2.3 神经冲动的产生和传导 课件 -2023-2024学年高二上学期生物人教版（2019）选择性必修1

第二章 神经调节 第三节 神经冲动的产生和传导 1 刺激 神经中枢 感受器 传出神经 传入神经 效应器 产生反应 （感受刺激产生兴奋） （传导兴奋至神经中枢） （信息的分析和综合，并产生新的兴奋） （传导兴奋至效应器） （对刺激作出应答反应） 复习回顾 反射的结构基础是什么？包括哪些结构？ 感受器产生的兴奋以什么形式来传导？ 本节聚焦 2 2 “生物电”的发现 1786年 加尔瓦尼意外发现，用两种金属导体把蛙的神经和肌肉连接起来，会使肌肉收缩，他指出这是因为神经肌肉组织具有内在形式的电流。他把这种现象归因于“动物电”。 伏特重复了加尔瓦尼的实验，认为这纯属物理现象。是因为连接神经和肌肉的是不同种类的导体。 （伏特因此发明了世界上第一个直流电池） 3 1820年 电流计发明后提出“静息电位”和“动作电位”概念。 一、兴奋在神经纤维上的传导 ①实验方法 在蛙的坐骨神经上放置两个微电极，并将它们连接到一个电流表上： 脊柱 腓肠肌 坐骨神经 4 (1)蛙的坐骨神经表面电位变化实验 1. 传导形式：神经冲动 ②实验现象 ①静息时,电表_____测出电位差,说明静息时神经表面各处电位______ 没有 相等 ②当刺激到达a处时，a处先变为___电位，接着____________ 恢复正电位 负 ③然后，另一电极（b处）变为____电位 负 ④接着又_____________ 恢复为正电位 刺激 不偏转 向左偏转 向右偏转 不偏转 不偏转 5 一、兴奋在神经纤维上的传导 1. 传导形式：神经冲动 (1)蛙的坐骨神经表面电位变化实验 5 ③实验结论 在神经系统中，兴奋是以_________的形式沿着神经纤维传导的 电信号 这种电信号也叫做_____________ 神经冲动 6 一、兴奋在神经纤维上的传导 1. 传导形式：神经冲动 (1)蛙的坐骨神经表面电位变化实验 6 兴奋传导时，神经表面会出现电位变化，神经细胞内部电位是否也会有变化？ 2.神经冲动的产生 7 一、兴奋在神经纤维上的传导 7 1902年 朱利叶斯·伯恩斯坦（Julius Bernstein）提出生物电发生的“膜学说”，认为静息电位的形成与细胞膜对K+的通透性有关。 静息时，神经元膜两侧电位为内负外正，此时膜电位被称为静息电位。 但由于当时科技限制，该学说未被实验证实。 (一是由于未找到有效的实验材料；二是要想测量膜两侧的电位差，必须要将一个电极插入细胞内，这就要求插入的记录电极直径很细，不能损伤细胞，插入处也不能漏电。) 8 “生物电”的发现 “生物电”的发现 1936年 英国两位科学家艾伦·霍奇金和安德鲁·赫胥黎 发现了枪乌贼的神经（轴突直径可达1mm，而一般脊椎动物的轴突直径不超过0.02mm） 9 “生物电”的发现 1939年 两位科学家将直径为0.1mm ，内部充满海水的毛细玻璃管纵向插入枪乌贼大神经轴突的断端，作为细胞内电极，而将另一电极置于浸泡细胞的海水中。 于是在毛细管尖端和细胞外电极之间记录到约50mV的电位差，胞质为负。这样，他们便利用枪乌贼巨大轴突首次记录到膜两侧的静息电位。 更令人惊喜的是，两人还第一次记录到了动作电位（跨膜电位超过零电位而呈瞬时的内正外负的现象）。 10 11 “生物电”的发现 1945年 赫胥黎听了奧古斯特·克罗（August Krogh）有关离子穿越生物膜的一个报告。他讲到细胞膜两侧的钠离子也能进行交换。 1947年 霍奇金和卡茨发现，当把神经纤维放到没有钠离子的溶液里时，就不能产生神经冲动。如果溶液中的钠离子浓度很低，那么神经冲动时的动作电位也小，而如果钠离子浓度很高，动作电位也大，并且这些效应都是可逆的。 1949年 开始了一系列电压钳位的实验测定了 神经冲动时的钠离子流和钾离子流。 约翰·卡鲁·埃克尔斯爵士，艾伦劳·埃德·霍奇金，安德鲁·赫胥黎 1963年 诺贝尔生理学奖或医学奖 “发现在神经细胞膜的外围和中心部位与神经兴奋和抑制有关的离子机理” 12 一、兴奋在神经纤维上的传导 (1) 静息电位 ①概念：静息时，神经元膜两侧电位为内负外正，此时膜电位被称为静息电位。 ②产生机理：细胞膜主要对K+有通透性，造成K+外流。 (2) 动作电位 ①概念：当神经纤维受到刺激时产生的电位。 ②产生机理：细胞膜对Na+的通透性增加，Na+内流。 2.神经冲动的产生 ①静息电位时， 为什么K+离子外流？ 1.浓度差（内>外） 2.通透性（K+离子通道开放） 13 ②静息电位时，膜电位为什么是外正内负？ 阳离子(K+)到细胞外，细胞内留下氨基酸类阴离子 细胞类型 细胞内K+浓度（mmol/L) 细胞外K+浓度（mmol/L) 枪乌贼神经元轴突 400 10 蛙神经元 120 1.5 哺乳动物肌肉细胞 140 4 ③膜电位是如何形成“外负内正”的动作电位的？ Na+内流。1.浓度差（外>内） 2.通透性（ Na+通道开放。） 14 ④膜电位如何恢复到“外正内负”的静息电位的？ K+外流。 1.浓度差（内>外） 2.通透性（K+离子通道开放） 细胞类型 细胞内Na+浓度（mmol/L) 细胞外Na+浓度（mmol/L) 枪乌贼神经元轴突 50 460 蛙神经元 15 120 哺乳动物肌肉细胞 10 150 ⑤膜内外的离子浓度差是如何维持的？ 15 细胞类型 细胞内K+浓度（mmol/L) 细胞外K+浓度（mmol/L) 细胞内Na+浓度（mmol/L) 细胞外Na+浓度（mmol/L) 枪乌贼神经元轴突 400 10 50 460 蛙神经元 120 1.5 15 120 哺乳动物肌肉细胞 140 4 10 150 由Na+-K+泵主动运输来维持，将Na+运出细胞，K+运回胞内。 主要表现为K+外流（协助扩散）, 使膜电位表现为外正内负。 少量Na+电压门控通道打开，Na+少量内流 (协助扩散）。 K+ 电压门控通道打开，K+大量外流（协助扩散）, 膜电位恢复为静息电位后, K+电压门控通道关闭。 大量Na+电压门控通道打开，Na+大量内流 (协助扩散）,导致膜电位迅速逆转,表现为外负内正。 16 一、兴奋在神经纤维上的传导 a b e ①a点之前 ②ab段 ③bc段 同时，钠钾泵激活，排钠摄钾（主动运输)，以维持细胞外Na+浓度高和细胞内K+浓度高的状态。 2.神经冲动的产生 c ④cd段 d ⑤de段 某些阳离子内流，K+外流，与钠钾泵的共同作用，最终回到稳定的静息电位。 枪乌贼的神经元是研究神经兴奋的好材料。研究表明,当改变神经元轴突外Na+浓度的时候，静息电位并不受影响，但动作电位的幅度会随着Na+浓度的降低而降低。 （1）请对上述实验现象作出解释。 静息电位与神经元内的K+外流相关而与Na+无关，故神经元轴突外Na+浓度的改变不影响静息电位。 动作电位与神经元外的Na+内流相关，细胞外Na+浓度降低，细胞内外Na+浓度差变小，Na+内流减少，动作电位值下降。 （2）若要测定枪乌贼神经元的正常电位，应该在何种溶液中测定？为什么？ 要测定枪乌贼神经元的正常电位，应在钠钾离子浓度与内环境相同的环境中进行。因为体内的神经元处于内环境之中，其钠钾离子具有一定的浓度， 要使测定的电位与体内的一致，也就必须将神经元放在钠钾离子浓度与体内相同的环境中。 【练习与应用】 17 17 溶液中离子浓度变化 静息电位变化 动作电位变化 适当降低溶液中 Na+浓度 适当增加溶液中 Na+浓度 适当降低溶液中 K+浓度 适当增加溶液中 K+浓度 不变 峰值减小 不变 峰值增大 绝对值增大 不变 不变 绝对值减小 18 18 刺激神经纤维的某个部位时，这个部位会形成动作电位（内正外负的兴奋状态），那兴奋是如何从这个受刺激的部分往下传导的呢？ 19 兴奋部位的电位表现为___________，而邻近的未兴奋部位仍然是___________，在兴奋部位和未兴奋部位之间由于_______ 的存在而发生____________，这样就形成了_________ 内正外负 外正内负 电位差 电荷移动 局部电流 20 3. 神经冲动的传导形式 一、兴奋在神经纤维上的传导 (1)过程 新的兴奋部位的膜内的正电荷，全部都是通过局部电流从原来的兴奋位置传过来的吗？ 不，还有动作电位在新的兴奋位置形成。 21 一、兴奋在神经纤维上的传导 未受兴奋部位是如何形成动作电位的？ 局部电流刺激相近的_________部位，导致该部位Na+离子通道开放，进而产生________电位变化，如此进行下去，将兴奋向前传导，后方又___________________； 未兴奋 动作 恢复静息电位 22 3. 神经冲动的传导形式 一、兴奋在神经纤维上的传导 (1)过程 - + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 适宜刺激 若将神经纤维离体，刺激中部，则兴奋的传导方向是什么样的？ 兴奋部位 临近未兴奋部位 临近未兴奋部位 23 3. 神经冲动的传导形式 一、兴奋在神经纤维上的传导 - + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 适宜刺激 未兴奋部位 兴奋部位 兴奋部位 兴奋 膜内电流方向 膜外电流方向 膜内电流方向 膜外电流方向 24 若将神经纤维离体，刺激中部，则兴奋的传导方向是什么样的？ 3. 神经冲动的传导形式 一、兴奋在神经纤维上的传导 - + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 适宜刺激 兴奋 膜内电流方向 膜外电流方向 结论：若刺激发生在神经纤维中部，则兴奋传导方向是______的； 兴奋的传导方向与膜___电流相同； 双向 内 膜内电流方向 膜外电流方向 （刺激若发生在神经元的端点，也只能单向传递） 25 若将神经纤维离体，刺激中部，则兴奋的传导方向是什么样的？ 3. 神经冲动的传导形式 一、兴奋在神经纤维上的传导 （2）方向：__________ 单向传导 为什么？ ②在反射过程中，兴奋只能从感受器传到效应器，因此，在生物体内的反射弧上，兴奋在神经纤维上的传导方向是单向的。 ①神经纤维上刚兴奋过的位置Na+通道失活，暂时不会再兴奋（不应期）。 26 反射活动中，兴奋的传导方向是什么样的？ 3. 神经冲动的传导形式 一、兴奋在神经纤维上的传导 第二章 神经调节 第三节 神经冲动的产生和传导 27 复习回顾 兴奋在神经纤维上的传导方式？ 静息电位、动作电位产生的原理？ 本节聚焦 在一个反射过程中，兴奋要经过多个神经元，兴奋是如何在神经元之间传递的呢？ 28 思维训练——推断假说与预期 有研究者提出一个问题：“当神经系统控制心脏活动时，在神经元与心肌细胞之间传递的信号是化学信号还是电信号呢？” 为回答此问题，科学家进行了如下实验： 取两个蛙的心脏（A和B，保持活性）置于成分相同的营养液中 29 A B 材料 处理 结果 结论 有某副交感神经 无某副交感神经 刺激该神经 从A的营养液中取一些液体注入B的营养液中 心脏跳动减慢 A B 讨论：在进行这个实验时，科学家基于的假说是什么？实验预期是什么？ 假说：支配心脏的副交感神经可能是释放了某种化学物质，该物质可以使心跳减慢 预期：从A心脏的营养液中取一些液体注入B心脏的营养液，B心脏的跳动也会减慢 思维训练——推断假说与预期 有研究者提出一个问题：“当神经系统控制心脏活动时，在神经元与心肌细胞之间传递的信号是化学信号还是电信号呢？” 为回答此问题，科学家进行了如下实验： 取两个蛙的心脏（A和B，保持活性）置于成分相同的营养液中 30 A B 材料 处理 结果 结论 有某副交感神经 无某副交感神经 刺激该神经 从A的营养液中取一些液体注入B的营养液中 心脏跳动减慢 心脏跳动也减慢 该神经释放一种化学物质，这种物质可以使心跳变慢 A B 二、兴奋在神经元之间传递 轴突末梢 线粒体 突触小泡 突触小体 神经元的 经过多次分支，最后每个小枝末端_____，呈___状或___状，叫做 ； 轴突末梢 膨大 杯 球 突触小体 1.结构基础 (1)突触小体 31 ①概念：突触小体可以与其他神经元的 或 等相接近，共同形成突触。 树突 胞体 A.轴突—胞体型，表示为 B. 型，表示为 神经元与肌肉细胞或某些腺体细胞之间也是通过突触联系的。 轴突—树突 突触的后半部分一定是神经元的一部分吗？ (2)突触 32 二、兴奋在神经元之间传递 1. 结构基础 兴奋传导的方向 突触前膜 突触间隙 突触后膜 ②突触的结构 33 (2)突触 二、兴奋在神经元之间传递 1. 结构基础 突触前神经元 的膜，还可以说是 的膜 轴突末梢 突触小体 突触间隙中充满了 。 组织液 一般为突触后神经元 或_______的膜，在效应器的突触中，也可能为______膜或某些__________的膜； 树突 胞体 肌肉细胞 腺细胞 2. 传递过程 兴奋传导的方向 ①兴奋到达突触前膜所在的_________，引起_________向_________移动并释放_________； 轴突末梢 突触小泡 突触前膜 神经递质 34 二、兴奋在神经元之间传递 【知识拓展】突触小泡的运动机理 看图，试着简述突触小泡的运动机理？ 当神经冲动沿着轴突传导至轴突末梢时，突触前膜对Ca2+的通透性会增加，大量的Ca2+进入突触小体内，Ca2+会促进突触小泡向突触前膜靠近，以胞吐的方式将其中神经递质释放到突触间隙中。 除此之外，这个图还能得到什么信息? 35 2. 传递过程 兴奋传导的方向 ①兴奋到达突触前膜所在的_________，引起_________向_________移动并释放_________； 轴突末梢 突触小泡 突触前膜 神经递质 ②神经递质通过___________ _____到________________附近 突触间隙 扩散 突触后膜的受体 ③神经递质与___________ 结合，形成_____________ 突触后膜的受体 ④突触后膜上的__________发生变化，引发___________ 离子通道 电位变化 递质-受体复合物 ⑤神经递质被_____或_____ 36 二、兴奋在神经元之间传递 降解 回收 神经递质释放的运输方式是？ 突触小泡的形成和运输与哪些细胞器有关？ 神经递质通过突触间隙的运到突触后膜的方式？ 神经递质与受体的结合有什么特性？体现了细胞膜的什么功能？ 神经递质作用于突触后膜，引起突触后膜的电位变化，该变化一定是兴奋吗？ 神经递质的去向？ （1）兴奋性神经递质——如乙酰胆碱、谷氨酸等。 引起兴奋的机理： 该类递质作用于突触后膜后，能增强突触后膜对Na＋的通透性，使Na＋内流，从而使突触后膜产生动作电位，即引起下一神经元发生兴奋； 3. 神经递质 37 突触前膜 突触后膜 钠离子通道蛋白 二、兴奋在神经元之间传递 37 （2）抑制性神经递质——如甘氨酸、γ-氨基丁酸、去甲肾上腺素等。 引起抑制的机理： 该类递质作用于突触后膜后，能增强突触后膜对Cl－的通透性，使 Cl－进入细胞内，强化内负外正的静息电位， 从而使神经元难以产生兴奋。 38 突触前膜 突触后膜 氯离子 通道蛋白 3. 神经递质 二、兴奋在神经元之间传递 38 注意： 一般情况下，兴奋性神经递质引起兴奋，抑制性神经递质引起抑制，但是也有例外。 例如兴奋性神经递质乙酰胆碱，作用于骨骼肌引起骨骼肌细胞兴奋，但对心肌细胞则是抑制的，两种不同效果的产生是由于：_________________________________________ 因此，兴奋和抑制的产生是神经递质和受体共同决定的； 心肌细胞上的受体和骨骼肌细胞上的受体性质不同 39 3. 神经递质 二、兴奋在神经元之间传递 (1) 传递。 原因：神经递质只存在于突触前膜的__________中；只能由 _________ 释放，然后作用于____________上。 (2)速度较______。 原因：信号转换：电信号→ →电信号。 单向 突触小泡 突触前膜 突触后膜 化学信号 4. 传递特点 兴奋传导的方向 40 二、兴奋在神经元之间传递 慢 比较项目 兴奋在神经纤维上的传导 兴奋在神经元之间的传递 结构基础 信号形式 (或变化) 速度 方向 神经元(神经纤维) 电信号 快 可以双向 突触 电信号→化学信号→电信号 慢 单向传递 5. 比较兴奋在神经纤维上的传导和在神经元之间的传递 41 二、兴奋在神经元之间传递 1.兴奋剂和毒品 42 三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害 (1)兴奋剂 (2)毒品 能提高中枢神经系统机能活动的一类药物，是运动禁用药物的统称。 能够使人形成瘾癖的麻醉药品和精神药品。 2.对神经系统的影响 某些化学物质能够对神经系统产生影响，其作用位点往往是______； 突触 突触小泡 神经递质 突触前膜 突触后膜 突触间隙 神经递质 受体 ①影响神经递质的合成和释放速率； ②干扰神经递质与受体的结合； ③影响分解神经递质的酶的活性； ④影响突触前膜回收神经递质。 (1)作用位点 (2)作用机理 43 三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害 分析神经递质的来源、作用方式和去向，毒品是如何让突触后膜持续兴奋或抑制的？ （1）概述 可卡因既是一种__________也是一种_______； 它会影响大脑中与___________有关的神经元，这些神经元利用神经递质__________来传递愉悦感； 兴奋剂 毒品 愉快传递 多巴胺 3.可卡因的上瘾机制 44 三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害 （2）机理 45 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$