三通道钾钠进出,四极化电位变化

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  摘要:膜电位的变化、动作电位的产生、传导与传递是高中生物教学的重点和难点。基于此,本文探讨了神经调节中的膜电位问题。
  关键词:极化电位 动作电位 运输方式
  一、三通道钾钠进出
  钾离子通道供钾离子以协助运输方式进出细胞,钠离子通道供钠离子以协助运输方式进出细胞,钠钾泵通过主动运输方式运输膜内外的钠离子和钾离子。以上三种离子通道都具有以下共性:①它们的化学本质都是蛋白质,都要在适宜的温度、酸碱性条件下才可起作用;②它们所处位置都是细胞膜,故三者都与细胞膜通透性有关。
  二、四极化电位变化
  四极化电位变化包括:①去极化:钾离子通道闭合,钠离子通道打开,钠离子内流,膜电位由外正内负变为零;②反极化:钠离子继续内流,膜电位渐渐变为外负内正。当膜内外电势差达到最大值,动作电位形成;③负极化:钠离子通道闭合,钾离子通道打开钾离子外流,膜电位变为外正内负;④超极化:a是静息电位的绝对值变大。b是静息电位的负值增大。c是细胞膜内的负电荷增多。这就是超级化和去极化的概念和产生原理:
  笔者以神经细胞为实验对象,绘制了超极化和去极化(如图1所示)。
  可见,超极化和去极化是细胞膜电荷朝着相反的两个方向变化的结果。如果结合图1,用静息电位绝对值的增大和减小来定义超极化和去极化,也能使学生理解和接受这一知识点。去极化的发生是细胞兴奋的前提,而动作电位是细胞兴奋的标志;超极化的发生是细胞抑制的前提,和去极化的膜电位变化方向相反,背离了动作电位发生的方向,所以细胞无法兴奋而受到抑制。
  三、例题分析
  在初步了解了神经调节中膜电位变化机制后,笔者以例题讲解的形式深化了学生的理解。
  1.极值与离子浓度的关系
  例1. 图2为正常神经元和受到一定药物处理后的神经元膜电位变化,此药物作用机理为( )
  A.阻断部分Na 通道
  B.阻断部分K 通道
  C.阻碍了部分神经递质释放
  D.阻断了部分神经递质作用
  解析:神经元未受刺激时,神经细胞膜对K 的通透性增大,K 大量外流,导致膜内外电位表现为外正内负;神经元受刺激时,神经细胞膜对Na 的通透性增大,Na 大量内流,导致膜内外电位表现为外负内正。用药物处理后,动作电位小于正常时动作电位,可推知Na 内流减少,进一步推测该药物可能阻断了部分Na 通道。故正确答案是选项A。
  2.由恢复时长得知运输耗能
  例2. 图3为神经兴奋过程O2浓度与膜电位变化关系,判断a、b曲线对应氧气浓度。
  解析:在前三极化过程中两图像几乎重合,这是因为协助运输不消耗能量。而在超极化过程中,应用了主动运输方式,需消耗能量。当获得能量较少,离子运输速度较慢,恢复时间较长,b用时长于a,故b所对应氧浓度少。
  3.静息电位和动作电位的生理基础
  例3. 图4表示某时刻神经纤维膜电位状态,图5表示电位随时间变化曲线。下列相关叙述错误的是( )
  A.丁区域的膜电位一定是K 外流形成的
  B.甲区或丙区可能刚恢复为静息状态
  C.将图A神经纤维置于低Na 环境中,静息电位将变大
  D.若图A的兴奋传导方向是从左到右,则乙处电位可能处于③→④过程
  解析:丁区域的膜电位表现为外正内负,属于静息电位,是K 外流形成的,故A项正确;甲区或丙区可能刚恢复为静息状态,故B项正确;静息电位与K 外流有关,低Na 环境不影响静息电位,故C项错误;若图4的兴奋传导方向是从左到右,则乙处电位处于超极化状态,可能处于③→④过程,故D项正确。
  四、注意事项
  首先,膜电位图像的截距。注意测量神经细腻膜电位时电极摆放位置,然后根据外正负判断截距正负;其次,膜电位的增减。膜外电位降低,膜内电位升高;最后,离子浓度大小。细胞内钾离子浓度恒大于钠离子浓度,膜外则相反。
  (作者单位:江西省宜春一中)
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