细胞静息电位是指细胞在未受刺激时存在于细胞膜内外两侧的电位差,其形成机制主要与以下几个方面密切相关。
首先,细胞内外离子分布不均匀是静息电位形成的基础。细胞内液中钾离子浓度远高于细胞外液,而细胞外液中钠离子和氯离子浓度则远高于细胞内液。这种离子分布的不均衡是由细胞膜上的离子泵,如钠 - 钾泵的活动所维持的。钠 - 钾泵每消耗 1 分子 ATP,可将 3 个钠离子移出细胞外,同时将 2 个钾离子移入细胞内,从而形成并保持了细胞内外离子浓度的差异。
其次,细胞膜对不同离子的通透性不同。在静息状态下,细胞膜对钾离子的通透性较高,而对钠离子的通透性较低。这是因为细胞膜上存在非门控的钾离子通道,这些通道在静息时处于开放状态,使得钾离子能够顺着浓度梯度从细胞内流向细胞外。随着钾离子的外流,细胞内的正电荷逐渐减少,而细胞外的正电荷逐渐增多,从而形成了内负外正的电位差。
当这种电位差达到一定程度时,它所形成的电场力会阻止钾离子的进一步外流,此时钾离子的净移动为零,膜两侧的电位差就达到了一个稳定的数值,这个电位差就称为钾离子的平衡电位。实际上,静息电位的数值略小于钾离子的平衡电位,这是因为细胞膜在静息时对钠离子也有一定的通透性,少量的钠离子内流会部分抵消钾离子外流所形成的电位差。
此外,钠 - 钾泵的生电作用也对静息电位的形成有一定的贡献。由于钠 - 钾泵每转运一次会使细胞净移出一个正电荷,因此会产生一个微小的外向电流,进一步使膜内电位变负。
综上所述,细胞静息电位的形成是细胞内外离子分布不均匀以及细胞膜对不同离子通透性差异共同作用的结果,其中钾离子的外流是形成静息电位的主要因素。