神经细胞“充电”的奥秘

神经细胞“充电”的奥秘

神经细胞上存在着生物电，这已经是无可争议的事实。但是你知道，神经细胞为什么会像“电池”一样充电，“充电”的奥秘到底在哪里？

要揭开活细胞产生静息电位的奥秘，其关键还在于细胞膜上。原来细胞膜是一种神奇的膜，由于它特殊的化学组成，使得它在细胞的生命活动中作用独特、特性神奇。

我们知道，任何细胞的外面都是由一层非常菲薄的细胞膜包围着。这层细胞膜的脾气特性非常古怪，它对不同物质的通透性不一样。细胞膜内部的液体是细胞内液，其中含有大量的多种化学物质，特别是含有许多的带有正电荷和负电荷的离子。细胞膜外侧的液体是细胞外液，其中也含有许多种带电荷的离子。

在细胞膜没有受到任何刺激的安静情况下，细胞膜对两侧水溶液中的钠离子、氯离子、钙离子等，是不允许它们随便通过的，只有当细胞膜受到刺激以后，才允许其中的某种离子通过它。在任何情况下，带有负电荷的有机蛋白大分子细胞膜都不允许它通过。

但是细胞膜惟独对钾离子特别宽容、网开一面，特别地允许它们畅通无阻地穿过细胞膜进出细胞。

当神经细胞没有受到任何的刺激时，细胞外液中含有较高浓度的钠离子、氯离子和钙离子。细胞外液的钠离子浓度要比细胞内液高出十几倍。尽管细胞外液中钠离子浓度很高，十分倾向于扩散进入到细胞内液，由于细胞膜不允许它们通过，所以钠离子也无可奈何，只好在细胞外液中“拥挤”着。但是，如果细胞膜受到刺激，细胞膜上的钠离子通道（细胞膜上一种分子内部带有小孔的蛋白质，专门允许钠离子通过）被打开，钠离子就会迅速地进入到细胞的内部。

细胞内液中“拥挤”着比较多的带负电荷的有机蛋白大分子，无奈它们也没有办法出来。我们都知道同性电荷相排斥、异性电荷相吸引的道理。细胞膜内侧带负电荷的有机蛋白大分子，当然要吸引细胞外液带正电的钠离子，但是，细胞膜阻挡着钠离子不对它们放行。于是，它只有吸引大量带正电的钾离子在细胞内液中与之做伴。这样，细胞内液中钾离子的浓度非常高，一般要比细胞外液高出30多倍。

细胞膜上还存在着一种微型的“离子泵”——钠钾泵。据科学家们估算，一个小型的神经元上就存在着大约100万个钠钾泵。这种离子泵是细胞膜上的一种特殊的蛋白质，它的作用是，当细胞内液中钠离子浓度高于正常水平时，或者是细胞外液的钾离子浓度高于正常水平时，细胞膜上的钠钾泵就开始消耗一种叫做三磷酸腺苷ATP的生物能量物质，自动转运起来。把细胞内侧多余的钠离子泵出细胞，把细胞外侧多余的钾离子摄入细胞内部；它每向细胞外泵出3个钠离子时，同时也要把细胞外液中的2个钾离子摄入到细胞内部。

钠钾泵就是这样一种有生物活性的微型离子泵，它可能是世界上最微小的泵了。前些年有的科学家从细胞膜上“拆下”这种离子泵，并把它装配到人工制造的细胞膜上，结果它们仍然具有转运离子的特性。由于细胞膜上钠钾泵在转运带电离子时，向细胞外泵出去的钠离子数量多，而向细胞内侧摄入的钾离子少，所以，细胞内侧带负电荷较多，细胞外侧带正电荷较多。这样就使细胞膜外侧带正电，细胞内侧带负电，从而就形成了外正内负的跨膜电位。

由此看来，钠钾泵实际上就是细胞产生生物电的“电池泵”，是细胞上的“发电泵”！

这样，由于细胞内液中含有大量的钾离子，它们感到十分拥挤，于是就会顺着自己的浓度差向细胞外液扩散。细胞每有一个钾离子扩散到细胞外液，细胞外液就多了一个正电荷，而细胞内液就多了一个负电荷（少了一个正电荷）。钾离子向细胞外液扩散的越多，细胞内外之间的电位差别就越大。当细胞外液中的正电荷排斥带正电荷的钾离子外出的力量，与钾离子向外扩散的浓度力量达到相同时，钾离子就停止了它向细胞外扩散的活动，这个时候细胞内外之间的电位差也就达到最大值，并且稳定下来。这就是科学家们测量到的细胞静息电位数值。

由此看来，细胞的静息电位实际上是细胞进行生命活动时蓄积能量“充电”的结果。难怪英文的细胞（cell）一词有“电池”的意思。所以，我们身体的每一个小细胞就很类似一个小电池。从这个意义上说，我们的整个身体就相当于由数以亿计的小电池组装起来的一个“大电池组”。

细胞在安静状态时蓄积能量“充电”。充电的目的当然是在细胞需要的时候“放电”使用。当细胞受到刺激以后，细胞在静息状态下蓄积起来的电能就要开始“放电”，从而闪烁出绚丽多彩的生命活动的电火花。