电位变化与某些疾病的发生和发展密切相关， 通过检测膜电位变化可以辅助医生进行疾病诊断。
心血管系统的疾病
心律失常
心律失常患者的细胞膜电位异常， 可能导致心脏节律紊乱。
心肌缺血
心肌缺血时，心肌细胞的膜电位降 低，可能导致心肌收缩和舒张功能 受损。
高血压
高血压患者的血管平滑肌细胞膜电 位异常，可能导致血管收缩和血压 升高。
其他系统的疾病
糖尿病
糖尿病患者的神经和血管系统膜 电位异常，可能导致神经病变和
疾病治疗 一些疾病的治疗过程中，膜电位变化会发生变化， 通过监测膜电位变化可以指导医生制定合理的治 疗方案。
疗效评估 在疾病治疗过程中，膜电位变化可以作为疗效评 估的指标之一，帮助医生判断治疗效果和调整治 疗方案。
在生理和药理研究中的应用
生理研究
膜电位变化是细胞生理功能的重 要组成部分，通过对其深入研究 可以揭示细胞生理活动的规律和 机制。
复极化
复极化是指膜电位由去极化状态恢复 到静息状态的过程。
复极化过程中，钠离子通道和钾离子 通道的开放和关闭是关键，其开放时 间相对较长。
复极化主要是由于钾离子的外流和钠 离子的内流，使得膜电位逐渐恢复到 静息状态。
复极化是动作电位周期性产生的基础， 对于维持细胞的正常功能具有重要作 用。
反极化
药理研究
膜电位变化是药物作用的重要机 制之一，通过对其深入研究可以 揭示药物的作用机制和靶点可以影响细 胞内外的物质交换，调节 细胞功能。
膜电位高三知识点
膜电位高三知识点膜电位是指细胞膜内外两侧的电势差，是细胞内外电荷分布不均引起的。
在高三生物课程中，膜电位是一个重要的知识点，它涉及到神经传导、肌肉收缩等生物学过程。
本文将就膜电位的概念、产生机制以及其在生物体内的作用进行详细论述。
概念：膜电位是指细胞膜内外两侧的电势差，通常用电压表显示为负值。
正常情况下，细胞内外的离子浓度差异导致膜电位的产生。
细胞内主要富集有阴离子（如蛋白质、有机磷酸酯等），而细胞外则富集有阳离子（如钠离子、钾离子等）。
由于细胞膜对不同离子的通透性不同，导致一种离子的通透性高于另一种离子，从而使细胞内外的离子分布不平衡，形成膜电位。
产生机制：膜电位的产生主要依赖于细胞膜上的离子通道。
根据离子通道的特异性，细胞膜上主要存在钠离子通道和钾离子通道。
在静息状态下，细胞膜的钠通道大部分关闭，而钾通道则处于开放状态。
这使得大量的细胞外钠离子无法进入细胞内，而细胞内的钾离子则通过开放的钾通道不断地向细胞外扩散，形成膜电位。
作用：膜电位在生物体内发挥着重要的作用。
首先，膜电位参与了神经传导过程。
当神经受到刺激时，细胞膜上的离子通道发生改变，导致钠离子流入细胞内，使细胞内外的离子分布发生改变，产生脉冲传导。
这个脉冲传导过程即是神经信号的传递，膜电位的变化起到了关键的作用。
其次，膜电位还参与了肌肉收缩过程。
在肌肉细胞中，膜电位的改变触发了肌肉细胞内的钙离子释放，从而引起肌肉收缩。
当神经信号到达肌肉细胞时，膜电位发生变化，使细胞内的钙离子释放，激活肌肉收缩过程。
此外，膜电位还参与了细胞内外物质的运输。
细胞膜上存在着各种离子泵和转运蛋白，它们依赖膜电位的变化来驱动离子和物质的运输。
例如，细胞内外钠离子浓度的平衡就依赖于钠泵的驱动，而钠泵的正常运作则需要膜电位的支持。
综上所述，膜电位是细胞内外电势差，由细胞膜上的离子通道和离子分布不均引起。
膜电位在神经传导、肌肉收缩以及物质运输等过程中起到重要作用。
深入理解和掌握膜电位的知识，对于高三生物的学习和理解生物学过程具有重要意义。
膜电位研究方法
膜电位研究方法
膜电位是生物膜中的电位差，可以通过多种方法进行研究。
1.细胞膜钳技术：细胞膜钳是一种测量细胞膜电位的最常用技术之一。
它可以测量单个细胞上的电位，包括神经元、心肌细胞、胰岛β细胞等。
2.离子选择性电极：离子选择性电极可以测量离子浓度的变化，并计
算出膜电位。
常用的离子选择性电极包括钠离子选择性电极、钾离子选择
性电极和氯离子选择性电极等。
3.膜电位信号记录仪：该仪器可以记录膜电位的时间变化。
通常使用
一个探头将电位信号传递到一个记录仪中。
这种方法很适用于研究心脏、
神经系统等。
4.双重钳技术：通过同时记录两个膜电位，可以研究不同的细胞之间
的相互作用。
5.膜通道测量技术：该方法可以测量膜离子通道的通透性和选择性，
从而计算出膜电位的变化。
包括全细胞记录、膜片钳记录等。
总之，膜电位研究方法种类繁多，选择适合的研究方法，可以更加准
确地研究膜电位。
膜电位名词解释
膜电位名词解释
膜电位是指细胞膜内外两侧电荷分布不平衡所形成的电位差。
细胞膜是细胞内外的隔离屏障，可以控制物质的进出，维持细胞内外环境的稳定。
在许多细胞内外环境电荷不平衡的情况下，膜电位就会产生。
细胞膜的内部是富含负电荷的细胞质，而外部是富含阳离子的细胞外液。
这种电荷分布不平衡产生了一个电势差，即膜电位。
一般情况下，膜电位的数值为负值，表示细胞内负电荷多于细胞外正电荷。
膜电位的大小取决于细胞类型和状态，通常在-
40mV到-90mV之间。
膜电位的产生主要通过离子泵和离子通道来实现。
离子泵能够主动从细胞内外液中将离子转运，从而改变细胞内外的离子浓度差，进而影响膜电位。
离子通道则可以通过特定的通道蛋白，使特定的离子通过，从而改变细胞内外液的离子分布，也会对膜电位产生影响。
膜电位起到了细胞兴奋性、离子平衡和分子运输等重要功能。
在神经细胞中，膜电位可以通过神经冲动的形式传递，从而实现信息传递和神经信号传导。
在心肌细胞中，膜电位可以调控心脏的收缩和舒张。
此外，膜电位还参与了细胞内外物质的平衡调节，如离子和分子的进出，维持细胞内稳定的渗透压和离子浓度。
膜电位(Membrane Potential)-通常是指以膜相隔的两溶液之间产生的电位差
膜电位(Membrane Potential)-通常是指以膜相隔的两溶液之间产生的电位差膜电位(Membrane Potential)-通常是指以膜相隔的两溶液之间产生的电位差。
一般是指细胞生命活动过程中伴随的电现象，存在于细胞膜两侧的电位差。
膜电位在神经细胞通讯的过程中起着重要的作用。
学术术语来源——透骨消痛胶囊对凋亡软骨细胞Rac1和Cdc42表达的影响文章亮点：1 肿瘤坏死因子α能够诱导软骨细胞凋亡，实验模拟了关节软骨细胞的退变过程。
观察透骨消痛胶囊对体外培养大鼠关节软骨细胞凋亡率及Rac1，Cdc42，Bax和Bcl-2蛋白表达的影响。
2 结果显示，透骨消痛胶囊能够下调肿瘤坏死因子α诱导下的软骨细胞Rac1，Cdc42和Bax蛋白表达，上调Bcl-2蛋白表达，调节Bcl-2/Bax蛋白比例，降低软骨细胞的凋亡率，对细胞起到一定的保护作用。
关键词：组织构建；软骨细胞；透骨消痛胶囊；中药；凋亡；Rac1蛋白；Cdc42蛋白；国家自然科学基金主题词：软骨细胞；细胞凋亡；中草药；rac1 GTP结合蛋白质；cdc42 GTP结合蛋白质摘要背景：透骨消痛胶囊治疗早、中期骨性关节炎有较好疗效，但作用机制尚未完全阐明。
小GTP酶Rho能够抑制软骨细胞肥大分化，促进软骨细胞的凋亡。
目的：观察透骨消痛胶囊对体外培养凋亡大鼠关节软骨细胞Rac1和Cdc42的影响，并初步探讨其防治骨性关节炎的作用机制。
方法：采用4周龄SD大鼠膝关节软骨建立稳定的软骨细胞体外培养体系，采用甲苯胺蓝染色法对第3代软骨细胞进行鉴定。
用20 μg/L的肿瘤坏死因子α诱导体外培养软骨细胞的凋亡，诱导成功后，给予透骨消痛胶囊(500，100，20 mg/L)孵育24 h后，分别用MTT法检测各组软骨细胞的存活率，用流式细胞仪检测各组软骨细胞的线粒体膜电位情况，Western Blot检测各组软骨细胞Rac1，Cdc42，Bcl-2及Bax蛋白表达。
生理学考试重点整理
一、名词解释：1.内环境——细胞外液是组织、细胞直接接触的生存环境，称为机体的内环境。
2.稳态——是指细胞外液中的各种理化因素保持相对稳定的状态。
3.反射——是批在中枢神经系统的参与下，机体对内、外环境变化所作出的有规律的具有适应意义的反应。
4.负反馈——是指反馈信息与控制信息作用性质相反的反馈。
5.膜电位——生物细胞心膜为界，膜内外的电位差称为跨膜电位。
6.动作电位——可兴奋细胞在受到刺激发生兴奋时，细胞膜在原有静息电位的基础上发生一次迅速而短暂的电位波动，细胞兴奋时发生的这种短暂的电位波动称为动作电位。
7.静息电位——细胞安静时，存在于细胞膜内外两侧的电位差，称为跨膜静息电位，简称静息电位。
8.阈值——在刺激作用时间和强度-时间变化率固定不变的条件下，能引起组织细胞兴奋所所需的最小刺激强度。
9.阈电位——当膜电位去极化到某一临界值，就出现膜上的钠通道大量开放，Na+大量内流而产生动作电位，膜电位的这个临界值。
10.兴奋性——可兴奋细胞在受刺激时产生动作电位的能力。
11.血型——指血细胞上所存在的特异抗原的类型；通常主要指红细胞血型。
12.血液凝固——血液从可流动的溶胶状态转变为不流动的凝胶状态的过程。
13.心动周期——心脏一次收缩和舒张，构成一个机械活动周期，称为心动周期。
14.心输出量——也称每分输出量，每分钟由一侧心室收缩的血量。
它等于每搏输出量乘以心率。
正常成人安静时的心输出量约5L/min。
15.射血分数——搏出量占心室舒张末期窖的百分比。
安静状态健康成人的射血分数55%-65%。
16.呼吸——指人体与环境之间的气体交换过程。
17.肺通气——是指外界空气经呼吸道进出肺的过程。
或气体经呼吸道出入肺的过程。
18.肺活量——是指尽力吸气之后，再尽力呼气所能呼出的气体量。
等于潮气量、补吸气量、补呼气量三者之和。
19.时间肺活量——指在最大吸气后，以最快速度呼气，分别记录第1、2、3秒末所呼气体量占肺活量的百分数。
膜电位名词解释
膜电位名词解释
膜电位是指细胞膜内外之间的电势差，也就是细胞膜内外的电荷分布不均所产生的电位差。
细胞膜是由脂质双层组成的，其中包含许多离子通道和离子泵，使得膜内外的离子浓度和电荷分布不同，从而形成了膜电位。
膜电位的存在对于细胞的正常功能至关重要。
在静息状态下，细胞膜内外的离子浓度差异和离子通道的关闭使得细胞膜内负外正，形成静息膜电位。
当细胞受到刺激时，离子通道会打开或关闭，使得离子在膜内外间快速扩散，改变膜电位。
膜电位的变化是神经传递和肌肉收缩等生理过程中的关键步骤。
例如，在神经元中，当细胞接收到刺激信号时，离子通道会打开，使得钠离子从细胞外流入细胞内，导致膜电位升高，即产生兴奋态膜电位。
这个电位变化传播沿神经元的轴突，形成动作电位，从而实现神经信号的传递。
除了神经元，膜电位也在心肌细胞、肌肉细胞和其他类型的细胞中发挥重要作用。
在心脏肌肉细胞中，膜电位的变化调控着心脏的收缩和舒张。
在肌肉细胞中，膜电位的变化驱动肌肉的收缩运动。
总之，膜电位是细胞膜内外之间的电势差，对于细胞的正常功能和生
理过程至关重要。
膜电位的变化是神经传递、肌肉收缩等生理过程的基础，对于维持正常的神经和肌肉功能至关重要。