生物电学和生物磁学

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1、生物电学和生物磁学第六章1生物电现象2生物磁现象1生物电现象体内电荷形式：离子、离子基团、电偶极子蛋白质——构成成分氨基酸在水中离解成离子基团或电偶极子DNA——碱基和磷酸酯存在离子基团和电偶极子生物水——电偶极子组织液——无机离子K+Na+Ca2+Cl-等1生物电现象一蛋白质的偶极矩组成蛋白质的20种氨基酸在结构上的差别取决于侧链基团R的不同。通常根据R基团的化学结构或性质将20种氨基酸进行分类。1、非极性氨基酸（疏水氨基酸）8种丙氨酸（Ala）缬氨酸（Val）亮氨酸（Leu）异亮氨酸（Ile）脯氨酸（Pro）苯丙氨酸（Phe）色氨酸（Trp）蛋氨酸（Met）2、极性氨

2、基酸（亲水氨基酸）12种：1）极性不带电荷（中性氨基酸）：7种甘氨酸（Gly）丝氨酸（Ser）苏氨酸（Thr）半胱氨酸（Cys）酪氨酸（Tyr）天冬酰胺（Asn）谷氨酰胺（Gln）2）极性带正电荷的氨基酸（碱性氨基酸）3种赖氨酸（Lys）精氨酸（Arg）组氨酸（His）3）极性带负电荷的氨基酸（酸性氨基酸）2种天冬氨酸（Asp）谷氨酸（Glu）氨基酸靠肽键联结聚合成多肽链原子中心不重合使肽键呈现极性在不考虑溶剂作用时，任意伸展的一条多肽链的总偶极矩可以看作是一串单肽链偶极矩的矢量和。用表示每一单肽的偶极矩，则多肽链的总偶极矩大小可用下式近似表示：式中n为单肽的数目。大分子溶剂分

3、子量（U）偶极矩（D）碳氧血红蛋白水67000480肌红蛋白水17000170胰岛素含80%水的丙二醇40000360胰岛素丙二醇40000300卵白蛋白水44000250血清白蛋白水70000380偶极矩的大小不但与组成中的极性基团有关，而且与其在不同溶剂中的具体空间构想及复杂的相互作用有关。二生物水特性水不仅提供细胞的生活环境，还在相当程度上决定着生物大分子的构象和功能，影响生命活动中物质输运、能量转换和信息传递过程。平均寿命10－11s三细胞电活动基础生物电现象是生物界一种极普通的生理现象。生物电动势是由“可兴奋细胞”的电化学活动产生的，与机体组织结构的不对称性、通透性、

4、离子浓度或功能的不同因素相关。可兴奋细胞（ExcitableCell）指受刺激后能产生动作电位的细胞。一般认为，神经细胞，腺细胞，肌细胞都属于可兴奋细胞。它们受刺激后首先发生的共同反应就是基于电压门控钠通道或电压门控钙通道激活而产生的动作电位。磷酸头（亲水性）甘油酯尾（疏水）磷脂分子细胞膜——脂双层1细胞静息电位细胞膜内外存在电位差，称为膜电位。蛋白质糖类脂类磷脂胆固醇细胞膜把细胞包裹起来，使细胞能够保持相对的稳定性,维持正常的生命活动。此外，细胞所必需的养分的吸收和代谢产物的排出都要通过细胞膜。所以，细胞膜的这种选择性的让某些分子进入或排出细胞的特性，叫做选择渗透性。这是细胞

5、膜最基本的一种功能。如果细胞丧失了这种功能，细胞就会死亡。细胞与周围环境之间的物质交换，是通过细胞膜的转运功能实现的，其主要转运方式有以下四种：1）单纯扩散：脂溶性物质由膜的高浓度侧向低浓度侧的扩散过程，称为单纯扩散。不耗能，不需要载体。如：水、尿素、二氧化碳等.2）协助扩散：非脂溶性物质在膜蛋白的帮助下，顺浓度差或电位差跨膜扩散的过程，称为协助扩散。不耗能，但是需要载体。协助扩散的三个特点：1、特异性2、饱和性3、竞争性抑制细胞与周围环境之间的物质交换，是通过细胞膜的转运功能实现的，其主要转运方式有以下四种：细胞与周围环境之间的物质交换，是通过细胞膜的转运功能实现的，其主要转

6、运方式有以下四种：3）主动运输：离子或小分子物质在膜上“泵”的作用下，被逆浓度差或逆电位差的跨膜转运过程，称为主动转运（主动运输）。主动运输需要消耗大量热量并且需要载体。有选择透过性。4）胞吞胞吐：是转运大分子或团块物质的有效方式。2）细胞的动作电位当刺激强度较小时，细胞膜内外的电位差会在短时间内减小，减小程度与刺激电极间距的大小成反比，细胞膜电位极性仍是外正内负。当刺激强度超过某一阈值时，可兴奋细胞的跨膜电位，在短时间内由外正内负变为外负内正，达到最大值后，在逐渐恢复到原来的状态。这种短暂的电位变化，称作动作电位。2细胞的动作电位动作电位一般分为四个时相：1去极化2反极化3复

7、极化4超极化动作电位传输示意图四细胞的电参量+膜上蛋白组分因功能特性、构象变化及在膜上的位置，造成膜两侧某种特定的导电伏态，表现出电阻性（Rm）。膜两侧的糖和蛋白质往往有许多带电的离子基团，并且与细胞内液和外液中的各种离子相互作用，形成一定厚度的电荷层。相当于一个电容器（Cm）。生物电阻抗测量技术是利用生物组织与器官的电特性（阻抗、导纳、介电常数等）及其变化提取与人体生理病理状况相关的生物医学信息的一种无损伤检测技术。它通常是借助置于体表的激励电极向被测对象施加微小的交变电流或电压信号同时通