五问兴奋的传导和传递过程论文.pdf

幸 圭 捆 客 教 学 链 接 奋的传导和传递过程 广东 省恩 平市 第 一中 ( 5 2 9 4 0 0 ) 岑东照 摘要本文对兴奋的传导和传递过程中 5个常见问题进行 了分析 ， 并通过 实例说 明了相应知识在 试题 中的应用。 关键 词刺 激 ； 电位 ； 突触 ； 兴奋 文章编号1 0 0 5 2 2 5 9 ( 2 0 1 2 ) 5 0 0 3 5 0 3 兴奋的产生及其传导和传递过程是高 中生物学 中的重点和难点问题， 也是高考常考的知识点之一。 对这一内容 ， 教材中虽然已用文字结合图片进行过解 释 ， 但受各种因素的制约 ， 对相应机理 的前 因后果没 有作出深层次的分析 ， 而在练习题甚至高考题中又涉 及相应 的内容 ， 针对这一问题笔者结合题 目对相应内 容作以介绍， 仅供大家参考。 1 神经纤维受到刺激肯定会产生电位变化吗? 人教版教材必修 3 稳态与环境 中这样描述： “ 当神经纤维某一部分受到刺激时， 这个部位 的膜两 侧出现暂时性的电位变化” 很多学生阅读到这里 时会误认为由于神经纤维非常敏感 ， 只要一受到刺激 就会产生电位变化。其实 ， 这种认识是错误的。在王 玢和左明雪主编的 人体及动物生理学 第 3版中介 绍 ： “ 欲引起组织兴奋 ， 必须使刺激达到一定的强度并 维持一定的时间。 ” 即刺激必须达到或者超过一定 的 强度( 阈值) 才能引起组织兴奋 ， 低于阈值则组织细胞 不能产生兴奋。 2 神经纤维上电位是怎样产生和传导的? 2 1 静息电位的产生机理 细胞内外的离子浓度存在差异 ， 细胞 内 k 浓度 比细胞外高 ， n a 浓度 比细胞外低。离子在细胞中的 这种分布不均是靠 n a 一 k 泵维持的。n a 一 k 泵 每消耗一分子的 a t p可以逆浓度梯度将 3个 n a 泵 出细胞 ( 主动 运输 ) ， 将 2个 k 泵进 细胞 ( 主 动运 输) 。这样就使膜内外出现 n a 和 k 两个相反的浓 度梯度 。由于 k 的有效直径很小 ， 加上细胞 内外 的 浓度梯度很大和细胞膜对 k 的通透性 比较大 ， 因此 ， 很容易顺浓度梯度流 出细胞。虽然 n a 的直径也很 小 ， 浓度梯度也很大 ， 但细胞膜对它的通透性较低 ， 能 顺浓度梯度流进细胞 内的数 目很少。而且进入膜内 的 n a 又不断地被 n a 一k 泵泵出 ， 与此 同时又有 k 泵入作为交换 ， 这样就会使膜外 的正电荷多于膜 内。此外 ， 细胞 内还有很多带负 电荷的大分子， 这些 大分子不能穿过细胞膜而留在细胞 内， 排斥膜外负离 子的进入 ， 进一步强化 了膜 内的负电性 。因此， 静息 电位主要是 由 k 的外流而导致的， 表现为膜外为正 ， 膜内为负。 用 2个玻璃微 电极 ， 一个接在细胞表面 ， 一个插 入细胞内， 测 出膜 内外一般有 7 0 m v的电位差 ， 由于 膜内是负电性 ， 习惯写成 一7 0 m v。这时细胞处于静 息状态 ， 故一般的静息 电位标记为 一7 0 m v。 例 1 ( 2 0 1 1年深圳一模第 3题 ) 静息时 ， 大多数 神经细胞的细胞膜 ( ) a 对阴离子的通透性比较大 ， c l 一 大量流出膜外 b 对 阳离子的通透性 比较大， n a 大量流出膜外 c 对 n a 的通透性 比较小 ， 对 k 通透性比较大 d 对 n a 的通透性比较大 ， 对 k 通透性 比较小 解析静息时 ， 细胞 膜对 k 的通 透性 比较大 ， n a 的通透性 比较小 ， 大量 k 外流 ， 加上细胞 内有大 量 的带负电荷 的大分子 ， c l 一 很难流人， 所以选 c项。 2 2 动作电位产生的机理 在神经、 肌肉细胞的细胞膜上存在着 由亲水性强 的蛋白质分子构成的 n a 通道和 k 通道 ， 这些通道 岑东照( 1 9 8 3一 ) ， 男， 中学一级教师， em a i l ： e e n 1 9 8 3 1 6 3 e o m e ma il ： b i o 8 5 3 0 8 0 0 9y a h o o c n 牛 圭 捆表 教 学 链 接 在静息状态时是关闭的， 当细胞受到的刺激达到最低 有效强度时 ， 这些离子通道就会被激活 ， 那么膜对相 应离子 的通透性就会增大， n a 通道 比较敏感 ， 几乎 立即被激活 ， 使大量的 n a 顺浓度梯度 内流 ， 这个过 程不消耗 a t p ( 协助扩散) 。这样 ， 膜两侧的静息电位 差急剧减小 ， 失去极性 ( 去极化) 又使更多的 n a 通道 打开 ， 更多的 n a 流 人细胞。这是 一个正反馈 的过 程。直至膜内正电位足以阻止 n a 继续 内流为止 ， 这 时膜两侧的电位差相当于 n a 平衡 电位。因此 ， 此时 膜的电位 由静息时的 一 7 0 m v变为 0 ， 并继续转变为 +3 5 m v。此时， n a 通道会逐渐关闭， 在膜 的极性并 未恢复到静息电位前 ， 关闭的 n a 通道是处于失活状 态的( 不应期) 。这时 k 通道受激活打开， 通透性也 增加 ， k 顺浓度梯度从膜 内流 出( 不消耗 a t p ， 协助 扩散) ， k 的外流增 多， 起抵 消 n a 内流所引起的去 极化作用 ， 膜内恢复原来 的负电位 ， 膜外也恢复原来 的正电位( 再极化) ， 即恢复静 息电位。因此 ， 动作电 位 的产生是 n a 、 k 通道被激活 ， 膜对它们的通透性 先后增高而引起 的( 主要由于 n a 的内流) 。 例 2 ( 2 0 1 1年高考理综浙江卷第 3题) 图 1为 离体实验条件下单条神经纤维的动作电位示意 图， 下 列叙述正确的 ( ) a a b的 n a 内流是需要消耗能量 的 b b c段的 n a 外流是不需要消耗能量的 c c d段的 k 外流是不需要消耗能量的 d dc 段 的 k 内流是不需要消耗能量的 + 耋 时 间 ms 图 1 解析此题考查动作电位产生的机理 ， 该 内容是 这几年高考的主要考点之一 ( 如 2 0 0 9年 山东卷第 8 题 、 2 0 1 0年全 国卷第 5题 、 2 0 1 1年海南 卷第 8题 ) 。 据图 1 所示 ， a 点之前为静息电位 ， 即为极化状态 ， 由 k 外流所致 ， 而此时 k 的外流不需要 消耗能量 ， 属 于协助扩散 。ab段是去极化的过程 ， 由 n a 内流 所致 ， 不 消耗能量 ， 是协助扩散 ， 故选项 a错误 ； b c段属于去极 化至最 大动作 电位 的过 程 ， 其 实质仍 然是 n a 顺浓 度梯度 内流 ， 故选项 b错误 ； cd段 为从 最大动作 电位恢 复的过程 ， 实质 与 de段相 同， 为 k 外流所 致 ， 不 消耗 能量 ， 是协 助扩散 。故 选项 d错误 ， 选项 c正确 。 2 3 神经冲动的传导过程 当神经纤维的某一点受到足够强的刺激后 ， 会使 n a 内流 、 k 外流 ， 该位点的电位由原来的外正 内负 转变为外负内正。这样 它和左右两邻之间都会 出现 电位差。于是左右两邻 的膜也会 出现通透性 的变化 ， 发生动作电位。如此连锁反应 出现 电位的变化 即电 荷的移动形成局部电流， 就是神经冲动的传导 。 3 兴奋在突触间只能通过神经递质传递吗? 在教材 中只介绍了通过神经递质 的传递方式 ， 即 化学突触。其实在生物体 内还存在着两个神经元 之 间的突触间隙 ( 2 0 r i m一3 0 n m) ， 间隙很小 ， 因而阻 力很低 ， 神经 冲动和离子交换可 以横过 此类 间隙进 行 ， 这类突触称为电突触。电突触 的特点是 ： 速度快 ， 双向传导。 例 3 ( 2 0 1 0年广州模拟) 根据神经 冲动通过突 触的方式不同， 突触可分为化学突触和电突触两种 ， 电 突触的突触间隙很窄， 在突触前膜 内无突触小泡 ， 间隙 两侧的膜是对称的， 形成通道， 带电离子可通过通道传 递电信号。以下关于电突触的说法不正确的是( ) a 神经冲动通过电突触的传递速度较化学突触快 b 形成电突触 的两个神经元 中任何一个产生神 经冲动均可通过突触传递给另一个神经元 c 神经递质阻断剂可以阻断神经冲动通过 电突 触的传递 d 神经冲动通过 电突触 的传递可使细胞内 a d p 的含量增加 解析电信号 的传导速度 比化学信号 的传递速 度要快 ； 电信号是双 向传 导的； 在电信 号的传导过程 中消耗 a t p； 神经递质属于化学信号 。故选 c 。 4 神经递质和受体特异性结合后都能引起下一个神 经元兴奋吗? 虽然教材提到神经递质和突触后膜的受体结合 后会使下一个神经元兴奋或抑制。但具体怎样起抑 制作用却没有介绍。其实， 根据突触对下一个神经元 机能活动的影响不同可以分为两类 ： 兴奋性突触和抑 制性突触。如果神经递质 和突触后膜上的受体特异 性结合后能够提高 n a 、 k ， 特别是 n a 的通透性 ， 使 n a 内流 ， 发生去极化而兴奋的称 为兴奋性 突触。 ema il ： b io 8 5 3 0 8 0 0 9 y a h o o c r 反之， 如果神经递质和突触后膜上的受体特异性结合 后 ， 提高了膜对 k 、 c l 一 的通透性 ， 特别是 c r 的通透 性 ， 使 c l 一 大量内流 ， 膜 的电位差增大 ， 出现超极化 的 称为抑制性突触。此时， 该神经元不 易去极化 ， 不易 发生兴奋。 例 4 ( 2 0 1 1年朝 阳模拟 ) 氨基丁酸 ( g a b a) 作 为哺乳动物中枢神经系统中广泛分布的神经递质 ， 在 控制疼痛方面的作用不容忽视， 其作用机理如图2所 示 。请回答有关问题 ： 图 2 ( 1 ) g a b a在突触前神经细胞内合成后 ， 储存在 内， 以防止被胞浆 内其他酶系破坏。当兴奋 抵达神经末梢时， g a b a释放 ， 并与位于图 2中 上的 g a b a受体结合， 该受体是膜上某些离子的通 道 ， 当 g a b a与受体结合后 ， 通道开启 ， 使 阴离 子 内 流 ， 从而 突触后神经细胞动作 电位的产生。 上述过程体现出细胞膜具有 的功能。如果 将 g a b a离子施加到离体神经细胞上 ， 可引起相 同的 生理效应 ， 从而进一步证明 g a b a是一种 性 的神经递质。 ( 2 ) 释放 的 g a b a可被体 内氨基 丁酸转 氨酶降 解而失活。研究发现， 癫痫病人体内g a b a的含量不 正常 ， 若将氨基丁酸转氨酶的抑制剂作为药物施用于 病人 ， 可缓解病情。这是 由于 ， 从而可抑制癫痫病人异常兴奋的形成。 ( 3 ) 图2中麻醉剂分子嵌入的结构是 ， 它 的嵌入起到了与 g a b a一样的功能， 从 而可 ( 缩短 延长) 该离子通道打开的时间， 产生麻醉效果。 解析神经递质存在于突触小泡中。静息电位 时 ， 细胞膜 内外的电位表现为外正 内负。g ab a与受 体结合， 促进阴离子内流， 强化静息电位从而抑制突 触后神经细胞动作电位的产生， 故该神经递质为抑制 性神经递质。氨基丁酸转氨酶抑制剂能抑制氨基丁 李 生 捆技 教 学 链 接 酸转氨酶的活性 ， 减少 了对释放 的 g a b a的降解 ， 从 而抑制癫痫病人异常兴奋 的形成。麻醉剂分子与 g a b a一样， 均能被突触后膜上的 g a b a受体识别， 细胞中没有分解麻醉剂的酶 ， 故延长了神经细胞离子 通道打开的时间， 产生麻醉效果。 答案( 1 ) 突触小泡突触后膜抑制信息交 流抑制( 2 ) 药物抑制氨基丁酸转氨酶的活性， 使 g a b a分解速率降低( 3 ) g a b a受体延长 5 兴奋只能从一个神经元的轴突末梢传递到下一个 神经元的树突或细胞体吗? 很多教 师在授 课 时只介 绍甚 至误 认 为只有 轴 突一树突突触和轴突一胞体突触两种突触结构。因 此， 神经递质只能从一个神经元的轴突末梢传递到下 一 个神经元的树突或细胞体， 不能从轴突末梢传递到 轴突。其实， 在高等哺乳动物体内还存在着轴突一轴 突突触， 即一个神经元的轴突末梢与下一个神经元的 轴丘或轴突末梢相接触 ； 树一树突触 ， 即两树突接触 处的邻近部位形成两个方向相反的树树型突触， 多 见于神经中枢 ， 形成局部神经 回路。这两种突触兴奋 的传递过程和其他两种 一样 。故兴奋 除了可 以从一 个神经元的轴突末梢传递到另一个神经元的树突或 细胞体外， 也可以从一个神经元的轴突传递到另一个 神经元的轴突或者由树突传递到树突。 例 5 在反射弧中， 兴奋在神经元之间的传递方 向错误的是 ( ) a 一个神经元的树 突一另一个神经元的树突 b 一个神经元的轴突- + 另一个神经元的细胞体 或树突 c 一个神经元 的轴突_ 另一个神经元 的轴突 d 一个神经元 的细胞体或轴突 另一个神经元 的