超极化过程出现的原因
作者:1048791212@qq.com       2010/9/20
    在兴奋的过程中,在复极化中,分解一个ATP会转送3个钠离子,两个钾离子。即运出膜外3个钠离子,运进膜内2个钾离子,那么根据这个趋势来看,似乎应该膜内外电位差一直下降,但从其超极化点位变化图来看并不是这样的,是什么原因?

    要解决这个问题,我们首先要明确几点:1钠离子和钾离子的运输方向是不同的,2钠离子和钾离子的运输速度是不同的,即每分解1个ATP可转送3个钠离子和2个钾离子,3超极化的过程是与整个膜电位的变化过程联系在一起的,4在其去极化的过程中未达到阈值是不显电性作用,5当达到阈值后完成一次信号转化,转变为电能,其膜电位在后阶段要恢复原来平衡的静息点位。

    那么,我们姑且将该过程分为两个阶段来看:其中第一阶段为去极化过程Ⅰ,第二阶段为复极化过程Ⅱ。那么,在Ⅰ过程中其电位差呈现一个上升状态,当达到最大值后第Ⅱ过程便开始,从此时ATP便开始分解供能转运离子。

    由于开始时膜内外的电位差很大,作为一个信息对ATP的分解供能有一个促进作用,所以,在开始时ATP分解供能速率大,则钠、钾离子的转运速度均较大。在这里,设单位时间内转运的离子个数为离子转运速度,则可知V钠大于V钾,而随着钠钾离子的运输其膜内外的电位差逐渐减小,所以ATP的分解供能速度会逐渐减小,即V钠和V钾在二阶段中有相同的减小趋势。

    那么在此,我们可以联想到分子之间的相互作用力与分子间的距离关系的图像

    F引

    F合

    F斥

    从上面的图像,我们不难想到,对于膜电位的变化也有类似的图像特征。那么,在这里,我们假设钠离子外流为正方向,钾离子内流为负方向,则可类似的得出下图:

    V

    钠外流

    两者相对差值

    a

    电位差值

    钾内流

    图中的正负仅代表内流与外流及流动的方向,并不代表大小,沿横轴方向为膜内外电势差逐渐减小,则两者的差值对应的电荷数即为膜内外的电位差。所以,它具有如图所示的趋势。

    由膜电位变化的Ι、Ⅱ阶段来看,就不难得出如图所示的趋势。其中图中的a点即为超级化前的一次达到静息点位的情况。

    所以,由于V钠〉V钾始终成立,并且两者随着膜内外电位差值的减少使ATP水解供能的速度减慢进而使得钠钾离子的转运速度都减慢。但,由于分解一分子ATP可转运3个钠离子、2个钾离子,那么随着ATP分解速度的减慢两者的转运速度也会减慢,由于钠离子减慢的速度要大于钾离子减慢的速度,所以,总是钠离子的转运速度减小大于加离子转运速度。那么,在该过程中必定又一个时刻使得V钠=V钾,即达到第一次转运,即电位差值中的静息电位,然后随着其趋势的逐渐变化必定又一个时候使得V钠-V钾达到一个极小值,也是该过程中的一个最大值。此后,V钠-V钾便开始上升,最终由于膜内外的电位差基本保持稳定,此时,该信息刺激ATP分解的作用也就消失了,即不再进行钠钾离子的转而只进行正常情况下的钠钾离子运输此种情况下不需要能量。此时,恢复到一种常态,即重新恢复到了静息电位,再等待下一次刺激即兴奋的到来再重复出现该种情况。

    总结:①ATP分解供能的速度是以膜内外的电位差值作为调控信息的。

    ②每分解1分子ATP向膜内转运2个钾离子同时向膜外转运3个钠离子,即不论ATP分解速度如何V钠>V钾,那么在减小时V钠的减小值也总是大于V钾的减小值。

    ③由于一开始有V钠>V钾,且V钠的减小量大于V钾的减小量,所以,在复极化过程中,会在某一时刻有V钠=V钾,即在此时刻出现一次假静息电位,在以后随着减小会有一个最小值点出现,然后由其走势可知过了极值点会有一段回升过程。

    ④最终会回到原来的静息电位。

    ⑤该过程中,究其原因并不是由于某些生物原因而使其出现了超极化现象而是由于钠钾离子的初转运速度减小幅度的不同引起的。

    作者:于旭光

    时间:2010年8月12日