中图版生物必修3 第1单元 第3章 第1节 神经冲动的产生和传导.docx
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中图版生物必修3第1单元第3章第1节神经冲动的产生和传导
第三章 动物稳态维持的生理基础
第一节 神经冲动的产生和传导
1.理解膜电位产生的机理。
2.掌握动作电位的传导机理和特点。
(重点)
生物电的发现与膜电位的产生
1.生物电的发现
(1)1786年,伽伐尼发现,若电击刚解剖出来的蛙坐骨神经—腓肠肌标本,肌肉会收缩。
(2)伏打得知以上结果后多次重复该实验。
(3)英国剑桥大学的霍奇金和他的同事们,利用枪乌贼巨大神经纤维为材料,成功地测量了单个细胞膜内外的电位差及其变化,证明了生物电存在的事实。
这种存在于细胞膜内外的电位差,称为膜电位。
2.膜电位的产生
(1)产生原因
细胞膜内外的离子浓度不同,以及离子的跨膜运输。
(2)静息电位的产生
当神经细胞处于静息状态时,K+通道开放(Na+通道关闭),这时K+会从浓度高的膜内向浓度低的膜外运动,使膜外带正电,膜内带负电。
膜外正电的产生阻止了膜内K+的继续外流,使膜电位不再发生变化,产生静息电位。
(3)动作电位的产生
当神经细胞受到刺激后,Na+通道会立即开放,Na+大量涌入细胞内,使细胞处于膜内带正电、膜外相对带负电的兴奋状态,此时的电位为动作电位。
探讨1:
“蛙腿论战”给了我们什么启示?
【提示】 科学研究时要善于质疑,要勇于探索。
探讨2:
将神经细胞置于相当于细胞外液的溶液(S)中,可测得静息电位。
给予细胞一个适宜的刺激,膜两侧出现一个暂时性的电位变化,这种膜电位变化称为动作电位。
适当降低溶液S中的Na+浓度,测量该细胞的静息电位和动作电位,是否可观察到静息电位和动作电位的变化?
【提示】 静息电位值不变,动作电位峰值降低。
1.静息电位与动作电位的比较
静息电位
动作电位
神经细胞的状态
静息状态
受到足够强度刺激
主要离子
膜外
K+、Na+、Cl-
Na+、Cl-
分布
膜内
K+、A-(带负电的大分子物质)
Na+、K+、A-
K+通道
开放,K+从膜内流向膜外,直至膜外正电荷阻止K+继续外流
关闭
Na+通道
关闭
开放,Na+从膜外快速流向膜内
钠—钾泵
工作方式:
主动运输
向细胞内运输K+,向细胞外运输Na+
电荷分布
内负外正
内正外负
2.神经纤维上膜电位变化曲线解读
离体神经纤维某一部位受到适当刺激时,受刺激部位细胞膜两侧会出现暂时性的电位变化,产生神经冲动。
如图表示该部位受刺激前后,膜两侧电位差的变化。
详细分析如下:
(1)a点——静息电位,外正内负,此时细胞膜主要对K+有通透性;
(2)b点——零电位,动作电位形成过程中,细胞膜对Na+的通透性增强;
(3)bc段——动作电位,细胞膜对Na+继续保持通透性强度;
(4)cd段——静息电位恢复;
(5)de段——静息电位。
1.神经细胞在静息时具有静息电位,受到适宜刺激时可迅速产生能传导的动作电位,这两种电位可通过仪器测量。
A、B、C、D均为测量神经纤维静息电位示意图,正确的是( )
【解析】 静息状态下,神经纤维膜内带负电,膜外带正电,A项的一极在膜内,另一极在膜外,会产生电位差,形成电流,电流计偏转。
B、C、D三项的两极同时在膜内或同时在膜外,测不到静息电位。
【答案】 A
2.用新鲜的保持生物活性的青蛙坐骨神经—腓肠肌标本进行下列实验,观察不到肌肉收缩的是( )
【解析】 用同种金属构成回路时,无法形成金属电流,肌肉不收缩。
【答案】 A
3.在离体实验条件下单条神经纤维的动作电位示意图如下。
下列叙述正确的是( )
【导学号:
07950017】
A.a~b段的Na+内流是需要消耗能量的
B.b~c段的Na+外流是需要消耗能量的
C.c~d段的K+外流是不需要消耗能量的
D.d~e段的K+内流是需要消耗能量的
【解析】 在神经纤维膜上有钠离子通道和钾离子通道。
当神经纤维某处受到刺激时会使钠离子通道开放,于是膜外钠离子在短期内大量流入膜内(顺浓度梯度运输,不消耗能量),造成了内正外负的反极化现象(a~c段)。
但在很短的时期内钠离子通道又重新关闭,钾离子通道随即开放,钾离子又很快流出膜外(顺浓度梯度运输,不消耗能量),使得膜电位又恢复到原来的外正内负的状态(c~e段)。
故C项正确。
【答案】 C
动作电位的传导
1.神经冲动的传导:
细胞的动作电位一旦产生,就会向该细胞的其他部位不衰减地传送或扩展。
2.传导的过程
膜内,兴奋区的正电荷向邻近的静息区流动;膜外,电流流动方向与膜内方向相反。
两者共同作用,使静息区的膜电位上升而产生动作电位。
3.一般特征:
生理完整性、双向传导、非递减性传导、绝缘性、相对不疲劳性。
探讨1:
观察以下图示,思考有关问题:
(1)兴奋传导方向与局部电流的方向有何关系?
提示:
兴奋传导方向与膜内局部电流方向一致,与膜外局部电流方向相反。
(2)电位形成时,K+外流与Na+内流是否消耗能量?
提示:
不消耗。
探讨2:
若测量该神经纤维上的静息电位和动作电位,电流计的两极应怎样连接?
电流计如何偏转?
提示:
静息电位和动作电位的测量
①测静息电位:
灵敏电流计一极与神经纤维膜外侧连接,另一极与膜内侧连接(如图甲),只观察到指针发生一次偏转。
②测动作电位:
灵敏电流计都连接在神经纤维膜外(或内)侧(如图乙),可观察到指针发生两次方向相反的偏转。
1.动作电位传导的过程
2.兴奋在神经纤维上的传导方向与局部电流方向的关系
(1)在膜外,局部电流的方向与兴奋传导方向相反。
(2)在膜内,局部电流的方向与兴奋传导方向相同。
3.兴奋在神经纤维上传导与电表指针偏转问题分析:
(1)刺激a点,b点先兴奋,d点后兴奋,电表指针发生两次方向相反的偏转。
(2)刺激c点(bc=cd),b点和d点同时兴奋,电表指针不发生偏转。
1.如图是神经元受到刺激后产生的电位变化图。
据下图可判断下列说法错误的( )
A.神经纤维兴奋部位和未兴奋部位由于电位差的存在形成局部电流
B.刺激形成的兴奋部位电位变化是由于钾离子内流引起的
C.膜内电流的方向与兴奋传导的方向相同
D.兴奋传导过后又会恢复到静息电位
【解析】 在神经纤维受刺激后,神经纤维膜对钠离子通透性增加,使得刺激点处膜两侧的电位表现为内正外负,该部位与相邻部位产生电位差而发生电荷移动,形成局部电流,A正确;刺激形成的兴奋部位电位变化是由于钠离子内流引起的,B错误;膜内电流的方向与兴奋传导的方向相同,而膜外电流的方向与兴奋传导的方向相反,C正确;兴奋传导过后,膜电位又变成外正内负,即又会恢复到静息电位,D正确。
【答案】 B
2.如图所示,当神经冲动在轴突上传导时,下列叙述错误的是( )
【导学号:
07950018】
A.丁区发生K+外流和Na+内流
B.甲区与丙区可能刚恢复为静息电位状态
C.乙区与丁区间膜内局部电流的方向是从乙到丁
D.图示神经冲动的传导方向有可能是从左到右或从右到左
【解析】 神经纤维静息电位为外正内负,动作电位为外负内正。
图示中乙区外负内正,则乙区兴奋,甲区与丙区可能刚恢复为静息电位状态;乙区与丁区间膜内
局部电流的方向是从乙到丁;丁区外正内负,是K+外流所致。
【答案】 A
3.如图所示,神经纤维MB段距离长于MC段,在M处给以电刺激,在B、C处用电流计测其电位变化,电流计指针( )
A.不动B.向左摆
C.向右摆D.发生两次方向相反的摆动
【解析】 根据题意和图示分析可知:
在M处给以电刺激,由于兴奋在神经纤维上的传导是双向的,所以兴奋能传导到B、C处。
又由于神经纤维MB段距离长于MC段,所以兴奋先传导到C,使电流计指针发生摆动;后传导到B,使电流计指针又发生一次方向相反的摆动。
【答案】 D
1.下图是兴奋在神经纤维上产生和传导的示意图。
下列说法与图示相符的是( )
A.图中兴奋部位是B和C
B.图中弧线表示局部电流方向
C.图中兴奋传导方向是C→A→B
D.兴奋传导方向与膜外电流方向一致
【解析】 B和C部位的电位为外正内负,为静息部位,A错误;弧线由正电位划向负电位,为局部电流的方向,B正确;兴奋传导的方向为C←A→B,C错误;在膜外,兴奋的传导方向与局部电流的方向相反;在膜内,兴奋的传导方向与局部电流的方向相同,D错误。
【答案】 B
2.如图1是测量神经纤维膜内外电位的装置,图2是测量的膜电位变化曲线图。
下列相关说法中,错误的是( )
图1 图2
A.图1中装置A测得的电位相当于图2中的A点
B.图1中装置B测得的电位是动作电位
C.图2中由A到C属于兴奋过程
D.图1中A装置测得的电位是由Na+大量内流形成的
【解析】 图1中,A装置中膜电位是内负外正,表示静息电位,相当于图2中A点;图1中,B装置中膜电位是内正外负,表示动作电位;图2中由A到C膜电位发生变化,表示正处于兴奋状态;图1中A装置的静息电位的形成原因是K+外流。
【答案】 D
3.下列能正确表示神经纤维受刺激后,刺激点膜电位由兴奋状态恢复为静息状态的过程是( )
A.①→④ B.②→③
C.③→②D.④→①
【解析】 神经纤维兴奋部位的电位为外负内正,静息状态电位为外正内负。
【答案】 A
4.如图的神经纤维上有A、B、C、D四个点,且AB=BC=CD,现将一个电流计连接到神经纤维细胞膜表面:
①AB,②BD,③AD之间,若在C处给一强刺激,其中电流计指针能够发生两次相反方向偏转的有( )
A.①②B.①③
C.②③D.①②③
【解析】 兴奋在神经纤维上双向传导且速度都是一样的,关键就是看刺激点到两电极的距离,又分为两种情况:
①刺激点在两电极的外侧,一定发生两次相反的偏转。
②在两电极内部:
当处于中点时,到两电极的时间相等,不偏转;不在中点发生两次相反偏转。
【答案】 B
5.下图从左至右表示动作电位传导的示意图。
据图不能得出的结论是( )
A.动作电位在神经纤维上传导时电位变化是一样的
B.K+外流和Na+内流过程都不消耗ATP
C.Na+内流可能与局部电流的刺激有关
D.兴奋部位恢复为静息电位可能与K+外流有关
【解析】 从图中看出在神经纤维上传导的动作电位是一样的。
局部电流的刺激引起Na+内流产生动作电位。
K+外流兴奋部位恢复为静息电位。
从图中看不出K+外流和Na+内流过程是否消耗ATP。
【答案】 B
课堂小结:
网络构建
核心回扣
1.细胞膜内外的电位差叫膜电位,静息电位是内负外正。
动作电位是内正外负。
2.在神经细胞内外兴奋区和静息区会产生局部电流,电流的方向在膜内由兴奋区向静息区,在膜外由静息区向兴奋区。
3.动作电位传导方向与膜内局部电流的方向一致。
4.动作电位在神经纤维上传导特点是双向传导。
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