[转载]去极化过程有没有K+外流?复极化过程有没有Na+内流?
2020-05-02 20:37阅读:
疑难问题:学生的问题,神经细胞复极化时有没有Na+内流?去极化过程中有没有K+外流?要回答这个问题,需要讲清楚通道蛋白还是渗漏蛋白,也就是说,教师不能一概而论,具体问题还是要讲清楚,尽管关于渗漏蛋白的知识在中学不作要求。以下内容是发表于《生物学教学》2014年第8期文章。
一、转运蛋白
神经细胞膜上与Na+和K+运输相关的膜转运蛋白有两类:载体蛋白和离子通道蛋白。
Na
+-K+泵是神经细胞膜上专职运输Na+、K+的载体蛋白,它能水解ATP并通过自身空间构象的改变实现Na+、K+逆浓度梯度的主动运输,所以其本质就是细胞膜上的一种ATP酶,因此又被称为Na+-K+-ATP酶离子通道是由细胞膜上一种特殊的跨膜蛋白构成的亲水孔道,能快速、有选择地让Na+、K+运输到质膜的另一侧。
根据离子通道的开放和关闭是否受控,可将其分为两类:非门控离子通道和门控离子通道。
始终处于开放状态的通道被称为非门控离子通道,如产生静息电位的漏K+通道和漏Na+通道。
受细胞内外多种因素影响下开放和关闭的通道被称为门控离子通道,如产生动作电位的门控K+通道和门控Na+通道。
上述所有种类的通道蛋白介导Na+、K+穿越质膜的转运都是顺浓度梯度、无需消耗能量的被动运输。
二、静息状态下Na+和K+的运输
在静息状态下,神经细胞内钾离子浓度是细胞外的25倍左右,钠离子浓度则是细胞外比细胞内高15倍左右。此时,细胞膜上门控的Na+和K+通道始终处于关闭状态,没有一个Na+和K+通过门控的通道。
但非门控的Na+和K+通道(也称漏Na+通道、漏K+通道)始终处于开放状态。
在各自离子浓度梯度的作用下,Na+从细胞膜外通过漏Na+通道不断地被动渗入细胞内,K+则通过漏K+通道不断地被动渗出细胞膜。由于神经细胞膜上漏K+通道数量较多,而漏Na+通道数量极少,因此静息状态时细胞膜对K+的通透能力要比Na+要大50-70倍,这也是静息电位得以形成的重要因素。
三、兴奋状态下Na+和K+的运输(去极化、复极化和超极化)
处于静息(极化)状态的神经细胞,如果接受一个有效刺激(阈刺激),原本关闭的门控Na+通道将迅速打开,0.5ms内,细胞膜对Na+的通透性比静息状态时要增大500倍,超过了K+的600倍!导致Na+大量顺浓度梯度的被动内流,神经细胞被迅速地去极化,膜两侧的电位差急剧变小并逐渐减小到0mv。
此时细胞膜外侧的Na+受到的跨膜浓度梯度力仍然大于与之对抗的跨膜电位梯度的力,再加上门控Na+通道继续开放,所以Na+仍然会内流,膜电位继续反极化并达到峰电位也逐渐减小到0mv。
同样,由于K+的电位梯度仍然指向细胞外和门控K+通道持续开放的原因,细胞膜电位进一步复极化并恢复静息电位。
随着静息电位的恢复,门控K+通道关闭,可是其关闭的速度比较缓慢,有一个延迟效应,使K+在这个延迟期内仍然能渗出细胞膜。同时,通过渗漏K+通道,少量K+从细胞内仍然不断地被动漏出,再加上细胞内带负电荷的蛋白质无法运输出膜,因此稍微过量的K+外流便使细胞膜内的电位较静息状态时更负,形成一个超极化电位。
综上所述,无论是在静息状态还是在兴奋状态,神经细胞膜转运Na+和K+的方式既有依靠Na+-K+泵的主动转运,又有经由离子通道的被动转运。
因此,回答学生问题或在教学中需要讲清楚什么蛋白的运输,比如,不能说去极化过程中没K+外流,应该是K+没有通过通道蛋白外流。