内容正文:
[课时梯级训练(4)见P145]
第3节 神经冲动的产生和传导
课时目标
1.运用结构与功能观,理解兴奋在神经元之间的传递是单向的。(生命观念)
2.采用归纳与概括的方法,分析兴奋在神经纤维上的传导和在神经元之间的传递的异同。(科学思维)
3.基于滥用兴奋剂和吸食毒品的危害,宣传毒品的危害,自觉远离毒品。(社会责任)
一、兴奋在神经纤维上的传导
1.传导形式:在神经系统中,兴奋是以电信号的形式沿着神经纤维传导的,这种电信号也叫神经冲动。
2.传导过程
3.传导方向:双向传导。
二、兴奋在神经元之间的传递
1.突触的结构和兴奋在神经元之间传递的过程
2.方向及原因
(1)方向:单向传递。
(2)原因
①存在:神经递质只存在于突触小泡中。
②释放:神经递质只能由突触前膜释放,然后作用于突触后膜上。
三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害
1.兴奋剂和毒品的作用位点:往往是突触。
2.兴奋剂和毒品的危害
(1)影响比赛的公平、公正。
(2)对人体健康带来极大的危害。
3.我们的责任和义务:珍爱生命,远离毒品,向社会宣传滥用兴奋剂和吸食毒品的危害。
◆助学巧记
◆思维启迪
1.神经细胞受到适宜刺激时,膜外的Na+以哪种跨膜运输方式进入细胞内?
提示:协助扩散。
2.神经递质是小分子物质,但仍主要通过胞吐方式释放到突触间隙,其意义是什么?
提示:胞吐方式可以短时间内大量集中释放神经递质,从而快速引起突触后膜的电位变化。
◆基础速判(对的画“√”,错的画“×”)
1.未受刺激时,膜电位为内正外负,受刺激后变为内负外正。( × )
2.神经元细胞膜外Na+的内流是形成静息电位的基础。( × )
3.刺激离体的神经纤维中部,产生的兴奋沿神经纤维向两侧传导。( √ )
4.神经纤维上兴奋的传导方向与膜内局部电流的传导方向相同。( √ )
5.突触的结构包括突触小体、突触间隙和突触后膜。( × )
6.兴奋通过神经递质在突触处进行双向传递。( × )
7.神经递质作用于突触后膜上的受体一定能引起下一个神经元的兴奋。( × )
备课札记
任务一__兴奋在神经纤维上的传导
有人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表上,其实验结果如图1、2、3、4。
[问题探究]
1.图1静息电位时电表没有测出电位差的原因是什么?
答案:静息时神经表面各处电位相等。
2.在如图2所示位置给予刺激时,电表发生图2~图4的变化,即电表发生了两次偏转,说明了什么?
答案:说明刺激后引起a、b间出现两次电位差。
3.综上所述,在神经系统中,兴奋在神经纤维上的传导形式是什么?
答案:兴奋以电信号的形式在神经纤维上传导。
1.膜电位的测量
2.膜电位变化曲线解读
(1)A→B段:静息电位,主要与K+外流有关,不消耗能量。
(2)B→C段:动作电位形成过程,与Na+内流有关,不消耗能量。
(3)C点:其峰值高低与神经纤维细胞膜内外Na+浓度有关。
(4)C→D段:膜电位恢复中,此时K+外流,不消耗能量。
(5)E点:Na+K+泵“吸K+排Na+”,消耗能量。
(1)形成静息电位时,K+的外流是由高浓度向低浓度,需转运蛋白的协助,不消耗能量,属于协助扩散。
(2)产生动作电位时,Na+的内流是由高浓度向低浓度,需转运蛋白的协助,不消耗能量,属于协助扩散。
(3)恢复静息电位时,K+的外流是由高浓度向低浓度,需转运蛋白的协助,不消耗能量,属于协助扩散。
(4)一次兴奋结束后,Na+K+泵将流入的Na+泵出膜外,将流出的K+泵入膜内,需要消耗ATP,属于主动运输。
1.下图表示某时刻神经纤维膜电位状态。下列叙述错误的是( )
A.丁区是Na+内流所致
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可能是从左到右,也可能是从右到左
A 解析:神经纤维上静息电位表现为内负外正,动作电位表现为内正外负。丁区膜电位表现为内负外正,是K+外流所致,A错误;乙区膜电位表现为内正外负,则乙区为兴奋部位,甲区、丙区和丁区都有可能刚恢复为静息电位状态,因此神经冲动的传导方向可能是从左到右,也可能是从右到左,B、D正确;乙区与丁区间膜内局部电流的方向是从乙到丁,C正确。
2.下图为某段神经纤维示意图,灵敏电流计的两个电极按图示连接,在a处给予适宜强度的刺激,下列相关叙述错误的是( )
A.图示中的灵敏电流计可测得静息电位和动作电位
B.兴奋传到b处时,Na+经通道蛋白大量涌入膜内
C.b处动作电位最大时,c处Na+浓度比膜外更高
D.d处产生动作电位时,与相邻部位间会形成局部电流
C 解析:已知图示电流计的两个电极分别置于神经纤维的膜外和膜内,处于静息电位时,膜两侧的静息电位表现为内负外正,指针向右偏转;当神经纤维处于兴奋状态时,膜两侧的动作电位表现为内正外负,指针向左偏转。因此按图示连接,灵敏电流计可测得静息电位和动作电位,A正确。兴奋传到b处时,Na+经通道蛋白大量涌入膜内,导致b处产生动作电位,B正确。b处动作电位最大时,c处Na+浓度仍低于膜外,C错误。d处产生动作电位时,与相邻部位间会形成局部电流,D正确。
3.(2024·南阳高二检测)图1为神经纤维受刺激后的膜电位变化图,图2表示相应的生理变化,下列说法不正确的是( )
A.当神经纤维未受到刺激时,其膜内外的电位表现为内负外正,此时膜内外具有电位差
B.当神经纤维受到刺激时会产生动作电位,其膜电位变化会出现图1中的③,该电位的形成与图2中的乙所代表的生理变化对应
C.若降低神经纤维外的Na+浓度,则动作电位的幅度会升高
D.若某物质可与神经元上的Na+通道结合,使其持续开放,将引发一系列中毒症状
C 解析:图1所示为神经纤维受刺激后的膜电位变化图,其中③由Na+内流引起,④是动作电位峰值,⑤由K+外流引起。图2为神经细胞膜两种离子通道的变化,其中甲表示K+通道开放,Na+通道关闭,说明此时细胞未受到刺激;乙表示Na+通道开放,K+通道关闭,此时细胞受到刺激。当神经纤维未受到刺激时,其膜内外的电位表现为内负外正的静息电位,此时膜内外具有电位差,A正确;当神经纤维受到刺激时会引起Na+内流,从而产生动作电位,其膜电位变化对应图1中的③,该电位的形成对应图2中的乙,B正确;若降低神经纤维膜外Na+浓度,膜内外Na+浓度差减小,Na+内流的量减少,导致动作电位的幅度降低,C错误; 若某物质可与神经元上的Na+通道结合,使其持续开放,将引发一系列中毒症状,D正确。
细胞外液中Na+、K+浓度改变对
膜电位影响的判断
任务二__兴奋在神经元之间的传递
下图为神经元之间通过突触传递信息的图解。
[问题探究]
1.神经递质与突触后膜上的受体结合后一定会引起突触后神经元兴奋吗?
答案:不一定。若释放的是抑制性神经递质,则会抑制突触后神经元的兴奋。
2.神经递质发挥作用后一般要被及时降解或回收,如果不能被降解或回收,则会对突触后神经元产生怎样的影响?
答案:使突触后神经元持续兴奋或受到持续抑制。
3.兴奋在神经元之间的传递方向是怎样的?原因是什么?
答案:兴奋在神经元之间的传递是单方向的,因为神经递质只存在于突触小泡中,只能由突触前膜释放,然后作用于突触后膜上。
1.兴奋在神经元之间传递的过程
2.神经递质的释放方式、类型及作用特点
3.兴奋的传导与传递的比较
(1)突触和突触小体的辨析
①突触包括突触前膜、突触间隙和突触后膜,突触小体是前一个神经元轴突末梢分枝末端膨大部分,突触小体的膜构成突触前膜。所以,突触和突触小体之间存在共同的部分。
②突触和突触小体处发生的信号转变不同,突触小体上为电信号→化学信号,在突触中为电信号→化学信号→电信号。
(2)神经递质和神经递质受体的辨析
①神经递质是神经细胞产生的一种化学信息物质,以胞吐方式由突触前膜释放到突触间隙中。
②神经递质受体的本质多为糖蛋白,能识别相应的神经递质并与之发生特异性结合。
1.下图是兴奋在神经元之间的传递过程,下列有关叙述正确的是( )
A.神经递质的释放和在突触间隙处的移动均需消耗能量
B.兴奋引起神经递质的释放是电信号变为化学信号的过程
C.神经递质的本质都为蛋白质,因此能被灭活神经递质的酶分解
D.突触小泡起源于溶酶体,能与神经递质受体进行特异性结合
B 解析:神经递质的释放方式一般为胞吐,需要消耗能量,神经递质在突触间隙处的移动属于扩散,不需要消耗能量,A错误;兴奋传到突触小体,引起突触小泡释放神经递质,由电信号变为化学信号,B正确;神经递质的种类很多,一般为小分子物质,如乙酰胆碱等,C错误;突触小泡起源于高尔基体,D错误。
2.大鼠的一些神经元在甘氨酸的作用下,膜上Cl-通道开放,Cl-顺浓度梯度通过该通道进入细胞。下列有关叙述正确的是( )
A.甘氨酸为抑制性神经递质,可使突触后膜膜外电位由正变负
B.甘氨酸以自由扩散的方式经突触前膜释放到突触间隙
C.神经递质与突触后膜上的受体结合后使Cl-通道开放
D.Cl-进入细胞的过程属于主动运输
C 解析:甘氨酸作为神经递质可使突触后膜的Cl-通道开放,使Cl-内流,以抑制突触后膜产生动作电位,故不能使突触后膜膜外电位由正变负,A错误;甘氨酸以胞吐的方式经突触前膜释放到突触间隙,B错误;由图可知,神经递质与突触后膜上的受体结合后使Cl-通道开放,导致膜电位差值变大,C正确;因为Cl-顺浓度梯度通过Cl-通道进入细胞,所以Cl-进入细胞的过程属于协助扩散,D错误。
3.(2024·哈尔滨哈九中高二校考)神经递质多巴胺可引起突触后神经元兴奋,参与奖赏、学习、情绪等脑功能的调控,毒品可卡因能对脑造成不可逆的损伤。如图是突触间隙中的可卡因作用于多巴胺转运蛋白后干扰人脑兴奋传递的示意图。下列有关说法错误的是( )
A.多巴胺通过多巴胺转运蛋白的协助释放到突触间隙中
B.多巴胺作用于突触后膜,使其对Na+的通透性增强
C.多巴胺发挥作用后被多巴胺转运蛋白回收到突触小体
D.可卡因阻碍多巴胺回收,使脑有关中枢持续兴奋
A 解析:多巴胺是一种神经递质,突触前膜通过胞吐的方式将多巴胺释放到突触间隙中,A错误;由题干信息可知,多巴胺能引起突触后神经元兴奋,故其作用于突触后膜使其对 Na+的通透性增强,B正确;分析题图可知,多巴胺发挥作用后被多巴胺转运蛋白回收到突触小体,C正确;分析题图可知,可卡因与突触前膜上多巴胺转运蛋白结合后,多巴胺的转运速率明显减小,可见可卡因阻碍了多巴胺回收到突触小体,突触间隙中的多巴胺使脑有关中枢持续兴奋,D正确。
突触传递信息结果异常的判断
(1)药物或有毒有害物质阻断神经递质的合成或释放,不能引起突触后膜兴奋或抑制。
(2)药物或有毒有害物质使神经递质失活,不能引起突触后膜兴奋或抑制。
(3)药物或有毒有害物质与突触后膜上神经递质受体结合,使神经递质不能和突触后膜上的受体结合,不能引起突触后膜兴奋或抑制。
(4)药物或有毒有害物质使分解神经递质的酶失活,从而使突触后膜持续兴奋或抑制。
镇痛剂的作用机理——社会责任
吗啡是一种常见的镇痛剂,其作用机制如右图所示。长期使用吗啡很容易使机体产生耐受性,科研人员对此进行了研究。
设计1:考查图示信息的理解及知识迁移能力
(1)伤害性刺激引起痛觉感受器产生兴奋并传至________形成痛觉。吗啡可与________(填“感受器”“神经中枢”或“效应器”)中突触前神经元膜上的受体μ结合,从而抑制突触前膜释放递质P,阻止突触后膜上Na+________,阻断痛觉形成而发挥镇痛作用。
设计2:考查有效信息的提取和应用能力
(2)长期使用吗啡,机体会通过一系列调节使受体μ的敏感度和数量________(填“上升”或“下降”),从而产生对吗啡的耐受性。
设计3:考查实验分析与长句表达能力
(3)河豚毒素(TTX)是一种毒性极高的神经毒素。为探究一定剂量的TTX和吗啡联合用药对吗啡耐受性的影响,科研人员选用30只小鼠随机分为3组,分别使用不同药物连续处理3天,第4天将小鼠置于55 ℃的热板上,测定其痛反应时间(接受热刺激到发生舔后足或抬后足并回头的时间),药物处理与结果如下表所示。
组别
药物处理
(连续3天)
痛反应时间/s
注射吗
啡前
注射吗啡
30 min后
1
生理盐水
12.87
46.73
2
2.5 mL·kg-1吗啡
13.96
15.51
3
2.5 mL·kg-1吗啡+1.0 μg·kg-1 TTX
11.90
28.72
注:实验中TTX的剂量不足以引起小鼠自主活动产生显著变化。
①注射吗啡前测定痛反应时间的目的是__________________________________
________________________________________________________________________。
②对比1、2组实验结果可知:___________________________________________________
________________________________________________________________________。
③分析以上3组实验结果,实验结论是__________________________________
________________________________________________________________________。
答案:(1)大脑皮层 神经中枢 内流
(2)下降
(3)形成对照 小鼠对吗啡产生了耐受性 TTX与吗啡联合用药能一定程度上抑制吗啡耐受性产生(或降低吗啡耐受性)
解析:(1)痛觉是在大脑皮层形成的。由图可知,吗啡与神经中枢中的突触前神经元膜上的受体μ结合,从而抑制突触前膜释放递质P,阻止了突触后膜上Na+通道打开,使Na+无法内流,不能形成动作电位,因此阻断痛觉形成而发挥镇痛作用。(2)长期使用吗啡,机体为了减少刺激,会使受体μ的敏感度和数量下降,从而产生对吗啡的耐受性。(3)①本实验是探究一定剂量的TTX和吗啡联合用药对吗啡耐受性的影响,因变量为痛反应时间,因此需要在实验前测定痛反应时间,与注射吗啡30 min后的痛反应时间形成对照,以说明吗啡的效果。②1组和2组的自变量为实验前是否注射吗啡,2组实验前注射吗啡,实验过程中再次注射吗啡前后的痛反应时间差明显减小,说明小鼠对吗啡产生了耐受性。③对比1、2、3组实验结果可知,3组注射吗啡前后的痛反应时间差比2组长,但比1组短,说明TTX与吗啡联合用药能一定程度上抑制吗啡耐受性产生(或降低吗啡耐受性)。
1.下列有关兴奋的传导和传递的叙述,正确的是( )
A.神经元形成静息电位的生理基础是Na+外流
B.兴奋的传导需要ATP,但兴奋的传递不需要ATP
C.动作电位产生时神经元细胞膜运输Na+不需要消耗能量
D.在反射弧中,兴奋的传导方向是双向的
C 解析:神经元静息电位为内负外正,其生理基础是K+外流,A错误;兴奋的传导和传递均需要维持神经细胞内高浓度的K+和细胞外液中高浓度的Na+,K+、Na+通过钠钾泵分别以主动运输的方式进入细胞、排出细胞,均需要消耗ATP,B错误;动作电位产生时,神经元细胞膜对Na+的通透性增加,Na+以协助扩散的方式内流形成动作电位,不消耗能量,C正确;在反射弧中,兴奋的传导方向是单向的,D错误。
2.神经元受刺激后产生的电位变化如下图所示。据图判断,下列说法错误的是( )
A.静息时,神经元内负外正的膜电位主要与K+外流有关
B.刺激后,兴奋部位的动作电位主要是Na+内流引起的
C.刺激后,膜内局部电流的方向与兴奋传导的方向相反
D.兴奋后,神经元的细胞膜又会恢复到静息电位的状态
C 解析:静息时,K+通道开放,K+外流,形成神经元内负外正的膜电位,A正确;刺激后,兴奋部位的Na+通道开放,Na+内流,形成动作电位,B正确;刺激后,膜内局部电流的方向与兴奋传导的方向相同,都是由兴奋部位传向未兴奋部位,C错误;兴奋后,神经元的细胞膜又会恢复到静息电位的状态,此时主要与K+外流有关,D正确。
3.下图表示一段离体神经纤维,A、B、C分别表示刺激位点,距离AB=BC。下列分析错误的是( )
A.刺激B点,兴奋沿神经纤维双向传导
B.同时刺激A点和C点,兴奋传至B点后停止传导
C.若神经纤维膜外K+浓度降低,则静息电位减小
D.若神经纤维膜外Na+浓度增大,则静息电位不变
C 解析:刺激B点,兴奋在神经纤维上以电信号的形式进行双向传导,A正确;AB=BC,同时刺激A点和C点,兴奋同时到达B点后会停止传导,B正确;若神经纤维膜外K+浓度降低,造成神经纤维膜内外K+浓度差增大,K+外流增强,则静息电位增大,C错误;静息电位是K+大量外流形成的,受K+浓度差影响,与神经纤维膜外Na+浓度增大无关,因此静息电位不变,D正确。
4.(2024·揭阳高二检测)短期记忆与脑内海马区神经元的环状联系有关,如图表示相关结构。信息在环路中循环运行,使神经元活动的时间延长。下列有关此过程的叙述正确的是( )
A.兴奋在环路中的传递顺序是①→②→③→①
B.M处的膜电位为外负内正时,膜外的Na+浓度高于膜内
C.N处突触前膜释放抑制性神经递质
D.神经递质与相应受体结合后,进入突触后膜内发挥作用
B 解析:由题图可知,图示为3个神经元、3个突触形成的神经元环路,在N处②的轴突末梢构成突触前膜,③的胞体构成突触后膜。兴奋在神经元之间的传递方向为轴突到树突或轴突到胞体,则图中兴奋在环路中的传递顺序是①→②→③→②,A错误;M处无论处于静息电位还是动作电位,都是膜外的Na+浓度高于膜内,B正确;信息在环路中循环运行,使神经元活动的时间延长,则N处突触前膜释放兴奋性神经递质,C错误;神经递质与相应受体结合发挥作用后被降解或回收,不进入突触后膜内发挥作用,D错误。
5.止痛药(如“杜冷丁”)并不损伤神经元的结构,在阻断兴奋传递的过程中,检测到突触间隙中神经递质(乙酰胆碱)的量不变,试推测它的作用机制是( )
A.与突触后膜释放的神经递质结合
B.与突触后膜的受体结合
C.抑制突触前膜神经递质的释放
D.抑制突触小体中神经递质的合成
B 解析:神经递质是由突触前膜释放的,作用于突触后膜,A不符合题意;止痛药与突触后膜的受体结合后,阻碍了神经递质与突触后膜上的受体结合,从而达到阻断兴奋传递的目的,B符合题意;如果抑制突触前膜神经递质的释放,则突触间隙中神经递质的量会减少,但检测到突触间隙中神经递质(乙酰胆碱)的量不变,C不符合题意;如果抑制突触小体中神经递质的合成,则突触间隙中神经递质的量会减少,但检测到突触间隙中神经递质(乙酰胆碱)的量不变,D不符合题意。
6.(2024·青岛高二检测)右图表示突触结构模式图。下列有关叙述正确的是( )
A.在a中发生电信号→化学信号的转变,该过程不消耗能量
B.③内的递质释放后,经协助扩散运输至⑥上的受体
C.兴奋由b传至c的过程中,①处膜内电流方向是b→c
D.经④释放的递质必然引起神经元d的兴奋
C 解析:在a中发生电信号→化学信号的转变,该过程需要消耗能量,如神经递质以胞吐的形式释放需要能量,A错误;协助扩散为跨膜运输方式,而③突触小泡内的递质释放后,经扩散运输至⑥突触后膜上的受体,B错误;兴奋由b传至c的过程中,膜内电流方向与兴奋传递方向相同,①处膜内电流方向是b→c,C正确;经④突触前膜释放的递质会引起神经元d的兴奋或抑制,D错误。
7.γ氨基丁酸、乙酰胆碱、去甲肾上腺素(NE)等都是常见的神经递质,它们在突触传递中担当“信使”,从突触前膜释放与突触后膜相应的受体结合后,导致突触后神经元兴奋性升高或降低;它们发挥作用后可被再回收或酶解。请回答下列问题:
(1)兴奋是以____________的形式在神经纤维上传导的,兴奋在神经纤维上的传导是______(填“单向”或“双向”)的,兴奋传导方向与膜内电流方向________;兴奋从一个神经元到另一个神经元的传递是单向的,原因是_________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)γ氨基丁酸以________方式释放到突触间隙后,与突触后膜上的特异性受体结合引起Cl-内流,突触后膜的膜外电位为________。
(3)去甲肾上腺素(NE)既是一种神经递质也是一种激素,储存NE的突触小泡与__________融合后,NE释放到突触间隙中。
(4)乙酰胆碱是兴奋性神经递质,发挥作用后立即被乙酰胆碱酯酶分解,有机磷农药能抑制乙酰胆碱酯酶的活性,据此推测发生有机磷农药中毒的病人,肌肉将____________。
(5)ATP是细胞生命活动的直接能源物质。研究表明,神经末梢突触小泡内储存着ATP并可使之释放,突触后膜上有ATP的特异性受体存在,ATP在突触间隙中可迅速被酶解清除。据此推测,ATP还具有的功能是________________________________________。
答案:(1)电信号(或局部电流或神经冲动) 双向 相同 神经递质只能由突触前膜释放,然后作用于突触后膜上
(2)胞吐 正电位
(3)突触前膜
(4)持续收缩
(5)ATP是一种神经递质(或ATP可在细胞间传递信息)
解析:(1)兴奋是以电信号(或神经冲动或局部电流)的形式在神经纤维上传导的,兴奋在神经纤维上的传导是双向的,兴奋传导方向与膜内电流方向相同,与膜外电流方向相反;兴奋从一个神经元到另一个神经元的传递是单向的,这是由于神经递质只能由突触前膜释放,然后作用于突触后膜上,而不能反向传递。(2)γ氨基丁酸作为一种神经递质,其释放到突触间隙的方式是胞吐。γ氨基丁酸被释放后经过突触间隙与突触后膜上的特异性受体结合并引起Cl-内流,进而使静息电位的绝对值变得更大,从而对兴奋的产生起到了抑制作用,因而此时突触后膜的膜外电位依然表现为正电位,说明γ氨基丁酸是抑制性神经递质。(3)去甲肾上腺素(NE)既是一种神经递质也是一种激素,储存NE的突触小泡与神经元轴突末梢处的细胞膜(即突触前膜)融合后,NE通过胞吐释放到突触间隙中,而后与突触后膜上的相应受体发生特异性结合,进而发挥调节作用。(4)乙酰胆碱是兴奋性神经递质,发挥作用后立即被乙酰胆碱酯酶分解,而有机磷农药能抑制乙酰胆碱酯酶的活性,因此有机磷农药中毒的病人,乙酰胆碱酯酶的活性受到抑制,乙酰胆碱不能被分解,进而会持续对突触后膜起作用,导致肌肉持续收缩。(5)研究表明,神经末梢突触小泡内储存着ATP并可使之释放,突触后膜上有ATP的特异性受体存在,据此可推测ATP与相应的受体结合后可起到一定的作用,而后ATP在突触间隙中可迅速被酶解清除,可知该过程中ATP是一种神经递质(或ATP可在细胞间传递信息)。
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