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3节 神经冲动的产生和传导 第2章 神经调节 现在世界短跑比赛规则规定，在枪响后0.1s内起跑被视为抢跑。这个“抢跑”规定的生物学依据是什么？ 人类从耳朵接受刺激到肌肉作出反应起跑需要经过反射弧的各个结构，完成这一反射活动所需的时间至少需要0.1 s。 。 2 苏炳添是第一位进入奥运百米决赛的亚洲人，他以9.98秒的成绩获得第六名，创造了历史。他的决赛起跑反应时间仅为0.167秒。 兴奋经过了：感受器（耳）→传入神经（听觉神经）→神经中枢（脊髓、大脑皮层）→传出神经→效应器（肌肉）等结构的传导 疑问： ①兴奋的实质是什么？它是如何产生的？ ②兴奋是以什么形式在神经纤维上传导的，从而使反射活动能如此迅速完成？ 3 一 兴奋在神经纤维上的传导 坐骨神经 腓肠肌 (意大利)伽尔瓦尼 伽尔瓦尼实验 P32 人类第一次将电现象与生命活动联系起来，他在论文中宣称动物的组织可产生生物电。 用电流计测出了肌肉电流，证明了生物电的存在 4 一、兴奋在神经纤维上的传导 一 1.蛙坐骨神经表面电位差实验 P27 科学家做过如下实验：在蛙的坐骨神经外表面不同位置上放置两个微电极，并将它们连接到一个灵敏电流计上。 实验结果; ①静息时,电表_____测出电位差,说明静息时神经外表面各处电位______ 没有 相等 ②在图示神经的左侧的一端给予刺激后一段时间，______刺激端的电极处（a处）先变为___电位，接着____________ 靠近 恢复正电位，指针不偏转 负 ③一段时间后，远离刺激端的另一电极（b处）变为____电位 负 ④接着b处又_____________ 恢复为正电位 蛙的坐骨神经表面电位变化实验 均为正电位 电流从正电位到负电位，电流计指针向左偏转 b处仍未正电位 指针向右偏转 一 兴奋在神经纤维上的传导 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。 + + - + + - + + ① ② ③ ④ a b a b a b a b 神经冲动在神经纤维上是怎样产生和传导的？ 共发生了两次方向相反的偏转 7 静息时神经元细胞膜内、外某些离子的浓度 细胞类型 细胞内浓度（mmol/L） 细胞外浓度（mmol/L） Na+ K+ Na+ K+ 枪乌贼神经元轴突 50 400 460 10 蛙神经元 15 120 120 1.5 一 一 兴奋在神经纤维上的传导 神经细胞外的Na+浓度比膜内要高，K+浓度比膜内低。 红细胞是不... text has been truncated due to evaluation version limitation. 8 一、兴奋在神经纤维上的传导 静息状态 静息时，膜对K+的通透性大，造成K+外流，使膜外的阳离子总浓度高于膜内，出现内负外正的现象，叫静息电位。 膜上的钾离子通道蛋白大量打开 9 一、兴奋在神经纤维上的传导 在受到刺激时，细胞膜对Na+的通透性增加，造成Na+内流，使膜内的阳离子总浓度高于膜外，出现内正外负的现象，叫动作电位，此部位称为兴奋部位。 动作电位 Na+通道蛋白打开， Na+协助扩散内流 刺激 兴奋部位 未兴奋部位 由于邻近的未兴奋部位仍然是 ，因此在兴奋部分与未兴奋部位之间由于 的存在而发生 的定向移动，这样就形成了由 电位到 电位的 。 局部电流方向：在膜外由 部位流向 部位，膜内由 部位流向 部位，从而形成了局部电流回路。 内负外正 电位差 电荷 正 负 局部电流 未兴奋 兴奋 兴奋 未兴奋 11 受刺激部位因钠内流形成 11 一、兴奋在神经纤维上的传导 局部电流刺激相邻未兴奋部位发生同样的电位变化，如此进行下去，将兴奋向前传导，后方又恢复为静息电位。P28 兴奋的传导与恢复 膜内、膜外的局部电流都理解成正电荷的定向移动 12 ②动作电位： 电位： 原因： ①静息电位： 电位： 原因： 内负外正 K+外流 内正外负 Na+内流 小结：兴奋在神经纤维上的传导 ③-④兴奋的传导 膜内局部电流方向： 膜外局部电流方向： 思考： 静息状态时一直要K+外流，而每传来一次兴奋就内流进来一些Na+。 如果只发生K+外流或Na+内流，各离子的内外梯度就会不断减少，直至无法发生被动运输 兴奋部位→未兴奋部位 未兴奋部位→兴奋部位 ①K+在整个过程中都是由高浓度到低浓度运输,K+外流需要通道蛋白的协助,属于被动运输(协助扩散); ②Na+在动作电位产生时内流,Na+的内流需要通道蛋白,同时从高浓度到低浓度运输,故属于被动运输(协助扩散); 细胞膜上有结构叫Na+-K+泵，它每消耗一个ATP分子,能逆浓度梯度泵出3个Na+和泵入2个K+。 Na+-K+泵将流入的Na+泵出膜外,将流出的K+泵入膜内,始终维持细胞外Na+浓度高和细胞内K+浓度高的状态,该过程属于主动运输,需消耗能量。 我们不用担心 14 ①在反射过程中 ②在离体的神经纤维上 传导方向：__________ 传导方向：__________ 单向传导 双向传导 思考：为什么？ 在生物体内自然状况下，兴奋总是最先刺激到传入神经的树突末梢（感受器），因此在体内的反射过程中，兴奋只能从感受器传到效应器，因此是单向传导的。 思考：为什么？ 在离体条件下，人为刺激神经纤维中部后，会形成兴奋区，而两侧临近的未兴奋区与该兴奋区都存在电位差，都可以产生电荷移动，形成局部电流，因此可以双向传导 思考：关于兴奋传导方向的问题（答单向还是双向） b、d点 ，电表 发生偏转。 点先兴奋， 点后兴奋，电表发生 次相反偏转(即先向 后向 偏转) 1.刺激a点: 2.刺激c点: b d 两 同时兴奋 不 左 右 思考：兴奋在神经纤维上传导与电流表指针偏转问题 3.刺激c点: 点先兴奋， 点后兴奋，电表发生 次相反偏转(即先向 后向 偏转) b d 两 左 右 思考：兴奋在神经纤维上传导与电流表指针偏转问题 拓展训练 测量方法 测量图解 测量结果 电表两极分别置于神经纤维膜的外侧和内侧 思考：关于电流计和电位变化曲线类问题 纵坐标膜电位的含义：为膜内电位减去膜外电位，因此刺激前的静息电位值为负。 刺激 ①a点之前 ——静息电位 ②ac段 ——动作电位的形成 ③ce段 ——静息电位的恢复 ☆膜电位差变化曲线解读☆ K+外流：协助扩散 Na+内流：协助扩散 吸K+排Na+：主动运输，需消耗能量 K+外流：协助扩散 ④ef段 —— 一次兴奋完成后，为下次兴奋做准备 特殊强调： ①整个过程中，钠钾泵一直在发挥作用，并非只有ef段； ②整个过程中，细胞膜内K+始终比膜外多，Na+始终比膜外少； 19 思考：静息电位值和动作电位的峰值取决于什么？ 浓度变化 静息电位或动作电位的变化 细胞外Na+浓度增加   细胞外Na+浓度降低 细胞外K+浓度增加 细胞外K+浓度降低   动作电位的峰值变大，静息电位不变 动作电位的峰值变小，静息电位不变 静息电位绝对值变小 静息电位绝对值变大 解读了趋势，我们再来分析最值 分别取决于K+外流和Na+内流的量，都作为协助扩散的方式，他们的量又分别取决于该种离子的细胞内外梯度（浓度差）。 【典例】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。适当升高溶液S中的Na+浓度，测量该细胞的静息电位和动作电位，可观察到（ ）。 A．静息电位值减小 B．静息电位值增大 C．动作电位峰值升高 D．动作电位峰值降低 C 正常海水 低Na+海水 将神经元分别置于正常海水和低Na+海水中，分别测得其静息电位和动作电位如下图 静息电位与Na+无关 115 21 一 【即时训练1】判断正误 1.兴奋在离体神经纤维上能以电信号的形式双向传导。( ) 2.静息时,神经细胞膜对K+的通透性低于Na+。( ) 3.动作电位的形成由Na+内流引起,不消耗能量。( )  4.静息电位是由K+外流形成的,外流的方式为主动运输。( )   5.神经纤维受到刺激后，膜内和膜外的局部电流方向相反。( ) 6.在完成反射活动的过程中，兴奋在神经纤维上的传导方向是双向的 ( ) √ × √ × √ × 练习与应用 概念检测 还有间脑，... text has been truncated due to evaluation version limitation. 兴奋在神经纤维上的传导 膜电位 传导方式 特 点： 静息电位 动作电位 钾离子外流 外正内负 影响因素：钾离子的浓度差 协助扩散 钠离子内流 外负内正 影响因素：钠离子的浓度差 电信号（神经冲动） 电流方向 膜内：与兴奋传导方向相同 膜外：与兴奋传导方向相反 双向传导 注：在反射弧中，兴奋是单向传递的 无需能量，需通道蛋白 这些认知都是站在科学巨匠们的肩膀上 课堂小结 动作电位的发现 霍奇金 赫胥黎 1963年，霍奇金和赫胥黎因在动作电位发生机制上的卓越工作与另一位神经生理学家埃克尔斯共同获得诺贝尔生理学与医学奖。 埃克尔斯 了解到动作电位如何产生，和兴奋如何沿一个神经元的神经纤维上传导之后，科学家们的探索并没有停下，还有问题亟待解决…… 24 二、兴奋在神经元之间的传递 一条反射弧由2个及以上神经元组成，而相邻的两个神经元并不是直接接触的（无法直接以电信号的形式传导过去） 25 1. 突触小体：神经元的轴突末梢经多次分支，最后每个小枝末端膨大，呈杯状或球状。 轴突末梢 突触小体 26 2. 突触 ①概念：突触小体可以与其他神经元的胞体或树突等相接近，共同形成突触。 而把红色所圈出的范围叫突触 27 轴突—胞体型 轴突—树突型 2. 突触 ②突触类型 神经元之间 轴突—肌肉细胞、 轴突—腺体细胞 也可以视作突触 判断突触个数： 有2个轴突—树突型，有1个轴突—胞体型，⑤是神经-肌肉接头 ③ 4个 无论具体是哪种类型，突触的基本结构有哪些呢？ 突触 突触小体 轴突 线粒体 突触小泡 突触前膜 突触间隙 突触后膜 (内含神经递质) ——轴突末端突触小体的膜 突触前膜 突触后膜 细胞体膜 树突膜 肌肉/腺体细胞膜 ——突触前膜相对应其他神经元的 或 或 。 突触间隙 ——内有组织液 2. 突触 ③结构 30 3. 传递过程 Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ 突触前神经元 突触后神经元 突触间隙 突触后膜 突触前膜 神经递质 突触小泡 31 神经递质释放的运输方式是_____，_____消耗能量，_______转运蛋白，体现了细胞膜__________________； 突触小泡的形成与_________(细胞器)有关，胞吐过程中需要的能量主要来自_______(细胞器) 胞吐 需要 不需要 具有一定的流动性 ➊兴奋到达突触前膜所在的神经元的轴突末梢，引起突触小泡向突触前膜移动并释放神经递质（化学物质）。 高尔基体 线粒体 突触前膜信号转换： 信号→ 信号 3. 传递过程 电 化学 32 神经递质通过突触间隙的运到突触后膜的方式为_____，_______消耗能量,其快慢与__________________等有关。 ❷神经递质通过突触间隙扩散到突触后膜的受体附近。 扩散 不需要 神经递质的浓度 3. 传递过程 物理意义上的扩散（分子热运动），不是生物学跨膜运输时讲的自由扩散、协助扩散 33 神经递质与受体的结合具有_____性； 受体的化学本质是_______________； 神经递质与受体结合，体现了细胞膜的功能:______________________。 特异 糖蛋白 进行细胞间的信息交流 ❸神经递质与突触后膜上的受体结合。 突触后膜信号转换： ❹突触后膜上的离子通道发生变化，引发电位变化。 ❺神经递质被降解或回收。 3. 传递过程 化学信号→电信号 11 1 34 4. 传递形式 突触前膜： 突触后膜： 突触： 为什么传递速度比在神经纤维上传导要慢？ 电信号→化学信号→电信号 由于突触处的兴奋传递需要通过化学信号的转换 P29 电信号→化学信号 化学信号→电信号 兴奋通过反射弧的时间长短主要取决于 的数量，而不是神经元的 。 突触 长短 35 单向传递 5. 传递特点 原因：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。☆☆ 36 6. 神经递质 （1）主要有：乙酰胆碱、氨基酸类（如谷氨酸、甘氨酸）、5-羟色氨、多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素等。 （小分子物质） （2）释放方式：胞吐 （3）作用：作为信息分子，引发突触后膜电位变化，引起下一个神经元兴奋或抑制 小分子物质却是胞吐的特例，意义是能在短时间内释放大量递质 37 6. 神经递质 兴奋性递质 抑制性递质 与特异性受体结合后，使Na+通道打开，Na+内流，后膜产生动作电位，后神经元兴奋 与特异性受体结合后，使Cl-通道打开，Cl-内流，强化了内负外正的静息电位，使后膜难以兴奋，表现为抑制作用 （4）种类 根据其作用可分为两类……使内负外正的更多了，强化了静息状态而更不容易兴奋了 38 （5）去向：神经递质与受体分开后，迅速被降解或回收进细胞，以免持续发挥作用。 6. 神经递质 思考：如果持续的发挥作用的话，将有什么后果？ 有机磷农药和一些神经毒剂可抑制乙酰胆碱酶的活性，乙酰胆碱持续和受体结合，使突触后神经元持续兴奋，症状表现为肌肉痉挛 39 想一想，如果阻断了神经递质的释放，会有什么结果？ 肉毒杆菌毒素是世界上最毒的蛋白质之一。纯化结晶的肉毒毒素1mg能杀死2亿只小鼠。 通过注射微量肉毒素，阻断兴奋向肌肉细胞的传递，肌肉细胞无法收缩，可在一段时间消除皱纹或避免皱纹生成 作为一种神经毒素，注射于局部后能阻止突触小体乙酰胆碱的释放，从而阻断兴奋由神经对肌肉的传递。 现在你可以推测麻醉的可能原理？ 药物抑制突触小泡释放递质，兴奋不能传递 某些物质可以和递质竞争性地与受体结合，阻断兴奋在神经元之间的传递，比如箭毒分子 40 总结：兴奋在神经纤维上传导与神经元之间传递的比较 项目 神经纤维上的兴奋传导 神经元之间的兴奋传递 涉及细胞数 个神经元 个神经元 结构基础 形式 信号 信号→ 信号→ 信号 方向 可 向传导 向传递 速度 效果 使 部位兴奋 使 神经元兴奋或 ； 1 多 神经纤维 突触 电 电 化学 电 双 单 迅速 较慢 未兴奋 下一个 抑制 （1）刺激b点，由于兴奋在突触间传递速度比在神经纤维上传导要慢，a点先兴奋，d点后兴奋，电流表指针发生两次方向相反（先左后右）的偏转； （2）刺激c点，兴奋不能传递到a点，只能单向传导到d点兴奋，电流表指针发生一次偏转。 拓展：兴奋传导和传递过程中电流计指针偏转问题 三、滥用兴奋剂、吸食毒品的危害 讲的是快但是他的重要性毋庸置疑 43 1. 某些化学物质能够对神经系统产生影响 （1）作用位点：往往是突触 （2）作用机理： ①有些能促进神经递质的合成和释放速率 ②有些会干扰神经递质与受体的结合 ③有些会影响分解神经递质的酶的活性 兴奋剂和毒品等也大多是通过突触起作用的 44 2. 兴奋剂与毒品 （1）兴奋剂：原是指能提高中枢神经系统机能活动的一类药物，如今是运动禁用药物的统称。具有增强人的兴奋程度、提高运动速度等作用。 （2）毒品：《中华人民共和国刑法》第357条规定：毒品是指鸦片、海洛因、冰毒、吗啡、大麻、可卡因以及国家规定管制的其它能够使人形成瘾癖的麻醉药品和精神药品。 45 冰毒 可卡因 吗啡 摇头丸 海洛因 鸦片 各类毒品 46 3. 可卡因 （1）可卡因既是一种兴奋剂也是一种毒品。它会影响大脑中与愉快传递有关的神经元，这些神经元利用神经递质——多巴胺来传递愉悦感。 ①在正常情况下，多巴胺发挥完作用后会被突触前膜上的转运蛋白从突触间隙回收； ②吸食可卡因后，可卡因会使转运蛋白失去回收多巴胺的功能，于是多巴胺就就留在突触间隙持续发挥作用，对突触后膜过多刺激。 ③导致突触后膜上多巴胺受体减少 ④当可卡因药效失去后，由于多巴胺受体减少，机体正常的神经活动受到影响，服药者就必须服用可卡因来维持这些神经元的活动，于是形成恶性循环，毒瘾难戒 （2）可卡因的上瘾机制 48 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，A有某副交感神经支配，B没有该神经支配 。 A B 学科网原创 思维训练 49 A B 由此，科学家得出结论：该神经释放一种化学物质，这种物质可以使心跳变慢。 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？ A、B心脏均变慢 推断假说与预期 思维训练 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。 提出假说：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。 实验预期：从A心脏的营养液中取一些液体注入B心脏的营养液中，B心脏的跳动也会减慢。 推断假说与预期 思维训练 提出问题：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？ 提出问题 提出假说 实验预期 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：根据已有的知识对现象背后原因的尝试性解释，或者是对探究的问题的一种尝试性回答。 实验预期：在假说成立的逻辑前提下，对检验假说的实验结果做出推测。 推断假说与预期 思维训练 52 Lavf58.51.100 $$