Lec 3 静息电位的离子基础

MIT 7.29J / 9.09J Cellular and Molecular Neurobiology · Lecture 3 · William Quinn & Troy Littleton

TL;DR

• 能斯特方程（Nernst equation）计算单一离子的电化学平衡电位，钾离子平衡电位接近静息膜电位。
• 高盛-霍奇金-卡茨（GHK）电压方程综合考虑钠、钾、氯离子浓度及相对通透性，精准决定复合膜电位。
• 静息状态下细胞膜对钾离子的静息漏通透性远高于钠离子，是维持约 -70 mV 极化电位的根本动力。
• Na+/K+-ATP 酶（钠钾泵）逆浓度梯度主动运输 3 个钠离子出胞与 2 个钾离子入胞，构筑生电性稳态。

1. 驱动问题

• 没有动作电位时，膜内外为何仍保持电压差？

2. 关键概念（最多 5 个）

概念	一句话定义
离子梯度	提供化学驱动力。
能斯特电位	单一离子扩散力与电场力平衡的电位。
选择性通透	各离子开放通道程度不同。
Na⁺/K⁺-ATPase	长期维持离子梯度。

3. 证据链

课堂例子一

• 设计/比较：讲义的 K⁺ 选择性膜算例：K⁺ 外流产生内负电场直至净驱动力为零。
• 讲义所述结果：K⁺ 外流逐渐形成反向电场，平衡时净流为零。
• 推论：离子梯度与选择性通透共同决定单离子平衡电位。
• 软肋：真实膜还通透其他离子，静息电位不一定等于 E_K。

课堂例子二

• 设计/比较：比较通道阻断和泵维持梯度的作用：瞬时电压随开放通道变化，长期梯度依赖主动转运。
• 讲义所述结果：讲义区分开放通道造成的即时离子流与泵维持梯度的长期作用。
• 推论：短时膜电位与长期浓度梯度要分开解释。
• 软肋：学生笔记没有提供泵阻断的完整时间曲线。

4. 理论之争

解释 A	解释 B	区分证据
泵直接决定瞬时膜电压	泵维持梯度而通道决定瞬时离子流	比较急性阻断和长期抑制。

5. 分析层次

• 分子与细胞：考察通道、膜电流或细胞反应；回路与行为：看这些机制怎样影响整体信号或表现。讲义主要提供课堂机制及例子。

6. 边界与失败案例

• 能斯特方程只给单一离子的平衡电位；静息电位通常不能直接等同 E_K

7. 联结

• 膜通道与信号传递 → 动作电位 I：阈值与电压钳。

8. 自测（合上笔记再答）

1. 能斯特电位平衡了哪两种力？
2. 泵与通道在不同时间尺度各做什么？

9. 残留疑问

• 不同细胞的静息漏通道贡献怎样测量？

10. 参考资料

• MIT OCW：第 3 讲扫描 PDF 资源页。
• MIT OCW：公开笔记目录。