高中生物选择性必修一学案第一章第一节第二课时动作电位的产生和传导

第二课时动作电位的产生和传导【必备知识·自主学习】一、生物电现象1.概念:人体内的活细胞或组织都存在复杂的电活动。2.原因:细胞质膜两侧的电位差或电位差的变化引起。3.基础:质膜两侧带电离子的不均匀分布和一定形式的跨膜移动的结果。二、动作电位的产生质膜的去极化和复极化构成了动作电位的主要部分。如图所示:1.静息电位:细胞在静息状态下,K+通道开放,K+外流,形成外正内负的静息电位,称为极化状态。2.去极化:当细胞受到适宜刺激,Na+通道打开,Na+大量内流,形成膜内为正电位,膜外为负电位的变化。3.复极化:在去极化到达膜电位最大值时,Na+通道关闭,K+大量外流,使得膜电位又恢复到原来外正内负的状态。——教材二次开发教材P13质膜上的Na+K+泵对Na+和K+进出细胞也发挥一定的作用,Na+K+泵在将3个Na+泵出细胞的同时,将2个K+泵入细胞。在此过程中Na+泵出细胞和K+泵入细胞的跨膜方式是什么?提示:主动运输。三、动作电位以电信号的形式在神经纤维上传导1.无髓神经纤维上的传导:(1)方式:动作电位(神经冲动)以电信号的形式在无髓神经纤维传导。(2)过程:2.有髓神经纤维上的传导:(1)传导形式:跳跃式传导。(2)传导速度:比无髓神经纤维快得多。神经细胞静息状态下的膜电位表现,以及大多数神经细胞产生和维持静息电位的主要原因是什么?提示:外正内负;K+通过被动运输运出神经细胞。四、神经冲动在神经细胞之间通常以化学信号传递1.结构基础——突触:(1)突触:A.突触前膜;B.突触间隙;C.突触后膜。(2)其他结构:D.轴突,E.线粒体,F.突触小泡,G.受体。2.传递过程:轴突→突触小体→突触小泡神经递质→突触间隙→突触后膜→膜电位改变3.方向及原因:(1)方向:单向传递。(2)原因:神经递质只存在于突触小泡内,只能由突触前膜释放,然后作用于突触后膜上。若神经递质不被降解或回收,会出现什么后果?提示:会使突触后神经元持续兴奋或抑制,或引起肌肉的持续收缩或持续肌无力或腺体的持续分泌或分泌持续抑制。五、不同的神经递质产生不同的作用作用举例原理突触后神经细胞产生兴奋性影响乙酰胆碱去极化突触后神经细胞产生抑制性影响甘氨酸超极化【关键能力·合作学习】知识点一动作电位的产生和在神经纤维上的传导

1.动作电位的产生机理:特别提醒:在动作电位形成和恢复的过程中Na+浓度始终是膜外高于膜内,K+浓度始终是膜内高于膜外,浓度差是由Na+K+泵来维持的。2.神经冲动在神经纤维上的传导机理和特点:(1)传导的机理:(2)兴奋在神经元上双向传导,膜外电流方向与兴奋传导方向相反,膜内电流方向与兴奋传导方向相同。如图所示:(1)将神经细胞置于相当于细胞外液的溶液中,可测得静息电位。给予细胞一个适宜的刺激,可测得动作电位。若适当降低溶液中的Na+浓度,再测量该细胞的动作电位,其峰值降低,请分析其原因。提示:动作电位主要由Na+内流引起,其峰值大小取决于细胞膜内外Na+的浓度差,适当降低溶液中的Na+浓度,会使动作电位峰值降低。(2)用适宜的刺激去刺激一个离体神经元的某处,甲同学认为在神经元的特定位置才能测到电位变化,而乙同学认为在神经元的任何部位均可测到电位变化。试问:哪位同学的观点正确?判断依据是什么?提示:乙同学的观点正确。兴奋在离体的神经纤维上双向传导,刺激神经元上的一处产生兴奋,其将传至整个神经元,故在该神经元任何部位均可测到电位变化。(2021·福州高二检测)兴奋性是指细胞接受刺激产生兴奋的能力。为探究不同缺氧时间对神经细胞兴奋性的影响,研究人员利用体外培养的大鼠神经细胞进行了实验,结果如图所示。下列分析不正确的是 ()A.静息电位的维持需要消耗ATPB.缺氧25min内,神经细胞的K+外流受到抑制C.缺氧处理20min后细胞内外电位差逐渐变小D.缺氧处理20min与10min相比,神经细胞的兴奋性低【解题思维】(1)关键点一:探究不同缺氧时间对神经细胞兴奋性的影响。自变量为缺氧时间,因变量是静息电位数值。(2)关键点二:兴奋传导过程:静息时,K+外流,膜外电位高于膜内,表现为外正内负;兴奋时,Na+通道开放,Na+内流,膜内电位高于膜外,表现为外负内正。【解析】选B。静息电位的维持需要钠钾泵参与,属于主动运输,需要消耗ATP,A正确。由题图可知,缺氧25min内,神经细胞的静息电位绝对值先逐渐增大,后又逐渐减小,说明K+外流先逐渐增多,然后又减少,B错误。由题图曲线可知,缺氧处理20min后细胞内外电位差逐渐变小,C正确。由题图曲线可知,缺氧处理20min与10min相比,神经细胞的静息电位绝对值较大,即兴奋性低,D正确。【审答误区】本题常见的错因有两种:(1)误认为静息电位的维持不需要消耗ATP:缺氧的影响:缺氧影响ATP的合成,而静息电位的维持需要钠钾泵参与,属于主动运输,需要消耗ATP。(2)误认为静息电位绝对值越大,兴奋性越高:缺氧处理20min神经细胞的变化:内外电位差逐渐变小,静息电位绝对值较大,即兴奋性低。【母题追问】(1)据图分析缺氧引起静息电位改变可能的机制。提示:在缺氧培养液中,细胞通过无氧呼吸供应能量较少,影响离子的主动运输过程,因此缺氧引起静息电位改变的可能机制是缺氧影响神经细胞通过主动运输吸收K+,进而引起静息电位改变。(2)据图分析,当静息电位由60mV变为65mV时,应怎样提高神经细胞的兴奋性?提示:据图分析,当静息电位由60mV变为65mV时,静息电位绝对值增大,神经细胞的兴奋性水平降低,需要更强刺激才能使细胞达到同等兴奋程度。下列关于神经纤维上动作电位的产生与传导的叙述,正确的是 ()A.受刺激后的神经纤维膜上兴奋的传导是单向的B.神经纤维膜对Na+通透性的降低会导致动作电位变小C.兴奋在神经纤维上的传导与膜外的电流方向一致D.动作电位的产生是由K+内流形成的【解析】选B。兴奋在神经纤维上的传导是双向的;当神经纤维膜对Na+的通透性降低时,会影响Na+内流的数量,导致动作电位变小;兴奋在神经纤维上的传导与膜内的电流方向一致,与膜外的电流方向相反;动作电位的产生是由Na+内流形成的。知识点二神经冲动在神经细胞之间的传递

1.突触的常见类型:(1)轴突胞体型,如图中A。(2)轴突树突型,如图中B。2.传递的过程:3.神经递质的理解:(1)存在部位:突触小泡内。(2)释放方式:胞吐,消耗能量,只能由突触前膜释放。(3)在突触间隙中的移动:扩散,不消耗能量。(4)两种类型:兴奋性递质和抑制性递质。(5)两种去路:被酶降解或回收进细胞。4.兴奋在神经纤维上传导和在神经元之间传递的比较:比较项目在神经纤维上的传导在神经元之间的传递结构基础神经元(神经纤维)突触信号形式电信号电信号→化学信号→电信号速度快慢方向可以双向单向传递实质受到刺激,膜电位由静息电位变为动作电位突触前膜释放不同的神经递质使突触后神经细胞或其他细胞兴奋或抑制(1)研究发现,与突触前膜相对的突触后膜有许多突起,请据所学知识分析突触后膜的这种结构特点有何生理意义。(生命观念)提示:扩大了突触后膜的面积,有利于神经递质作用。(2)某神经递质与突触后膜上相应受体结合后,导致突触后膜发生Cl内流,请说出突触后膜的膜电位变化。(科学思维)提示:突触后膜膜电位仍为外正内负,但差值增大。(2019·江苏高考)如图为突触传递示意图,下列叙述错误的是 ()A.①和③都是神经元细胞(质)膜的一部分B.②进入突触间隙需消耗能量C.②发挥作用后被快速清除D.②与④结合使③的膜电位呈外负内正【解题思维】(1)关键点一:识别图中结构,①是突触前膜,②是神经递质,③是突触后膜,④是受体。(2)关键点二:神经递质的特点。神经递质与突触后膜上受体结合后,很快被降解或回收进细胞,同时还会刺激突触后膜产生兴奋或抑制。【解析】选D。题图中①是上一个神经元的轴突膜的一部分,③是下一个神经元的树突膜,因此二者均是神经元细胞质膜的一部分,A项正确;②神经递质以胞吐的方式分泌到突触间隙,需要消耗能量,B项正确;在正常情况下,图中②神经递质作用后会被快速清除,C项正确;神经递质分为两类,兴奋性神经递质与抑制性神经递质,兴奋性神经递质会使下一个神经元的膜电位呈外负内正,而抑制性神经递质不会使下一个神经元的电位发生变化,膜电位仍然是外正内负,由于不知道②神经递质的类型,无法确定③的膜电位情况,D项错误。【审答误区】本题常见的错因有两种:(1)误认为神经递质只让突触后膜兴奋,没考虑抑制性神经递质。神经递质有兴奋性和抑制性两种,其作用于突触后膜会使下一个神经元兴奋或抑制。(2)误认为神经递质的释放不需要消耗能量。神经递质的释放过程:神经递质的释放过程属于胞吐,此过程需要消耗能量。【母题追问】(1)科学思维——演绎与推理上题图中的②从轴突末梢进入突触间隙需要穿过几层生物膜?提示:0层。(2)科学思维——归纳与概括上题图中的③除了是树突膜以外,还可能是哪些膜结构?提示:突触后膜可能是下一个神经元的胞体膜,也可能是肌肉细胞或腺体细胞的细胞质膜。已知突触小体释放乙酰胆碱引起突触后膜兴奋时,电信号会转变成化学信号再转变成电信号。下列突触结构模式图中,能正确表示兴奋由轴突经突触前膜传至突触后膜电信号变化顺序的选项是 ()A.①→②→③B.①→③→②C.②→①→③D.③→①→②【解析】选B。前一个神经元先兴奋,产生动作电位,释放乙酰胆碱,继而恢复静息电位。接着后一个神经元兴奋,继而又恢复静息电位,B项正确。【课堂检测·素养达标】1.突触是神经元之间在功能上发生联系的结构,也是信息传递的关键部位。下列叙述正确的是________。

①突触由突触前膜和突触后膜构成②一个神经元只有一个突触③突触小体中含有较多的线粒体和高尔基体④神经递质进入细胞内使突触后膜发生电位变化⑤田径运动员在起跑的瞬间,在突触前膜上完成电信号→化学信号的转变【解析】选③⑤。突触由突触前膜、突触间隙和突触后膜构成,①错误;一个神经元可以与多个神经元联系,形成多个突触,②错误;突触小体中含有较多的突触小泡,突触小泡的形成与高尔基体有关,突触小泡中神经递质的释放需要线粒体提供能量,③正确;神经递质与突触后膜上相应的受体结合,导致突触后膜发生电位变化,神经递质不进入突触后膜,④错误;田径运动员在起跑的瞬间,兴奋以电流的形式传导到轴突末梢时,突触小泡释放神经递质(化学信号),即在突触前膜上完成的信号转变为电信号→化学信号,⑤正确。2.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,氯离子大量流出膜外B.对阳离子的通透性比较大,钠离子大量流出膜外C.对钠离子的通透性比较小,对钾离子的通透性比较大D.对钠离子的通透性比较大,对钾离子的通透性比较小【解析】选C。静息时,膜主要对钾离子有通透性,对钠离子的通透性较小,造成钾离子外流,使膜外阳离子浓度高于膜内。3.神经元受到刺激后,细胞质膜的电位变化是 ()①膜外由正电位变为负电位②膜内由负电位变为正电位③膜外由负电位变为正电位④膜内由正电位变为负电位A.①②B.③④C.②③D.①④【解析】选A。神经元受到刺激时,细胞质膜对钠离子的通透性增加,造成钠离子内流,膜外由正电位变为负电位,膜内由负电位变为正电位。4.兴奋在神经元之间的传递是 ()A.先从树突传向胞体再传向轴突B.通过电荷流动来实现的C.由突触小体来完成的D.单向的【解析】选D。突触处信号传递是从轴突传向树突或胞体,A错误;兴奋在神经元之间的传递是通过神经递质来完成的,B错误;兴奋在神经元之间的传递是通过突触来完成的,C错误;由于神经递质只能由突触前膜释放,作用于突触后膜,使下一个神经元产生兴奋或抑制,因此兴奋在神经元之间的传递只能是单向的,D正确。5.下列与神经调节有关的叙述,正确的是 ()A.静息电位表现为外正内负与细胞外K+浓度大于细胞内有关B.动作电位的形成主要是Na+内流引起的,Na+内流消耗能量C.神经冲动引起神经递质的释放实现了电信号向化学信号的转变D.神经递质与受体结合后一定会引起突触后膜发生Na+内流【解析】选C。静息电位产生的主要原因是静息时细胞膜主要对K+具有通透性,造成K+外流,使膜外阳离子浓度高于膜内,且细胞内的K+浓度通常高于膜外,A错误;动作电位主要是Na+内流引起的,Na+内流为协助扩散,不消耗能量,B错误;神经冲动引起突触前膜释放神经递质(化学信号),实现了电信号向化学信号的转变,C正确;神经递质与受体结合后引起突触后膜所在的神经元兴奋或抑制,若是引起兴奋则Na+内流,否则不是,D错误。6.(2021·南宁高二检测)当轴突末梢有兴奋传来时,会触发突触前膜中的Ca2+通道开放,使Ca2+顺浓度梯度流入细胞,使更多的神经递质释放到突触间隙,使下一个神经元兴奋。回答下列问题。(1)神经细胞处于静息状态时,细胞外K+浓度________________(填“高于”“低于”或“等于”)细胞内。

(2)神经递质合成后贮存于______________中;Ca2+进入突触前膜后的作用是____________________。

(3)正常情况下,神经递质不会持续作用于下一个神经元,其原因是___________。

(4)某小组利用蟾蜍的坐骨神经—腓肠肌标本进行实验,首先给予适宜的刺激,测得肌肉的正常收缩强度,一段时间后,在标本的神经—肌肉接头(结构类似突触)处滴一滴一定浓度的MgCl2溶液,再给予相同刺激,测得肌肉收缩强度明显变弱。由此分析,Ca2+和Mg2+对Ca2+通道存在________________关系,两次刺激间隔一段时间的目的是使神经元______________。

【解析】(1)神经细胞处于静息状态时,K+通过协助扩散外流,导致细胞膜内外的电荷分布为外正内负,所以细胞外K+浓度低于细胞内。(2)神经递质合成后贮存于突触小泡中;当轴突末梢有兴奋传来时,会触发突触前膜中的Ca2+通道开放,Ca2+顺浓度梯度流入细胞,使更多的神经递质释放到突触间隙,使下一个神经元兴奋。由此推测Ca2+进入突触前膜后的作用是促进突触小泡与突触前膜融合,释放神经递质。(3)正常情况下,由于神经递质发挥作用后会被相应的酶分解或被运回突触前神经元,所以神经递质不会持续作用于下一个神经元。(4)某小组利用蟾蜍的坐骨神经—腓肠肌标本进行实验,首先给予适宜的刺激,测得肌肉的正常收缩强度,一段时间后,在标本的神经—肌肉接头(结构类似突触)处滴一滴一定浓度的MgCl2溶液,再给予相同刺激,测得肌肉收缩强度明显变弱,由此分析,Ca2+和Mg2+对