靜息狀態(tài)和去極化時期K⁺通道的開閉探討

在閱讀了《中學生物學》2010年第5期的文章“Na⁺通道、K⁺通道、Na⁺－K⁺泵的區(qū)別和應用”后，受益良多。并對其中某個部分的內(nèi)容及圖解，存在疑議，特提出探討。

圖中顯示，K⁺通道在靜息狀態(tài)和去極化期是關閉的，在再極化期才打開，實際情況是否真的如此呢?為此，查閱了陳閱增老師主編的《普通生物學》書中的有關內(nèi)容，書中關于靜息電位的維持和動作電位的產(chǎn)生機制是這樣介紹的。

《普通生物學》第227頁中：“早在20世紀初，人們就已發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細胞和細胞周圍體液之間存在著離子濃度的差異。周圍體液中Na⁺比神經(jīng)細胞中多，K⁺比神經(jīng)細胞中少。這種情況也存在于其他一切細胞。離子在細胞膜內(nèi)外的不平均分配是靠Na⁺－K⁺泵維持的(圖1)。Na⁺－K⁺泵的活動需要ATP供能，神經(jīng)纖維的Na⁺－K⁺泵每消耗1個ATP，可將3個Na⁺逆濃度梯度泵出細胞，而只將2個K⁺逆濃度梯度泵入細胞，這就使膜出現(xiàn)了Na⁺和K⁺2個相反的濃度梯度。膜對Na⁺、K⁺的透性不同，Na⁺很難通過，K⁺易于通過，因而泵出的Na⁺很難重新過膜進入神經(jīng)，而泵入的K⁺卻可以從膜漏出。這樣就使膜內(nèi)和膜外出現(xiàn)了電位的不同，膜外是正電性，膜內(nèi)是負電性。此外，細胞內(nèi)還有很多帶有負電的大分子，如某些蛋白質(zhì)和某些有機的磷酸化合物。這些分子體積大，不能穿過膜而留在細胞內(nèi)，這進一步加強了膜內(nèi)的負電性。

《普通生物學》第229頁中：神經(jīng)沖動的傳導過程是一個電化學的過程，是在神經(jīng)纖維上順序發(fā)生的電化學變化。神經(jīng)受到刺激時，細胞膜的透性發(fā)生急劇變化。用同位素標記的離子做實驗證明，神經(jīng)纖維在受到刺激(如電刺激)時，Na⁺的流入量比未受刺激時增加20倍，同時K⁺的流出量也增加了9倍，所以神經(jīng)沖動是伴隨著Na⁺的大量流入和K⁺的大量流出而發(fā)生的。閱讀和分析《普通生物學》中的相關介紹后，筆者認為靜息電位和去極化期K⁺通道也是開啟的，且在去極化期K⁺通道的開放程度發(fā)生進一步明顯增大。

附 原文的內(nèi)容及圖解

2 離子通道和Na⁺－K⁺泵在Na⁺、K⁺進出細胞中的應用

多細胞生物的細胞內(nèi)K⁺濃度大多高于細胞外液，Na⁺濃度大多低于細胞外液。所以如血漿中的紅細胞吸收K⁺或者排出Na⁺不是通過相應的離子通道進行的，而是借助Na⁺－K⁺泵中ATP的分解釋放的能量將其從低濃度向高濃度運輸。由于高濃度的離子具有較高的勢能，因此K⁺有向膜外擴散的趨勢，Na⁺有向膜內(nèi)擴散的趨勢，細胞膜在靜息時

K⁺通道打開，所以K⁺通過K⁺通道從高濃度向低濃度協(xié)助擴散運出細胞。當受到刺激時，相應部位的Na⁺通道打開。大量Na⁺借助Na⁺通道同樣協(xié)助擴散進入細胞內(nèi)，具體過程可分為圖2中的A、B、C、D四個階段。然后借助Na⁺－K⁺泵的主動運輸恢復最初的平衡狀態(tài)，維持正常時細胞內(nèi)的K⁺濃度總是超過細胞外K⁺濃度很多，細胞外Na⁺濃度總是超過細胞內(nèi)Na⁺濃度很多。