【生物】动作电位是如何产生和恢复的？

  动物细胞质膜对 $\mathrm{K}^{+}$的通透性大于 $\mathrm{Na}^{+}$是产生静息电位的主要原因， $\mathrm{Cl}^{-}$甚至细胞中的蛋白质分子（一般净电荷为负值）对静息电位的大小也有一定的影响。 $\mathrm{Na}^{+}-\mathrm{K}^{+}$ 泵对维持静息电位的相对恒定起重要的作用。

（1）膜静息电位时，一些钾离子通道是开放的；（2）一个刺激引起细胞开始去极化，当达到阈值时，动作电位产生；（3）钠离子通道打开，钠离子扩散进人轴突，快速去极化发生（峰的上升部分）；（4）到达峰的顶点，钠离子通道关闭，原来关闭的钾离子通道开放；（5）随着钾离子通道的开放，钾离子扩散离开轴突，复极化发生；（6）膜恢复到原来的静息电位之前会发生一个超极化

  当细胞接收到超过一定阈值的刺激信号（电信号或化学信号）时，电压门控的 $\mathrm{Na}^{+}$ 通道将介导细胞产生动作电位。细胞在接受到阈值刺激后，$\mathrm{Na}^{+}$ 通道打开，导致 $\mathrm{Na}^{+}$ 的通透性显著增加，瞬间大量 $\mathrm{Na}^{+}$ 流入细胞内，从而使静息电位减小甚至消失，这一过程称为去极化。当细胞内的 $\mathrm{Na}^{+}$ 进一步增加并达到 $\mathrm{Na}^{+}$ 的平衡电位时，形成瞬时的内正外负的动作电位，这一过程称为反极化，动作电位随即达到最大值。只有当刺激达到一定阈值时，动作电位才会产生，这是一种“全或无”的正反馈阈值现象。在 $\mathrm{Na}^{+}$ 大量进入细胞时，通透性逐渐增加，随着动作电位的形成，$\mathrm{Na}^{+}$ 通道会从失活状态恢复到关闭状态，电压门控的 $\mathrm{K}^{+}$ 通道完全打开，$\mathrm{K}^{+}$ 流出细胞，从而导致细胞再次极化，直至超越原来的静息电位，这时称为超极化。超极化时，膜电位导致 $\mathrm{K}^{+}$ 通道关闭，膜电位最终恢复到静息状态。

  需要注意的是，动作电位的形成完全是由离子的被动扩散驱动的。然而，在每个动作电位结束时，细胞质内的钠离子浓度比静息状态时略高，钾离子浓度比静息时略低。连续工作的钠–钾泵将消除这一变化，从而维持离子梯度。因此，虽然动作电位的形成不需要主动运输，但在离子梯度的维持过程中，主动运输是不可或缺的。