山東省高密市第五中學(xué)     王萍

高中生物必修課本中有兩處提到Na離子和K離子，第一處是在細(xì)胞外液的滲透壓，在組成細(xì)胞外液的各種無機(jī)鹽離子中，含量上占有明顯優(yōu)勢的是Na離子和Cl離子，細(xì)胞外液滲透壓的90%以上來源于Na離子和Cl離子。第二處是在興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)，神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)K離子明顯高于膜外，而Na離子濃度比膜外低。靜息時，K離子外流。受刺激時，Na離子內(nèi)流。這兩個問題放在一起，學(xué)生就會有疑問：細(xì)胞如何維持胞外高Na胞內(nèi)高K？

    在處理這個問題時，我們可以為學(xué)生明確兩個問題：第一個，K離子進(jìn)細(xì)胞Na離子出細(xì)胞維持細(xì)胞外液滲透壓是有專門的通道——Na—K 泵。第二個，K離子出細(xì)胞Na離子進(jìn)細(xì)胞維持靜息電位和動作電位是另一個專門的通道——Na通道和K通道。

鈉鉀泵

   Na—K 泵幾乎存在于所有的細(xì)胞膜上，有Na、K 兩種離子的結(jié)合位點(diǎn)，又具 ATP 酶活性，因此 Na—K 泵又稱為 Na—K—ATP 酶。一般認(rèn)為 Na—K 泵首先在膜內(nèi)側(cè)與細(xì)胞內(nèi)的 Na 結(jié)合，ATP 酶活性被激活后，由 ATP 水解釋放的能量使“泵”本身構(gòu)象改變，將 Na 輸出細(xì)胞；與此同時， “泵”與細(xì)胞膜外側(cè)的 K 結(jié)合，發(fā)生去磷酸化后構(gòu)象再次改變，將 K 輸入細(xì)胞內(nèi)。研究表明，每消耗 1 個 ATP 分子，可使細(xì)胞內(nèi)減少 3 個 Na 并增加 2 個 K。

　 Na-K泵的作用是:向細(xì)胞外泵Na向細(xì)胞內(nèi)泵K，維持膜外高Na+膜內(nèi)高K+的環(huán)境。這就是細(xì)胞外液的滲透壓90%以上來源于Na離子和Cl離子的解釋。 

Na通道和K通道

神經(jīng)、肌肉細(xì)胞上存在Na通道和K通道，有實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)細(xì)胞外K濃度降低時，靜息電位增大；相反，膜外K濃度增高，則靜息電位減小。改變Na濃度不影響靜息電位值。即靜息電位主要決定于K平衡電位，或者說，膜內(nèi)K向膜外擴(kuò)散形成靜息電位的主要離子基礎(chǔ)。

通道一旦被激活，則膜對相應(yīng)離子的通透性增大。但膜對Na、K通透性增高在時間上是不一致的。Na通道蛋白質(zhì)幾乎立即被激活。據(jù)測定，在0.5毫秒內(nèi)，Na通透性即比靜息時增加了500倍，導(dǎo)致膜Na離子內(nèi)流，產(chǎn)生了動作電位。K通道蛋白質(zhì)的激活稍遲，通透性增加也較緩慢，它導(dǎo)致K外流逐漸增多，起了抵消Na內(nèi)流所引起的去極化的作用，有利于膜極化狀態(tài)的恢復(fù)。

在動作電位發(fā)生后的恢復(fù)期間，Na-K泵活動增強(qiáng)，而不是Na通道和K通道發(fā)揮作用，將內(nèi)流的Na排出細(xì)胞，同時將透出膜外的K重新移入膜內(nèi)，恢復(fù)了原先的離子濃度梯度，重建膜的靜息電位。

Na通道和K通道的作用是：Na通道使Na內(nèi)流，K通道使K外流。

通過分析，我們不難發(fā)現(xiàn)：維持細(xì)胞外液高Na低K環(huán)境是通過Na-K泵實(shí)現(xiàn)的。這在高中生物高考中不做要求，屬于大學(xué)知識范圍。神經(jīng)、肌肉細(xì)胞維持Na內(nèi)流和K外流是通過Na通道和K通道實(shí)現(xiàn)的。這在高中生物必修中是要求了解的。