第六章动物生理r
一、竞赛中涉及的问题r
根据国际生物学奥林匹克竞赛(IBO)纲要和全国中学生生物竞赛大纲(试行)要求,有关人体及动物生理的内容,主要包括消化、吸收、呼吸、循环、排泄、免疫、调节(神经和激素)和生殖。上述内容在中学生物学教学大纲中已有过一些简单的介绍,这里只就竞赛中经常要用到的一些知识作进一步的补充说明。r
(一)细胞的生物电现象生物电现象是指生物细胞膜在安静状态和活动时伴有的电现象。它与细胞兴奋的产生和传导有着密切的关系。现以神经细胞为例来讨论细胞的生物电现象。r
1.静息电位及产生原理r
(1)静息电位:细胞膜处于安静状态下,存在于膜内外两侧的电位差,称为静息电位。如图61所示,将两个电极置于安静状态下神经纤维表面任何两点时,示波器屏幕上的光点在等电位线作横向扫描,表示细胞膜表面不存在电位差。但如将两个电极中的一个微电极(直径不足1μm)的尖端刺入膜内,此时示波器屏幕上光点迅速从等电位下降到一定水平继续作横向扫描,显示膜内电位比膜外电位低,表示细胞膜的内外两侧存在着跨膜电位差。此电位差即是静息电位。一般将细胞膜外电位看作零,细胞膜内电位用负值表示。r
同类细胞的静息电位较恒定,如哺乳类动物神经细胞的静息电位为-70~-90mV。安静时,细胞膜两侧这种数值比较稳定的内负外正的状态,称为极化。极化与静息电位都是细胞处于静息状态的标志。以静息电位为准,若膜内电位向负值增大的方向变化,称为超极化;若膜内电位向负值减小的方向变化,称为去极化;细胞发生去极化后向原先的极化方向恢复,称为复极化。从生物电来看,细胞的兴奋和抑制都是以极化为基础,细胞去极化时表现为兴奋,超极化时则表现为抑制。r
主要离子r离子浓度(mmol/L)r膜内与膜外离子比例r膜对离子通透性rr膜内r膜外rrrNa+r
K+r
Cl-r
A-(蛋白质)r14r
155r
8r
60r142r
5r
110r
15r110r
311r
114r
4lr通透性很小r
通透性大r
通透性次之r
无通透性r(2)静息电位的产生原理:“离子流学说”认为,生物电产生的前提是细胞膜内外的离子分布和浓度不同,以及在不同生理状态下,细胞膜对各种离子的通透性有差异。据测定,在静息状态下细胞膜内外主要离子分布及膜对离子的通透性见右表。r
在静息状态下,由于膜内外K+存在浓度差和膜对K+有较大的通透性,因而一部分K+顺浓度差向膜外扩散,增加了膜外正电荷;虽然膜内带负电的蛋白质(A-)有随K+外流的倾向,但因膜对A-没有通透性,被阻隔在膜的内侧面。随着Kr