第四十九章 南川师姐的电生理课程

作者:猫咪控 更新时间:2019/4/8 21:36:57 字数:3042

和工部他们合作让我和龙上把知识的重点再一次回顾到细胞基本功能的部分,尤其是细胞的电生理。要知道,细胞的兴奋性由动作电位产生,而动作电位产生的机制,就是在静息电位的基础上给予细胞膜外一个达到阈电位的刺激,从而让细胞膜经历去极化和复极化的过程。

外行人听起来的话感觉我像是在阐述物理学,但细胞的电生理光靠物理电学是无法完全表达清楚的,因为这里面涉及到细胞膜内外离子的浓度差、细胞膜内外电场力的形成以及其两者间的相互联系。

为此,我和龙上找了一个阳光明媚的下午,召集了参加这次文化祭课题展示的所有工学部学科人员来进行一次细胞电生理知识的讲授。只是在召集人员的时候,有一个贵宾也加入了我们的行列,那就是南川百花的姐姐,我的同门师姐南川千遇。

“讲电生理居然不叫我,你们是正当自己可以替代得了二年级的位置了?”关键我们这是一年级的事啊,你一个二年级的人来掺和什么?

“但你不是二年级的吗?难道你不用策划二年级的课题?”

“二年级的代表又不是我,他们策划的时候也没叫我干嘛,所以我就有空了,”南川千遇神气地说道,“行了,电生理这块的解说由我来,没你们两个什么事了……来来我们上课了啊,都做好!”喂喂,你还真把你当老大看了?

细胞膜上的电生理问题不是说看两天生理书或者文献就能搞得明白,很多教授为了弄明白细胞电生理的绝对真理那是真的废寝忘食清心寡欲,一天24小时中20个小时都在实验室待着,用各种标本来阐述明白细胞兴奋性的本质,就像现在南川拿出了一只乌贼,然后……

喂喂喂等会,你这乌贼哪来的?你为什么还要现场解剖这乌贼?这个实验不是生理学上说的证明静息电位存在的那个吗?

然后她还真的把乌贼的这根神经纤维找出来,以前我只是在生理书上学到这根纤维有1mm粗,现在还真的能体会得到了。

“把这根神经放在生理盐水当中,连接电极,将连接神经外的盐水接入地线,然后将另一个电极插入神经纤维中,用电表测量插入神经纤维的电压——大家可以发现,这个电极的电压为-90mv,这就证明细胞内外存在电流。”

虽然这个实验我在琪兰大学的时候就已经非常熟悉其流程了,但没想到今天被南川还原出来的时候,我还是觉得很新奇,一直以为做前人的实验没什么意思,现在看来倒是很有必要用实践来复习一下自己的知识了。

这个实验是用来证明细胞膜内外存在电流,同时也证明了细胞膜内外电位为外正内负,还有一个实验是用来证明细胞内外电流走向的本质是什么,不过在这里可就做不了了,可能要去研究院才行。

“静息电位的本质,就是细胞中钾离子的平衡电位,在这里我们就要阐述一下关于平衡电位的来源——细胞膜是磷脂双分支结构,膜外膜内是亲水基团,膜中间是疏水基团,溶于水的离子想要穿过整个细胞膜,必须借助细胞膜上的一样东西,那就是离子通道。”

“在场的也有化学工部的同学,那你们应该明白,一样东西想要穿过某种结构,必须满足两个条件——驱动力和通透性。打个比方,我想穿过这堵墙,是不是首先我得有力气,我得有想要穿过去的这个意愿才行是不是?这就是驱动力;然后,这堵墙如果没有个门,我是不可能穿的过去的对不对?这就是通透性。”

这个解释精辟而且接地气啊,我们大学中的老师都直接对着书跟我们说因为细胞膜中有钾离子通道,而且细胞膜内钾离子浓度高,细胞膜外钾离子浓度低,所以根据渗透压的定律,细胞内的钾离子对于细胞外有一个浓度差的驱动力。这样讲授也不是不对,只是会很无聊而已……

“好了,回到我们的平衡电位上,钾离子细胞内的浓度比细胞外的要高三十几倍,根据刚才我说过的驱动力问题,钾离子对于细胞外有一个浓度差的驱动力,就相当于我有力气穿过这道门了;而细胞膜上对钾离子也有通道可以让钾离子顺利走到细胞外,就相当于这堵墙也有门,我能随意打开出去。”

这时候有工部的同学站了起来,说道:“师姐,既然对于钾离子来说离开细胞膜既有浓度差的驱动力,又有通道赋予的通透性,为什么还要讨论平衡呢?”

南川师姐听到这个问题之后点了点头,然后说道:“你这问题问的很到位,接下来就是我想要说的平衡电位的关键——同学们,要知道细胞外除了钾离子一种带正电荷的离子之外,还有另一种带正电荷的离子,那就是钠离子,而钠离子细胞外的浓度是细胞内的十几倍,也就是说细胞外钠离子占据绝大多数的正电荷,这个大家都能理解吧?”

我们都点了点头——我肯定是理解的,这套思路是学习电生理的核心,以前学习生理学的时候我反复专研了好多遍,最后猜得出来这套理解方法,正当我得意的跑去告诉妮子姐的时候,妮子姐笑了笑对我说了句“你终于入门了”。

难怪妮子姐愿意收南川师姐为徒弟啊……

“在物理学上,电荷之间同性相斥异性相吸,这个小学生都知道不是吗?所以,细胞膜外有这么多的正电荷,那同样是带正电荷的钾离子要出去,会不会因为钠离子的存在而受到阻力呢?刚才的实验我们也看到了,细胞膜内外电流分布——外正内负,所以带正电荷的钾离子想要外出,就要克服细胞外正电荷带来的阻力才行。”

“在一开始的时候,细胞膜内外钾离子浓度差所产生的驱动力占优势,而随着钾离子越来越流向膜外,细胞膜外正电荷数量居多,到最后终于细胞膜外的正电荷所形成的的电场力与细胞膜钾离子浓度差的驱动力相互抵消,钾离子不再外流了,这个时候我们测得的细胞膜内的电压为-90mv,所以得出结论——细胞膜的静息电位,就是钾离子的平衡电位,大约在-90mv左右。”

精彩,我不禁站了起来鼓掌,总算有人在生理学上的理解能力跟我是不遑多让的了,妮子姐没收错这个徒弟,静息电位讲的太好了。

之后,南川师姐也向大家介绍了动作电位,其实静息电位理解透彻了,动作电位也就好理解很多,无非就是细胞膜外收到一个达到阈电位的刺激之后,钠离子通道开放流入细胞内的去极化过程,再到钾离子外流到细胞外的复极化过程。

动作电位的三大特征是“全或无”,不衰减传导以及脉冲式传导。其中,最重要的就是“全或无”的特性,就是一旦刺激到达阈电位,动作电位的幅度就会瞬间达到最大值;而如果没有达到阈电位,那么动作电位就不会产生。

结合南川师姐的授课课程,工部的学生们就开始讨论试着模拟出人体细胞膜的这种传到方式来让人工智能的反应速度更上一层楼。难不成他们要在机器人上加入这些各类式的液体?这样会不会有点不太好啊……

“其实我们是不是该提醒他们,人体除了静息电位和动作电位之外,还有一种叫局部电位的东西,这玩意才是主宰肌细胞收缩,”龙上看着这帮工学部的同学们已经开始在设计图纸了,“算了吧,估计他们也没想到其实还有一些电位是通过神经末梢施放胆碱产生刺激才有的动作电位……”

中午的时候我、龙上以及南川姐妹一起去了饭堂吃饭,南川百花笑着帮我们点菜,还说这些都是工部食堂里最好吃的几样菜式。算了吧,有空让你试试我的手艺,问问你姐最清楚。

“我们两是不是不用出现都可以了?”龙上笑着说道,“南川师姐不愧是前辈,对电生理有着如此深刻的理解,身为一年级的我们佩服!”

“我只是讲述人体细胞的电生理而已,至于怎么设置课题那是你们的工作了,”南川千遇吃了一块寿司说道,“我倒想看看,同样身为杨曼妮老师学徒的蒲佟仞,会给我带来怎样不同的乐趣呢?”

工部那帮家伙说要做人工智能的时候其实我倒是挺感兴趣的,就相当于用自己现有的知识去造个人出来,听起来有点像以前我看的一个叫《钢炼》的番的剧情走向。只不过这个课题最好让我们来主导,毕竟他们要出的是接近于人的人工智能。

“怎么?看你样子有点想要抢课题的感觉?我先声明这个课题工作量很大,难度也很大,要想把医学和理工学完美的融合在一起,就这些人么几个通宵在哪……”哇龙上你不要上来就给我泼冷水嘛,万一我们做得出来了呢,这可是功德圆满的一件事啊!


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