膜电位与电信号

离子在选择性渗透膜两侧的浓度差异产生电位，细胞利用此电位进行能量储存和快速信号传递。

Definition

膜电位是由于离子分布不均和选择性渗透性而在细胞膜上产生的电位；电信号是利用离子通道介导的膜电位快速变化来传递信息。

Scope

本主题涵盖离子梯度和选择性渗透如何建立静息膜电位，能斯特方程及相关关系如何描述平衡，以及电压门控离子通道如何在可兴奋细胞中产生动作电位等再生性电信号。

Core questions

• 离子梯度和选择性渗透如何产生静息电位？
• 能斯特方程如何描述离子平衡？
• 电压门控通道如何产生动作电位？
• 为什么电信号比化学扩散快得多？

Key theories

霍奇金-赫胥黎动作电位模型

钠和钾电导的电压依赖性变化，通过定量描述，解释了动作电位的上升和下降及其在可兴奋膜上的传播。

Mechanisms

离子泵建立浓度梯度，选择性泄漏通道（主要针对静息状态下的钾离子）允许离子接近其平衡电位，从而在细胞内部建立负的静息电位。在可兴奋细胞中，去极化刺激会打开电压门控钠通道，驱动快速内向电流并产生尖峰；这些通道随后失活，同时电压门控钾通道打开以使膜复极化，此循环作为动作电位传播。

Clinical relevance

膜电位是神经细胞和肌肉细胞功能以及梯度能量储存的核心，将细胞生物学与生理学和生物物理学联系起来。本文的论述是描述性的，不具指导性。

History

能斯特的平衡理论阐明了离子梯度如何产生电压；霍奇金和赫胥黎于1952年建立的鱿鱼轴突电流定量模型确立了对动作电位的现代理解，后来的通道记录证实了兴奋性的分子基础。

Key figures

• Alan Hodgkin
• Andrew Huxley
• Walther Nernst
• Bernard Katz

Seminal works

• hodgkin1952
• alberts2014

Frequently asked questions

什么是静息膜电位？

它是细胞未发出信号时跨细胞膜的稳定电压，通常内部为负，由离子梯度和膜对钾等离子的选择性渗透性产生。

什么触发动作电位？

足够的去极化会打开电压门控钠通道，产生膜电位的快速、自我增强的变化，然后沿细胞传播。