术,因此他的学说长期未能得到证实。直到本世纪40~50年代, Hodgkin和 Huxley等开始利用枪乌贼的巨 大神经轴突和电生理学技术,进行了一系列有意义的实验,不仅对经典膜学说关于静息电位产生机制的假设 予以证实,而且对动作电位的产生作了新的解释和论证。通过这一时期的研究,对于可兴奋细胞静息电位和 动作电位的最一般原理已得到阐明,即细胞生物电现象的各种表现,主要是由于某些带电离子在细胞膜两侧 的不均衡分布,以及膜在不同情况下对这些离子的通透性发生改变所造成的。但是由于当时对细胞膜的分子 结构和膜中蛋白质的存在形式和功能还知之甚少,因此 Hodgkin等对生物电的理解只能是宏观的,对微细过 程只能用数学模型来说明。随着70年代以来蛋白质化学和分子生物学技术的迅速发展,蛋白质分子从膜结 构中克隆出来,并从它们的分子结构的特点来说明通道的功能特性:特别是70年代中期发展起来的膜片钳 ( patch clamp)技术,可以观察和记录单个离子通道的功能活动,使宏观的所谓膜对离子通透性或膜电导 的改变,得到了物质的、可测算的证明。 1.静息电位和K平衡电位 Bernstein最先提出,细胞内外钾离子的不均衡分布和安静状态下细胞膜主要 对K'有通透性,可能是使细胞能保持内负外正的极化状态的基础。已知所有正常生物细胞细胞内的K浓度 超过细胞外K很多,而细胞外Na浓度超过细胞内Na'浓度很多,这是Na泵活动的结果:在这种情况下,K 必然会有一个向膜外扩散的趋势,而Na'‘有一个向膜内扩散趋势。假定膜在安静状态下只对K有通透的可 能,那么只能有K移出膜外,这时又由于膜内带负电荷的蛋白质大分子不能随之移出细胞,于是随着K移 出,出现膜内变负而膜外变得较正的状态。K的这种外向扩散并不能无限制地进行,这是因为移到膜外的 K'所造成的外正内负的电场力,将对K的继续外移起阻碍作用,而且K移出的愈多,这种阻碍也会愈大。因 此设想,当促使K外移的膜两侧K浓度势能差同已移出K造成的阻碍K外移的电势能差相等,亦即膜两侧 的电化学(浓度)势代数和为零时,将不会再有K的跨膜净移动,而由已移出的K形成的膜内外电位差, 也稳定在某一不再增大的数值。这一稳定的电位差在类似的人工膜物理模型中称为K平衡电位。 Bernstein 用这一原理说明细胞跨膜静息电位的产生机制。不难理解,K平衡电位所能达到的数值,是由膜两侧原初存 在K浓度差的大小决定的,它的精确数值可根据物理化学上著名的 Nernst公式(1889)算出:术，因此他的学说长期未能得到证实。直到本世纪 40～50 年代，Hodgkin 和 Huxley 等开始利用枪乌贼的巨 大神经轴突和电生理学技术，进行了一系列有意义的实验，不仅对经典膜学说关于静息电位产生机制的假设 予以证实，而且对动作电位的产生作了新的解释和论证。通过这一时期的研究，对于可兴奋细胞静息电位和 动作电位的最一般原理已得到阐明，即细胞生物电现象的各种表现，主要是由于某些带电离子在细胞膜两侧 的不均衡分布，以及膜在不同情况下对这些离子的通透性发生改变所造成的。但是由于当时对细胞膜的分子 结构和膜中蛋白质的存在形式和功能还知之甚少，因此 Hodgkin 等对生物电的理解只能是宏观的，对微细过 程只能用数学模型来说明。随着 70 年代以来蛋白质化学和分子生物学技术的迅速发展，蛋白质分子从膜结 构中克隆出来，并从它们的分子结构的特点来说明通道的功能特性；特别是 70 年代中期发展起来的膜片钳 （patch clamp）技术，可以观察和记录单个离子通道的功能活动，使宏观的所谓膜对离子通透性或膜电导 的改变，得到了物质的、可测算的证明。 1.静息电位和 K +平衡电位 Bernstein 最先提出，细胞内外钾离子的不均衡分布和安静状态下细胞膜主要 对 K + 有通透性，可能是使细胞能保持内负外正的极化状态的基础。已知所有正常生物细胞细胞内的 K +浓度 超过细胞外 K +很多，而细胞外 Na+浓度超过细胞内 Na+浓度很多，这是 Na+泵活动的结果；在这种情况下，K + 必然会有一个向膜外扩散的趋势，而 Na+有一个向膜内扩散 趋势。假定膜在安静状态下只对 K +有通透的可 能，那么只能有 K +移出膜外，这时又由于膜内带负电荷的蛋白质大分子不能随之移出细胞，于是随着 K +移 出，出现膜内变负而膜外变得较正的状态。K +的这种外向扩散并不能无限制地进行，这是因为移到膜外的 K +所造成的外正内负的电场力，将对 K +的继续外移起阻碍作用，而且 K +移出的愈多，这种阻碍也会愈大。因 此设想，当促使 K +外移的膜两侧 K +浓度势能差同已移出 K +造成的阻碍 K +外移的电势能差相等，亦即膜两侧 的电-化学（浓度）势代数和为零时，将不会再有 K +的跨膜净移动，而由已移出的 K +形成的膜内外电位差， 也稳定在某一不再增大的数值。这一稳定的电位差在类似的人工膜物理模型中称为 K +平衡电位。Bernstein 用这一原理说明细胞跨膜静息电位的产生机制。不难理解，K +平衡电位所能达到的数值，是由膜两侧原初存 在 K +浓度差的大小决定的，它的精确数值可根据物理化学上著名的 Nernst 公式（1889）算出：