当前课程知识点：现代生物学导论 > 第十二讲 神经系统 > 12.2 静息电位和动作电位 > 12.2 静息电位和动作电位
我们前面说到神经元可以传递信息
一种信息是从神经元的树突传递到神经元的末端，即轴突末端
那么在神经元内部是如何完成信息的传递呢
从这张神经元的图中我们知道神经元有很多树突
所以每时每刻树突都会接受到不同的多种信号
那么大家可以看这个图,那么这种信号它是不断地输入
我们这里用不同的颜色来代表不同的信号
比如这种树突同时接受了红色信号和蓝色信号
但是真正传递到轴突并一路传递到轴突末端的只有红色信号
这表明神经元在传递信号的时候每次只能传递一种
那么在传递这一种信号时
是如何克服其他信号（也就是噪音）这种干扰而进行
是一个非常重要的问题
大家需要注意的是神经元内部传递的是电信号
电信号的特点就是非常的快
那么神经元在传递信号时需要迅速克服噪音
而在不传递信号时是保持绝缘，即不传递任何电信号
所以神经元传递信号要么是全部打开
要么是全部关闭，没有半开半闭的中间状态
那么如何确保神经元在传递信号之前是关闭的，即绝缘的呢
从生物学角度来讲，神经元这种细胞保持的绝缘状态
我们叫做静息电位，大致是-70mV
对于神经元来说，细胞内外是有电荷差异的
神经元外面的正电荷比较多，神经元里面的正电荷比较少
也就是说，神经元外面相对带正电，里面相对带负电
因为正负电荷倾向于向对方移动
那么神经元的细胞膜就起到一个能量来源的功能
就像一个电池一样把正负极分开
这种跨膜的电荷差异我们也叫做极化
保持静息电位的状态是通过把大多数正离子保持在神经元的外部
而神经元的内部大多数为负离子
那么是如何把大多数正离子保持在神经元的外部呢
主要是通过钠钾离子泵来实现的
比如像这个动画，离子泵它每次是泵出3个钠离子，泵入两个钾离子
钠钾离子泵可以将细胞外相对细胞内浓度较低的钾离子送进细胞
并将细胞内相对细胞外较低浓度的钠离子送出细胞
当然，维持细胞的静息电位的除了钠钾离子泵以外，还有离子通道
离子通道是一系列镶嵌在细胞膜上的蛋白
这些离子通道有的是可以使离子在任何时候都可以通过
叫做渗漏通道
有的是电压闸门离子通道
即当膜电位发生变化时，通道蛋白打开，离子可以通过
还有一类是配体闸门离子通道
即当接受到化学信号的刺激以后，通道蛋白被打开
允许钠、钾、钙等离子的通过
那么神经元是如何从静息电位达到动作电位的呢
首先我们要注意的是
神经元细胞的细胞膜上都分布着这些离子通道
当树突接受到信号以后，附近的离子通道打开
造成大量的钠离子进入
大量钠离子进入以后会导致电位增加
大家可以看到这个电位的变化
大家可以看到电位上升
这些通道蛋白不仅仅导致钠离子的进入
还会被细胞内电压的变化所激活
所以下一个，就是旁边的钠离子通道也会打开
所以树突的离子通道打开以后
会逐步打开细胞体附近的离子通道，然后会打开轴丘附近的离子通道
轴丘是一个决定是否把信号传递下去的的关键部位
只有当足够量的正离子积累到一定的阈值的时候，信号才会被传递下去
那么这个阈值一般为-55mV
一旦达到这个阈值，而且不论超过了多少
就能引起一系列离子通道的开放和关闭，而形成离子的流动
改变跨膜电位，那么这就是全有或者全无定律
这个跨膜电位的改变引起了临近位置上细胞膜电位的改变
会导致更多的钠离子通道被打开，会造成电势的持续上升
随着钠离子通道的打开，使得电信号被传递下去
所以钠离子通道是一个接着一个被打开
会有钠离子不断的流入，就像多米诺骨牌一样
这时候，细胞内的正电荷增多，细胞外的正电荷减少
导致钠离子通道关闭，钠离子不再进入
而这时候钾离子通道被打开，把钾离子释放出去
那么导致细胞外的正电荷增多，而细胞内的正电荷减少
使内外正电荷数保持一致
为了重新建立这个梯度，我们必须要借助钠钾离子泵
重新回到原来的电压，也就是回复到静息电位
下面我们对照图表来看
处于静息电位时是-70mV，随着钠离子通道不断被打开
大量的正电荷进入，被去极化，所以电位上升
当达到阈值的时候，就会产生动作电位
我们前面说到神经元的树突它可以接受很多信号
很多时候这些信号都会改变电位，但是由于没有达到阈值
所以不会产生动作电位
大量钠离子的进入导致电位上升
然后，钾离子通道打开，钾离子释放出去，导致电位下降
需要注意的是，信号的传递是一系列动作电位组成的
我们可以举一个例子，如果我这样弹这个手指
大脑中接受到的动作电位信号是这样的
如果我这样轻轻弹这个手指
那么大脑中接受到的感觉的动作电位信号就是这个样子的
那么假如我是用刀子切断手指的一截
那么大脑中接受到的动作电位信号就是这样的
所以你的大脑中接受到的是这些动作电位
-1.1 生物学的基本主题
-1.2 科学方法
--1.2 科学方法
-1.3 如何正确地评价科学结果
-1.4 施一公老师和不同院系本科生座谈（上）
-1.5 施一公老师和不同院系本科生座谈（下）
-课前小短片
--课前短片
-2.1 元素和化学键
-2.2 水和生命
--2.2 水和生命
-2.3 碳和生命的分子多样性
-2.4 大生物分子
-2.5 营养以及身体健康
-第二讲小测验--作业
-课前小短片
--课前小短片
-3.1 细胞的结构和功能
-3.2 细胞膜和跨膜运输
-3.3 细胞间交流
-3.4 细胞分裂和细胞周期
-3.5 癌症与细胞分裂
-第三讲小测验--作业
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-4.1 热动力学和代谢
-4.2 自由能和代谢
-4.3 ATP的工作原理
-4.4 活化能和酶
-4.5 酶的反应特性和酶的调控
-4.6 细胞呼吸
--4.6 细胞呼吸
-4.7 光合作用
--4.7 光合作用
-第四讲小测验--作业
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-5.1 减数分裂和生命周期
-5.2 孟德尔遗传学
-5.3 孟德尔遗传学的延伸
-5.4 基因连锁和染色体互换
-5.5 伴性遗传
--5.5 伴性遗传
-5.6 非孟德尔遗传
-5.7 人类遗传学疾病及诊断
-第五讲小测验--作业
-课前小短片
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-6.1 DNA是遗传物质
-6.2 DNA结构和染色体结构
-6.3 DNA的复制
-6.4 DNA的突变、损伤和修复
-6.5 DNA重组
-第六讲 遗传的分子基础--第六讲小测验
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--课前小短片
-7.1 基因表达综述
-7.2 基因表达的具体步骤
-7.3 突变和表型
-7.4 基因表达调控的特点
-7.5 原核生物的基因表达调控
-7.6 真核生物的基因表达调控
-7.7 表观遗传
--7.7 表观遗传
-第七节小测验--作业
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--课前小短片
-8.1 重组DNA
-8.2 电泳技术、PCR和DNA测序
-8.3 转基因动物、克隆动物和干细胞研究
-8.4 转基因植物
-8.5 DNA技术的应用
-8.6 生物的信息时代
-8.7 新药研发的基本过程
-第八章小测验--作业
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-9.1 演化理论的介绍
-9.2 演化的证据
-9.3 Hardy-Weinberg定律
-9.4 改变种群中等位基因频率的机制
-9.5 自然选择
--9.5 自然选择
-9.6 物种的形成
-9.7 地球上生命的历史
-第九章小测验--作业
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-10.1 动物的结构与功能
-10.2 反馈调节
-10.3 植物的结构和生长
-10.4 植物的营养和运输
-第十讲小测验--作业
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-11.1 病原体
--11.1 病原体
-11.2 免疫系统介绍
-11.3 先天性免疫
-11.4 适应性免疫中的受体识别
-11.5 体液免疫和细胞免疫
-11.6 免疫系统疾病
-11.7 免疫知识的应用
-第十一讲 免疫系统--第十一讲小测验
-12.1 神经元的结构和功能
-12.2 静息电位和动作电位
-12.3 突触传导和神经递质
-12.4 神经系统的组成
-12.5 脑的结构和功能
-12.6 神经系统疾病
-第十二章小测验--作业
-13.1 激素的介绍
-13.2 内分泌系统
-13.3 动物的生殖---配子的形成
-13.4 动物的生殖---激素调节动物生殖
-13.5 动物的生殖---胚胎在子宫中的发育
-13.6 动物发育(1)
-13.7 动物发育(2)
-13.8 动物发育(3)
-第十三讲小测验--作业
-14.1 生态学的基本内容
-14.2 种群生态学
-14.3 种群间的相互作用
-14.4 生态系统
-14.5 生态系统中的物质循环
-14.6 生物多样性和物种
