Sodium Potassium Pump
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0:00 - 0:03上个视频我们已经了解了神经元的大体结构
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0:03 - 0:06并讨论了神经元不同部分的不同结构
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0:06 - 0:09现在对神经元已经有了一个大体的了解
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0:09 - 0:12在树突接受刺激 这种刺激-
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0:12 - 0:15后面的视频会讲解这种刺激的具体含义
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0:15 - 0:19这种刺激脉冲或信息可以是相加的
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0:19 - 0:23如果在不同的树突上产生多个刺激
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0:23 - 0:26这些脉冲相加如果强度达到临界值
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0:26 - 0:29就会产生动作电位沿着轴突发送信号
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0:29 - 0:35或者将刺激传送到另一个神经元或肌肉
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0:35 - 0:40因为神经元轴突末梢可能与
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0:40 - 0:43另一个神经元的树突或肌肉细胞相连
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0:43 - 0:46这不重要 这个视频的重点是
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0:46 - 0:50一些基础性的知识 比如信号的具体含义是什么
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0:50 - 0:56神经元是怎样沿着轴突传递信息的
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0:56 - 1:00以及怎样将信号从树突传递到轴突？
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1:00 - 1:02在讲解这些之前 我需要讲解一些基本规则
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1:02 - 1:06或者是理解相关内容的基础知识
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1:06 - 1:11即神经元细胞膜周围的电势分布
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1:11 - 1:15实际上所有的细胞都有不同的电势分布
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1:15 - 1:17这也与我们要讨论的神经元
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1:17 - 1:21传递信息能力相关 让我们放大神经元细胞
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1:21 - 1:29我可以放大神经元的任何部位
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1:29 - 1:32比如没有髓鞘覆盖的细胞膜
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1:36 - 1:42假设这是神经元的细胞膜
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1:43 - 1:51这也是细胞膜 这是神经元或细胞的外部
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1:51 - 1:57这是神经元或细胞的内部
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1:57 - 2:01细胞膜周围有钠离子和钾离子悬浮
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2:01 - 2:03我用这样的圆圈来表示钠离子
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2:03 - 2:07这是钠离子 而且它们是带一个单位的正电荷
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2:07 - 2:11还有钾离子 我用三角形符号描述钾离子
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2:11 - 2:14这里是钾离子 钾元素的符号是K
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2:14 - 2:18它也是正电荷 我将它们分布开来
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2:18 - 2:21我们从细胞的内部和外部开始
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2:21 - 2:24因此我来画一些钾离子 画成三角形
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2:24 - 2:28带正电荷
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2:28 - 2:30细胞内有一些钾离子
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2:30 - 2:33细胞外也有一些
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2:33 - 2:38它们带正电 并且细胞内也有些钠离子
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2:38 - 2:44它们都是正电荷 一些钠离子在里面 一些在外面
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2:44 - 2:49现在看起来细胞膜外部
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2:49 - 2:51比细胞膜内部有更多的正电荷
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2:51 - 2:54这种潜在的差距将导致一系列变化
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2:54 - 2:57如果没有细胞膜 一些负离子将有逃离细胞
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2:57 - 3:00或者一些正离子将有进入细胞的趋势
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3:01 - 3:03细胞膜外面有更多的正电荷
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3:03 - 3:05后面会讨论原因
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3:10 - 3:14这不正是电势梯度吗？
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3:14 - 3:19这里正电荷比这里少并如果这里有一个正电荷
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3:19 - 3:21那么它会倾向于跑到正电荷少的这边
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3:21 - 3:23它会倾向于离开别的正电荷
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3:23 - 3:26就好像是被其他正电荷推开一样
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3:26 - 3:29如果这里有一个负电荷它会乐意去另一边
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3:29 - 3:32如果是正电荷它会更喜欢呆在这里
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3:32 - 3:34问题是这是如何发生的？
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3:34 - 3:37因为在细胞体内带电粒子会分散开来
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3:37 - 3:39这样就不能形成电势梯度
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3:39 - 3:42然而我们还要给这个系统
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3:42 - 3:47提供能量来形成外部正离子
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3:47 - 3:49比内部正离子数目多的状态
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3:49 - 3:53这个能量源就是钠-钾泵
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3:53 - 3:54我会画出来
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3:56 - 3:58这并不是蛋白质的实际形状
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3:58 - 4:01我将展示给你们蛋白质是怎样抽取物质
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4:01 - 4:05这是蛋白质的一边
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4:05 - 4:09它可能是这种结构 你会知道我为什么画成这样
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4:09 - 4:14然后是蛋白质或者酶的另一边
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4:14 - 4:15让我这样来画另一半
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4:15 - 4:18它看起来可能是这样 当然真正的蛋白质
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4:18 - 4:19并不是这种形状
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4:19 - 4:23我已经讲过蛋白质的真实结构
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4:23 - 4:26它们是非常复杂的簇状大分子
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4:26 - 4:28蛋白质的不同部位可以与不同物质结合
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4:28 - 4:31并且当蛋白质与别的物质结合它会改变形状
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4:31 - 4:34这里我只是简单画出它的结构 重点是
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4:34 - 4:39这是钠-钾泵的非激发状态
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4:39 - 4:42接下来会发生什么呢 既然蛋白质上
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4:42 - 4:45有这种钠离子可以结合的凹陷结构 这时
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4:45 - 4:52钠离子可以与蛋白质或酶捆绑在一起
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4:52 - 4:55如果只是进行了钠离子捆绑而没有提供能量
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4:55 - 4:56这将不会发生任何变化
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4:56 - 4:58它只会保持这种状态
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4:58 - 5:01真正的蛋白质可能看起来比这个更复杂
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5:01 - 5:05它可能是一团蛋白质结构的聚合体
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5:05 - 5:09在这里这里和这里捆绑了钠离子
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5:09 - 5:12钠离子也可能是在蛋白质内部
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5:12 - 5:16但是仅仅是钠离子与蛋白质的一边捆绑
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5:16 - 5:18将不会发生任何变化
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5:18 - 5:25除非ATP为它提供能量它才能抽取物质
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5:25 - 5:28我们在前面的视频讲解了细胞呼吸
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5:28 - 5:30并且知道ATP是细胞内的能量货币
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5:30 - 5:33这正是ATP的用处之一
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5:33 - 5:37ATP 也就是三磷酸腺苷
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5:37 - 5:41当然它可能位于酶的某些部位
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5:41 - 5:44现在我将它画在酶里的这个部位
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5:47 - 5:50这有一种ATP酶
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5:50 - 5:55ATP酶使一个磷酸基脱离ATP
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5:55 - 5:58这正是ATP酶的作用 将磷酸基与ATP分离
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5:58 - 6:02当ATP与一个磷酸基分离它会改变形状
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6:06 - 6:13第一步是要有钠离子 我们数一下它的数目
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6:13 - 6:17需要三个钠离子 这是实际的比例
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6:17 - 6:23细胞或神经元的内部需要三个钠离子
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6:23 - 6:30它们与细胞膜中间的蛋白质钠-钾泵捆绑
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6:30 - 6:34第二步我们需要ATP
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6:34 - 6:42ATP在蛋白质里分解成ADP和一个磷酸基
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6:42 - 6:43并且钠-钾泵会改变形状
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6:43 - 6:52钠-钾泵改变形状也需要能量
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6:55 - 6:57这是变化之前的钠-钾泵
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6:57 - 7:00变化后可能是这样
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7:00 - 7:04我在这里清出一些空间
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7:04 - 7:05在这画出变化后的钠-钾泵的结构
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7:07 - 7:13这是变化之前 ATP失去一个磷酸基后
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7:13 - 7:15钠-钾泵变成了这样
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7:15 - 7:19与前面的结构不同的是它的开口朝向了另一侧
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7:19 - 7:22看起来是这样子
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7:24 - 7:26当然它还是携带着磷酸基
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7:26 - 7:29也携带着正电荷
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7:31 - 7:34它的开口是朝向外部的 另一边是这样
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7:36 - 7:39这样磷酸基就被释放到了外面
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7:39 - 7:42钠离子被抽到了外面 注意这是需要能量的
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7:42 - 7:44因为这是逆着自然梯度的过程
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7:44 - 7:45它捆绑正离子
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7:45 - 7:49将钠离子运送到了正离子浓度更高的外部
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7:49 - 7:53同时也是将它们运送到了
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7:53 - 7:56已经有了更多的钠离子的外部
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7:56 - 7:58这是逆着电势梯度的过程
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7:58 - 8:00也是逆着钠离子梯度的过程
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8:00 - 8:03现在我们总结为第三步
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8:03 - 8:09钠离子被释放到了细胞外面
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8:09 - 8:12当钠-钾泵改变形状后就不再捆绑钠离子了
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8:12 - 8:14所以这变得与以前不同了
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8:14 - 8:17因为ATP的变化导致蛋白质
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8:17 - 8:20形状发生了变化不再捆绑钠离子
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8:20 - 8:31第三步就是三个钠离子被释放到了细胞外面
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8:31 - 8:33既然蛋白质不再捆绑钠离子了
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8:33 - 8:36这三个钠离子就会跑到细胞外面
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8:36 - 8:38这些带正电的离子会
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8:38 - 8:39尽可能在细胞外面分散开来
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8:39 - 8:42其实它们更倾向于到细胞的表面
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8:42 - 8:45因为细胞内部正离子浓度低
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8:45 - 8:48所以这些正离子 确切说是钾离子
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8:48 - 8:52与这边的蛋白质捆绑到一起
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8:52 - 8:55我想我们可以称这个为激活状态
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8:55 - 8:59现在我们看一下第四步
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9:01 - 9:07有两个钾离子与钠-钾泵捆绑
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9:07 - 9:12我们可以称它为激活的或改变的钠-钾泵
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9:12 - 9:15也可以说它是处于开放形式
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9:15 - 9:17所以钾离子被捆绑到了这里
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9:17 - 9:24同时也又改变了蛋白质形状回到这种结构
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9:24 - 9:27现在又回到了这种开口向内的结构
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9:27 - 9:31不再有钠离子但这里有两个钾离子
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9:31 - 9:33这种形状的情况下 这些断片
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9:34 - 9:35或许他们不是断片
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9:35 - 9:38他们是簇状大分子蛋白质
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9:38 - 9:43他们不会一直稳定地与这些离子捆绑在一起
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9:43 - 9:47于是这些钠离子被释放到了细胞内
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9:47 - 9:53所以第五步变形后的钠-钾泵
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9:53 - 9:57钠-钾泵恢复到了原来的形状
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10:05 - 10:07并且一旦变回原来的形状
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10:07 - 10:16这两个钠离子就被运送到了细胞内
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10:16 - 10:17下一个视频我们会了解为什么
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10:17 - 10:20这些细胞内部的钠离子也是有用的
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10:20 - 10:21你可能会问为何要不停的
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10:21 - 10:24运送离子来形成电势梯度
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10:24 - 10:27我们会知道这些钠离子也是非常有用的
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10:27 - 10:29那么现在的情况是怎么样呢？
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10:29 - 10:36细胞外面有更多的钠离子
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10:36 - 10:40而细胞内部有更多的钾离子 我曾说过
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10:40 - 10:43细胞内部正离子浓度低于细胞外部
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10:43 - 10:44但它们都是带正电的
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10:44 - 10:46我不关注钠离子多还是钾离子多
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10:46 - 10:50但如果你注意到我提到的比例
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10:50 - 10:54每次使用ATP来运送三个钠离子
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10:54 - 10:59同时运送两个钾离子
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10:59 - 11:02我们运送三个钠离子和两个钾离子
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11:02 - 11:05每一个离子都是带1个正电荷 但每一次运送
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11:05 - 11:09我们会在外面净得到1个正电荷
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11:09 - 11:11外面3个正电荷里面2个正电荷
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11:11 - 11:14外面净得到1个正电荷
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11:14 - 11:16于是外面会有更多的正电荷
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11:16 - 11:19尤其是相对于内部
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11:19 - 11:22正是这造成了电势梯度
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11:22 - 11:24如果你有一个电压计
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11:24 - 11:26来测量一下电势差
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11:26 - 11:32用电压计测量这点和这点的电势差
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11:32 - 11:34特别是这一点和这一点的电势差
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11:34 - 11:37如果将两点的电压相减
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11:37 - 11:40你会得到负70毫伏
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11:43 - 11:46这正是细胞在正常状态下
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11:46 - 11:49由于电势梯度在细胞膜
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11:49 - 11:51两边形成的电势差
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11:51 - 11:55所以这个视频是一个基础知识的讲解
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11:55 - 11:58即细胞是怎样利用ATP产生的能量
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11:58 - 12:02保持细胞膜内外的电势梯度
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12:02 - 12:06也就是细胞膜外部比内部有更多的正电荷
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12:06 - 12:08实际上是一个负的电势梯度
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12:08 - 12:11如果我们比较内部和外部的情况
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12:11 - 12:14正电荷会倾向于进入细胞内部
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12:14 - 12:16同时负离子会倾向于到细胞外部
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12:16 - 12:19现在还有最后一个问题
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12:19 - 12:24你可能会说如果要使外部有更多的正离子
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12:24 - 12:26来使细胞内外形成负的电势差
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12:26 - 12:29那么为什么不让电势差更大一点
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12:29 - 12:33而恰恰是负的70毫伏呢？ 要回答这个问题
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12:33 - 12:36这将结合以后的视频中的许多细节来讲述
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12:36 - 12:38同时这里有一些通道
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12:38 - 12:44这些实际上是开口位置的
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12:44 - 12:47能让钠离子通过的蛋白质结构
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12:47 - 12:49同时这些开口位置也有
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12:49 - 12:51允许钾离子通过的通道
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12:51 - 12:53我在它的附近画出
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12:53 - 12:54后面的视频我们会关注
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12:54 - 12:57这些通道打开会发生什么变化 但在这附近
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12:57 - 12:59它们仍然是有漏洞的
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13:03 - 13:07如果这里的钾离子浓度太高
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13:07 - 13:13太高的意思是开始达到负70毫伏
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13:13 - 13:16的临界电势差 或者外面的钠离子浓度太高
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13:16 - 13:18一些钠离子会漏进来
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13:18 - 13:21当电势梯度确实太高
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13:21 - 13:22或正离子浓度差确实太大时
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13:22 - 13:24一些正离子会通过通道
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13:24 - 13:28这样来保证电势差为负70毫伏 如果太低
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13:28 - 13:31一些钾离子可能通过通道泄露出去
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13:31 - 13:34所以尽管通道是关闭的 当电势差太大
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13:34 - 13:38比如达到负80或负90毫伏是
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13:38 - 13:40这将会是一个很大的刺激
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13:40 - 13:43使一些正离子通过各自的通道
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13:43 - 13:47这样来保持稳定的电势差
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13:47 - 13:47下个视频
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13:47 - 13:49我们将探讨当神经元
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13:49 - 13:52接收到刺激后会发生怎样的变化
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