第四章细胞与细胞膜-2-2011-03-29解读.ppt

平衡时，对于K+和Cl-，两者的跨膜电位是相等的，因此其Nernst电位必然是相等的。 假定满足电中性，K+和Cl-的最终分布可由以下平衡条件决定： 把细胞内外某离子的电化学电位等于零时的膜电位，称为该离子的平衡电位。可通过能斯特方程计算，例如钾离子的平衡电位Ek可赋予下式：如图式中，[K+]e和[K+] i分别是钾离子在膜外、内的浓度（确切的说是移动度），F是法拉第常数，T是绝对温度，R是气体常数。哺乳类动物骨胳肌的静息电位是-90mV，离子的平衡电位钠是+66mV，钾是-97mV，氯是-90mV。因为在静息状态下，细胞膜主要对K+、Cl-通透，所以这时的平衡电位近于这些离子的平衡电位；同样，因为在兴奋时细胞膜对Na+容易通透，所以这时的动作电位近于钠离子的平衡电位。 　　当某离子在浓度梯度的驱动下发生跨膜扩散而引起的扩散电位恰能平衡或对抗其浓度梯度驱使扩散时，即到达电化学平衡时，此扩散该离子的平衡电位 在生物系统中，许多输运过程靠扩散通过膜进行。到目前为止，我们一直把膜看作是在细胞之间的无限薄的位垒。然而，膜有一有限的厚度。对于这种结构，运用上述的Nernst-Planck方程有困难；没有办法用实验的方法在膜内获得浓度Cp或Φ的梯度值。 但是由于膜相当的薄，所以有理由可以近似认为膜内的电位Φ是线性变化的。 Vm为跨膜电位，d为膜厚。 对于K+ 对上式从x=0到d积分 定义K+的通透系数PK JK=FjK 毛细血管壁与细胞膜不同，它间隔着血浆和细胞间液，它允许水分子、离子和低分子物质自由透过，而不允许蛋白质等高分子物质透过。因此，晶体渗透压对维持血浆与组织间液之间的水盐平衡不起作用。在正常情况下，血浆中的蛋白质浓度比组织间液高，可以使毛细血管从组织间液“吸取”水分（水从组织间液向毛细血管渗透），同时，又可以阻止血管内水分过分渗透到组织间液中，从而维持着血管内外水相对平衡，保持血容量。如果某种原因造成血浆蛋白质减少，血浆胶体渗透压降低，血浆中的水就会过多的通过毛细血管壁进入组织间液，造成血容量降低而组织间液增多，这是形成水肿的原因之一。 临床上对大面积烧伤或失血过多造成血容量降低的患者进行补液时，除补以生理盐水外，还需要输入血浆或右旋糖酐等代血浆，以恢复血浆的胶体渗透压和增加血容量。可见，胶体渗透压对维持毛细血管内外水的相对平衡起着重要作用。 各种细胞对水的通透性大小不同。若细胞内的渗透压力为πi，外环境的渗透压为πo，若πiπo，则水内渗使细胞体积膨胀，体积用V表示，时间以t表示，细胞体积的膨胀率 dV/dt与内外渗透压的差πiπo成正比，同时还和细胞膜的表面积A成正比，写成等式为 式中k为渗透系数，可用来衡量细胞对水的通透性的大小。它的意义是，细胞内外渗透压的差为l单位(大气压)时，通过单位膜面积(μm2)，在单位时间(分)内通透的水的体积(μm2)。 不同细胞的渗透系数k的大小不同。 例如变形虫为0.03，海胆卵为0.4，人红细胞为3.0, 在淡水中生活的细胞，k值低，对水的通透性小，可以减小因排水而需做的功。在比较稳定的环境中生活的细胞，k值高，对水的通透性大，因而对渗透压变化的反应较灵敏。体液渗透在不正常时，将出现病理状态。 许多非电解质能够透过细胞膜。例如，将红细胞放入乙二醇的高渗溶液中，起初，红细胞因失水而皱缩，但随着乙二醇透入细胞，胞内渗透压升高，水重新进入红细胞，细胞膨胀到一定程度就产生溶血。高渗葡萄糖溶液，也有类似现象，但产生溶血要缓慢得多，说明红细胞对乙二醇的通透性远大于对葡萄糖的通透性。 扩散是物质由高浓度区域向低浓度区域运动的自发过程。它倾向于消除该物质在两个区域的浓度差。扩散是熵增驱动的放能过程，物质分子达到更加无序发布的随意热运动状态。 式中，C是某物质的浓度，它是位置的函数。D是比例常数（Fick常数或扩散常数）。通量jd是单位时间流过单位截面的粒子（离子）数。 被动输运，沿浓度梯度的方向扩散 设细胞外溶质的浓度为C0，同种溶质在细胞内的浓度为Ci。又设这种溶质的脂水分配系数为k，其定义为： 式中Cm及Cw分别代表溶质在脂内和在水中的溶解度。 为化合物在脂相和水相间达到平衡时的浓度比值，通常是以化合物在有机相中的浓度为分子，在水相中的浓度为分母。脂水分配系数越大，越易溶于脂，反之则越易溶于水。易溶于脂的物质在机体内呈现亲脂性或疏水性，而易溶于水的现象成为亲水性。 当细胞外液及内液中溶质的浓度分别为Co及Ci时，在细胞膜的外表面内的溶质浓度为Cmo=kCo时，在细胞膜的内表面内的溶质浓度为Cmi=kCi。 设CoCi ，则CmoCmi ，跨膜的浓度梯度为（Cmo-Cmi） / L ，其中L代表膜的厚度。 _ jd代表单位时间内通过单位膜面积溶质迁