2.3 神经冲动的产生和传导（第一课时）-【生物讲堂】2024-2025学年高二生物上册同步备课课件（人教版2019选择性必修1）

第3节 神经冲动的产生和传导 (第一课时) 本节聚焦：1.兴奋是如何在神经纤维上传导的? 1 赛场上，发令枪一响，运动员会像离弦的箭一样冲出。现在世界田径比赛规则规定，在枪响后0.1s内起跑被视为抢跑。 （2）短跑比赛中判定运动员“抢跑”的依据是什么？ 人类从听到声音到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0.1s。 （1）运动员从听到发令枪响到做出起跑反应，信号的传导经过了哪些结构？ （2）短跑比赛中判定运动员“抢跑”的依据是什么？ 请思考以下问题： 人类从听到声音到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0.1s。 【问 题 探 讨】 兴奋在神经纤维上是怎样传导的？ 兴奋在神经元之间如何传递？ SZ-LWH SZ-LWH 任务一：探究兴奋在神经纤维上的传导形式 ①1820年电流计应用于生物电研究，在蛙神经外侧连接两个电极。两种金属导体在蛙的肌肉和神经之间建立回路，肌肉会收缩。 坐骨神经 伽尔瓦尼 一、 兴奋在神经纤维上的传导 ②使用蛙坐骨神经-腓肠肌标本进行“无金属收缩实验” ，验证生物存在电信号。 SZ-LWH SZ-LWH P27第②段 a b + + 刺激 - - 1.兴奋以电信号（神经冲动）的形式在神经纤维上传导 实验结论 SZ-LWH SZ-LWH 神经冲动在神经纤维上是如何产生的？（神经细胞膜外为什么是呈现正电位？） 资料①　无机盐离子是细胞生活必需的，但这些无机盐离子带有电荷，不能通过自由扩散穿过磷脂双分子层。 资料②　神经细胞内外部分离子浓度。 根据资料2分析上神经元和肌肉细胞膜内外Na+、K+分布特点？ 神经细胞膜外的Na+浓度高，膜内的K+浓度高。 1.兴奋以电信号（神经冲动）的形式在神经纤维上传导 任务二：探究静息电位形成的原因。 SZ-LWH SZ-LWH 生物电是如何产生的？生物体内什么物质带电？举例说明。 如何解释膜未受刺激时，膜内外就存在电位差（静息电位）？ 假设1：静息电位是K+外流导致的。 假设2：静息电位是Cl-内流导致的。 细胞外液中主要的阳离子和阴离子是 ； 细胞内液中主要的阳离子是 ， 带负电的主要是 。 膜内外离子分布不均衡是 运输所致。 理想神经元分析： 细胞外液 单位：mmol/L 3 K+ 117 Na+ 120 Cl- 0 A- 细胞内液 90 K+ 30 Na+ 4 Cl- 116 A- — — — — — + + + + + Na+和Cl- K+ 蛋白质（A-） 主动 内负外正是如何形成的？ 科学家测定了神经细胞膜内外的各种离子浓度，发现： 水是电中性的，分子是不带电的。分子溶于水发生解离（如HCl→H+＋Cl−），解离时产生的正电荷和负电荷一样多，因此，溶液也是电中性的。 对于细胞外而言整体呈电中性，对于细胞内而言，也呈电中性。 钾离子流出去的动力是什么？膜内外浓度差。浓度差越大，流出去就越多，浓度差越小，流出去越少 为什么细胞外的蛋白质含量几乎为0？ 6 1.兴奋以电信号（神经冲动）的形式在神经纤维上传导 任务二：探究静息电位形成的原因。 静息电位的表现： 内负外正 K+外流 静息时：膜对Na+ 的通透性如何？ 静息时膜对Na+ 的通透性很小。 SZ-LWH SZ-LWH 细胞内液和细胞外液整体都是电中性的（细胞内液的电中性主要靠K+和有机阴离子维持，细胞外液的电中性主要靠Na+、Cl-和HCO3-维持），离子跨膜运动对电中性的影响可忽略不计。但离子跨膜运动造成膜内侧表面负电荷积累、外侧表面正电荷积累，这是产生膜电位的原因。 资料③　1939年，赫胥黎和霍奇金将电位计的一个电极刺入细胞膜内，而另一个电极留在细胞膜外。瞬间记录仪上出现了一个电位跃变。 （1）据图文资料分析，可得出结论：未受到刺激时，细胞膜内外存在着电位差， 比 低45 mV。 膜内 膜外 （2）右图是赫胥黎和霍奇金记录的给予适宜刺激后，枪乌贼轴突的电位变化曲线图，该结果说明 。 刺激会使受刺激处膜电位发生反转， 由－45 mV变为＋40 mV SZ-LWH SZ-LWH 1.兴奋以电信号（神经冲动）的形式在神经纤维上传导 任务三：探究动作电位形成的原因。 Na+内流 动作电位的表现： 内正外负 兴奋时：膜对K+ 的通透性如何？ 对K+通透性低于Na+ 兴奋时电信号是如何产生的？ SZ-LWH SZ-LWH 兴奋部位 未兴奋部位 未兴奋部位 任务四：探究电信号是如何产生的。 在箭头处给予离体神经纤维适宜的刺激，根据神经元结构与功能绘制兴奋传导方向示意图（电荷在膜内外移动的方向）。 膜外: 未兴奋部位 兴奋部位 膜内: 兴奋部位 未兴奋部位 （电位变化和局部电流存在什么联系？） 兴奋部位与未兴奋部位之间由于电位差发生电荷移动形成局部电流。如此依次进行下去，兴奋不断地向前传导，后方恢复静息电位。 本质：局部电流刺激未兴奋部位的Na+通道开放，Na+内流。 SZ-LWH SZ-LWH ⑤如图表示兴奋在离体神经纤维上的传导过程，请思考下列问题： (1)图中膜内、外都会形成局部电流，请说出它们的电流方向(用字母和箭头表示)。 (2)在此情况下兴奋传导的方向是怎样的(用字母和箭头表示)？ 。 (3)根据(1)和(2)，分析兴奋传导的方向与哪种电流方向一致？兴奋的传导有什么特点？ 膜内的电流方向是a←b→c，膜外的电流方向是a→b←c。 a b c a←b→c 兴奋传导的方向与膜内局部电流方向一致。 双向传导 1.兴奋以电信号（神经冲动或局部电流）的形式在神经纤维上传导 SZ-LWH SZ-LWH 图1 反射弧中的某一神经 图2 离体的枪乌贼某一神经 观察分析：这两个图有什么不一样？为什么？ 注意：在生物体内，通常兴奋来自感受器，因此，兴奋在生物体内的反射弧上的传导是单向传导，而刺激离体的神经纤维中间任意一点，兴奋沿神经纤维双向传导. SZ-LWH SZ-LWH 一 丹麦生理学家斯科（Jens C.Skou）等人发现，钠钾泵是一种钠钾依赖的ATP酶，能分解ATP释放能量，将膜外的K+运进细胞，同时将膜内的Na+运出细胞。细胞内K+浓度高，细胞外Na+浓度高，正是由钠钾泵维持的。 Na+进细胞，K+出细胞：协助扩散 Na+出细胞，K+进细胞：主动运输 （钠钾泵） 思考：神经细胞每兴奋一次，会有部分Na+内流和部分K+外流，长此以往，神经细胞膜内高K+膜外高Na+的状态将不复存在。这个问题是如何解决的呢？ K+ 内负外正 Na+ 内正外负 正 负 正 负 电信号 兴奋 动作电位 电位差 总结归纳： 兴奋在神经纤维上的传导 思考： （1）已经兴奋过的部位电位如何变化？ 恢复静息电位 （2）恢复静息电位的机理是？ K+外流增大，Na+内流减少. K+通道大量开放，Na+通道大量关闭 SZ-LWH 兴奋部位与未兴奋部位之间由于电位差发生电荷移动形成局部电流。如此依次进行下去，兴奋不断地向前传导，后方恢复静息电位。 艾伦·劳埃德·霍奇金 英国生理学家 直径可达1mm 霍奇金和朋友科尔用100微米的玻璃毛细管从断端纵向插入枪乌贼的巨大神经纤维，并在细胞外安置参考电极用以测定静息电位和动作电位。 是研究生物电的理想材料 如何操作？ 任务五：如何测定静息电位和动作电位。 资料④：乌贼神经细胞轴突电活动实验 若想通过实验测量枪乌贼神经纤维的静息电位和动作电位。请在下图的电压表选择合适的实验位点（a、b、c点）连接。 连接a、c，无刺激性，可测静息电位。刺激时，可测动作电位。 连接a、b，无刺激时，指针不偏转；刺激时，可测动作电位。 任务五：如何测定静息电位和动作电位。 测量方法 测量图解 测量结果 测量目的 电表两极均置于神经纤维膜外侧     电表两极分别置于神经纤维膜的内侧和外侧     拓展：膜电位的测量方法及膜电位差变化曲线 膜内外存在离子浓度差，起点不为0，可测量静息电位和动作电位。 两电极位于膜同侧，离子浓度相等，起点为0，只能测量动作电位。 电位差=内-外 电位差=左-右 由 引起，处于 ：内负外正. d c 拓展：膜电位的变化曲线解读 ①a点之前 K+外流 静息电位 ②ac段 Na+通道开放，Na+内流，但电位未逆转。 ③c点 Na+通道继续开放，动作电位形成：内正外负 ④cd段 ——一次兴奋完成后 钠钾泵活动增强，将流入的Na+泵出膜外,流出的K+泵入膜内,以维持细胞外Na+浓度高和细胞内K+浓度高的状态,为下一次兴奋做好准备。 刺激 零电位 ⑤de段 K+通道开放，静息电位恢复中. ⑥ef段 ——静息电位 ——静息电位的恢复 动作电位的形成 电位差=内-外 电位差=膜内电位-膜外电位 易错辨析： 1.a点之前，K+外流达到平衡，此时细胞内外K+浓度趋于一致。（ ） 2.d点时，Na+内流达到平衡，细胞内外Na+浓度趋于一致。（ ） 3.神经细胞兴奋后恢复为静息状态消耗ATP。（ ） 4.Na+-K+泵只在ef段起作用。（ ） 特别强调： 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+浓度始终比膜外高，Na+浓度始终比膜外低。 d c ③整个过程中，动作电位的传导不会随着时间而衰减。 思考：细胞外液中Na+和K+浓度变化对静息电位和动作电位有影响吗？ 有影响 Na+浓度只影响动作电位的峰值， K+浓度只影响静息电位的绝对值 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   静息电位不变，动作电位的峰值变大 静息电位不变，动作电位的峰值变小 静息电位绝对值变小 静息电位绝对值变大 能力训练： 1.将神经细胞置于相当于细胞外液的溶液S中，适当降低溶液S中的钠离子浓度，给予适宜刺激,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．动作电位峰值升高 C．静息电位值增大 D．动作电位峰值降低 D 2.右图中实线是神经纤维膜电位变化正常曲线，虚线是经某种方式处理后，神经纤维膜电位变化异常曲线。则该处理方式是(　　) A．降低培养液中的Na＋含量 B．降低培养液中的K＋含量 C．药物处理阻断Na＋通道 D．药物处理阻断K＋通道 B 3.（多选）细胞所处的内环境变化可影响其兴奋性、膜电位达到阈电位（即引发动作电位的临界值）后，才能产生兴奋。如图所示，甲、乙和丙表示不同环境下静息电位或阈电位的变化情况。下列叙述正确的是（     ）    A．正常环境中细胞的动作电位峰值受膜内外钠离子浓度差影响 B．环境甲中钾离子浓度低于正常环境 C．细胞膜电位达到阈电位后，钠离子通道才开放 D．同一细胞在环境乙中比丙中更难发生兴奋 ABD 动作电位的产生主要与钠离子顺浓度梯度内流有关，细胞内外钠离子浓度差会影响动作电位峰值. 钾离子外流增多，静息电位的绝对值增大，环境甲中钾离子浓度低于正常环境. 细胞膜电位达到阈电位前， 钠离子通道就已经开放. 分析题图可知，与环境丙相比，细胞在环境乙中阈电位与静息电位的差值更大，受到刺激后更难发生兴奋. 4.利用不同的处理使神经纤维上膜电位产生不同的变化，处理方式及作用机理如下： ①利用药物Ⅰ阻断Na＋通道 ②利用药物Ⅱ阻断K＋通道 ③利用药物Ⅲ打开Cl－通道，导致Cl－内流 ④将神经纤维置于低Na＋溶液中 不产生动作电位—乙 动作电位后静息电位无法恢复—丙 使静息电位幅度更大—丁 形成动作电位幅度变小—甲 5.如图所示，当神经冲动在轴突上传导时，下列叙述错误的是 A.甲区与丙区可能刚恢复为静息电位状态 B.乙区发生了Na＋内流 C.乙区与丁区间膜内局部电流的方向是从乙到丁 D.据图可判断神经冲动的传导方向是从左到右 D （教材P31 拓展应用1）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。 联系实际 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。 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？ 25 $$