奇妙的生物电

如果有人对你说，你全身上下充满了电；花园里美丽的玫瑰、玻璃缸中悠游的金鱼、书架旁婀娜多姿的吊兰，也都带有电，你不会感到惊讶吧？

事实上，自然界里所有生物都或强或弱地呈现出电现象。大至鲸、巨杉， 小到细菌、病毒，甚至组成生物的蛋白质、核酸等生命大分子，无不闪烁着生物电的“火花”。

拿人来说，肌肉收缩、神经传导、腺体分泌、心跳、呼吸、消化、吸收、排泄、生殖等各种机能活动，乃至物质的新陈代谢、能量的转移输送，都留下了电的踪迹。感觉、记忆、语言、思维、情感、想象等大脑的高级功能， 也无不与电结缘。在当今世界上，如果突然发生停电，后果将会不堪设想， 而我们的身体内如果发生“停电”，那便意味着死神的降临。

那么，生物电的源头在那里呢？

翻开英汉词典，在“cell”一词的解释中，可以发现两种意义：【生】细胞；【理】电池。科学家已告诉我们，细胞的确像一个个微型电池，它就是生物的小小“发电站”。

大家知道，各种电源都是通过非电场力对电荷作功，使正负电荷分别聚集到两极，从而形成电位差，把不同形式的能量转换为电能。生物电是在物质的新陈代谢中，由化学能转变而来的。机体内的各种体液都是电解质溶液， 其中含有大量 Na+、K+、Cl-、HCO-3 等离子，在某种因素的作用下，正负离子出现相对移动，造成电荷的分布不均匀，因而产生了生物电位。

以神经元为例，通过微量化学分析方法测定，细胞内的 K+浓度高于细胞外约 20～40 倍，而膜外 Na+浓度高于膜内约 12 倍。神经元的细胞膜是具有选择通透性的半透膜，在神经元静息时膜对 K+的通透性要远远高于对其他离子的通透性。这样，膜内的 K+带着正电荷外流，而细胞内带负电的 Cl-、HCO-3、蛋白质等却不能随之而出，膜内电位逐渐下降。当膜内外的 K+浓度差及其形成的电位差达到电一化平衡时，K+的外流和膜电位便达到了一种相对稳定的内负外正的极化状态，也就是产生了膜电位。发电是为了用电。当神经元受到刺激时，细胞膜上 Na+通道开放，大量 Na+携正电荷从膜外涌入，使膜内的低电位迅速上升，膜电位转变为内正外负。随后，膜上 Na+通道全部关闭， 而 K+通道开放，大量 K+携带正电荷又涌出细胞，膜内电位又迅速下降，恢复到静息时膜电位的水平。这样，Na+、K+离子的一进一出，使神经元膜电位发生一次迅速的极性翻转，完成了一次放电过程。放电脉冲一旦产生，便立即沿神经纤维发送出去，经过神经中枢的加工处理，指挥躯体、四肢和内脏的相应运动。

可以看出，每次放电时神经元都要得到一些 Na+，失去一些 K+。不过不必担心，每次放电后，膜上的一种特殊蛋白质“钠钾泵”会自动运转，发挥“充电器”的作用，将进来的 Na+泵出去，把损失的 K+拉回来，使膜两侧的离子浓度恢复到放电以前的状态，为下次放电作好准备。你瞧，神经元的充放电过程配合得多么巧妙呀！