52、生物系统中的电荷传输：从霍奇金 - 赫胥黎模型到动作电位

生物系统中的电荷传输：从霍奇金 - 赫胥黎模型到动作电位

1. 霍奇金 - 赫胥黎神经元模型

霍奇金和赫胥黎对鱿鱼的巨大轴突进行了一系列开创性的测量，这些实验催生了一个解释神经元间通信物理原理的模型。该模型基于一个膜电路图：
- 最右侧的路径代表膜的电容。当膜电位差发生变化时，能量以细胞外阳离子层和细胞溶质侧阴离子层的形式存储在这里。
- 另外三条分支分别代表不同的离子流。最左侧是钾离子流，左数第二条是钠离子流，剩下的一条被称为泄漏电流，代表氯离子和其他所有离子流的总和。在每个离子电流路径中，都有一个电导和一个由电池符号表示的源。

对于钾离子和钠离子电流，其电导是可变的。允许这些电流流动的离子通道是电压门控通道，它们会根据膜电位差的变化而打开和关闭。每个类型的通道都有独特的门控特性。源代表了每个离子的扩散电位，生物膜上的主动转运体在膜两侧产生离子浓度差，导致静息细胞的膜电位差约为 -65 mV。离子通道对特定离子具有高度特异性，例如钾通道不会让钠离子通过，反之亦然。当特定的离子通道打开时，离子会在电位差产生的电驱动力和扩散驱动力的共同作用下通过通道。泄漏电流通常较小，在一阶分析中可以忽略，其电导和源的值是通过对大量实验数据进行经验匹配确定的。

2. 霍奇金 - 赫胥黎门控参数

霍奇金 - 赫胥黎模型中的门控参数用符号 (n)、(m) 和 (h) 表示，这些参数的值介于 0 和 1 之间。
- 钾通道电导 (g_K) 取决于参数 (n)，表达式为 (g_K = g_{K_n}^4)，其中 (g_{K}) 是最大钾电导。选择 (n) 的四次方依赖关系是为了最好地匹配实验数据，近期研究认为这可能与通道四级结构中蛋白质分子的四个氨基末