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高中生物人教版 (2019)选择性必修1第2章 神经调节第3节 神经冲动的产生和传导导学案
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这是一份高中生物人教版 (2019)选择性必修1第2章 神经调节第3节 神经冲动的产生和传导导学案，共13页。学案主要包含了实验情境，图表情境，拓展延伸，补偿训练，解题指南，科技情境，新高考·新风向等内容，欢迎下载使用。
基础预习自查
问题一:兴奋是如何在神经纤维上传导的?
1.传导形式:兴奋在神经纤维上以电信号的形式传导,也叫神经冲动。
2.传导过程
(1)静息电位表现为内负外正,是由K+外流形成的,如上图中的a处。
(2)动作电位表现为内正外负,是由Na+内流形成的,如上图中的b处。
(3)兴奋部位与未兴奋部位之间存在电位差,形成了局部电流。
(4)局部电流刺激相近的未兴奋部位发生同样的电位变化,兴奋向前传导,原兴奋部位又恢复为静息电位。
问题二:兴奋是如何在神经元之间传递的?
1.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
2.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。
问题三:兴奋剂和毒品有哪些危害?
1.兴奋剂和毒品大多是通过突触起作用。
2.兴奋剂具有增强人的兴奋程度、提高运动速度等作用;毒品是能够使人形成瘾癖的麻醉药品和精神药品。
【微思考】
兴奋在神经纤维上和神经元之间的传导方向是一致的吗?
提示:兴奋在神经纤维上的传导是双向的,而在神经元之间的传递是单向的。
核心互动探究
探究点一 兴奋在神经纤维上的传导
1.研究兴奋传导的形式(科学探究)
【实验情境】有人在蛙的坐骨神经上放置两个电极,连接到一个电表上,其实验结果如图1、2、3、4。
(1)图1静息电位时电表没有测出电位差的原因是什么?
提示: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,说明了什么问题?
提示: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?
提示:兴奋以电信号的形式在神经纤维上传导。
2.兴奋在神经纤维上的传导(科学思维)
(1)电位产生的机理。
(2)局部电流和兴奋传导的方向。
辨析下列图示,完成相关问题:
①在图甲中箭头处给予刺激时,兴奋传导方向如何?
提示:从刺激处向两边传导。
②图乙中箭头表示神经冲动的传导途径,其中哪一条最为正确?
提示:兴奋在神经纤维上双向传导,兴奋在神经元之间单向传递,因此D最符合题意。
③若测量该神经纤维上的静息电位和动作电位,电流计的两极应怎样连接?电流计指针如何偏转?
提示:甲.测静息电位:灵敏电流计一极与神经纤维膜外侧连接,另一极与膜内侧连接(如图甲),只观察到指针发生一次偏转。
乙.测动作电位:灵敏电流计两极都连接在神经纤维膜外(或内)侧(如图乙),可观察到指针发生两次方向相反的偏转。
(3)离体神经纤维某一部位受到适当刺激时,受刺激部位细胞膜两侧会出现暂时性的电位变化,产生神经冲动。如图表示该部位受刺激前后,膜两侧电位差的变化。探讨图中各点或各段表示的含义:
a点:静息电位,K+通道开放;
bc段:动作电位,Na+通道开放;
cd段:静息电位恢复,K+外流;
de段:静息电位。
3.电流表指针的偏转判断(科学探究)
【实验情境】如图是利用灵敏电流表测定神经纤维上生物电的示意图,图中a、b、c是刺激位点,其中b处为两电极间的中点。
结合图示探究单独刺激a、b、c处时,电流表指针的偏转次数及方向(指针顺电流表中电流方向偏转)。
兴奋在神经纤维上的传导
(1)传导形式:电信号或神经冲动。
(2)传导方向:双向传导。
(3)传导过程:静息电位动作电位电位差→电荷移动→形成局部电流→兴奋不断向前传导
(4)局部电流的方向。
膜内:兴奋部位到未兴奋部位。
膜外:未兴奋部位到兴奋部位。
1.在神经系统中,兴奋是以电信号的形式沿着神经纤维进行传导的,这种电信号称为( )
A.静息电位 B.反射
C.神经冲动D.反射弧
【解析】选C。兴奋是以电信号的形式沿神经纤维进行传导的,这种电信号也称为神经冲动,C正确。
2.(2020·山东等级考)听毛细胞是内耳中的一种顶端具有纤毛的感觉神经细胞。声音传递到内耳中引起听毛细胞的纤毛发生偏转,使位于纤毛膜上的K+通道打开,K+内流而产生兴奋。
兴奋通过听毛细胞底部传递到听觉神经细胞,最终到达大脑皮层产生听觉。下列说法错误的是( )
A.静息状态时纤毛膜外的K+浓度低于膜内
B.纤毛膜上的K+内流过程不消耗ATP
C.兴奋在听毛细胞上以电信号的形式传导
D.听觉的产生过程不属于反射
【解析】选A。本题主要考查神经调节。根据题意可知,听毛细胞受到刺激后,位于纤毛膜上的K+通道打开,K+内流而产生兴奋,因此静息状态时纤毛膜外的K+浓度高于膜内,A项错误;纤毛膜上的K+内流过程为协助扩散,不消耗ATP,B项正确;兴奋在听毛细胞上以电信号的形式传导,C项正确;听觉的产生过程没有经过完整的反射弧,不属于反射,D项正确。
3.(2021·周口店高二检测)下图为神经元局部模式图。当人体内兴奋流经该神经元时,在神经纤维内外的电流方向是( )
A.都是由左向右
B.都是由右向左
C.膜内由左向右,膜外由右向左
D.膜内由右向左,膜外由左向右
【解析】选C。神经冲动在神经纤维上的传导方向是膜内与电流的方向相同,膜外与电流的方向相反。
探究点二 兴奋在神经元之间的传递
1.突触小体与突触(生命观念)
【图表情境】神经元的轴突末梢经过多次分支,小枝末端膨大,与其他神经元的细胞体或树突接近形成突触。如图所示。
(1)写出图中各字母表示的结构。
a突触小泡,b突触前膜,c突触间隙,d突触后膜,e线粒体。
(2)请结合图示分析兴奋在突触间只能单向传递的原因。
提示:神经递质只存在于突触前膜的突触小泡中,只能由突触前膜释放,作用于突触后膜,因此神经元之间兴奋的传递只能是单方向的。
(3)为什么兴奋在神经元之间传递的速度比在神经纤维上要慢?
提示:兴奋在突触间传递要完成电信号→化学信号→电信号转换。
2.兴奋在神经元之间的传递过程(科学探究)
相邻神经元之间的连接有其特定的结构。根据下图信息回答问题:
(1)尝试写出4种神经递质的名称。
提示:乙酰胆碱、5-羟色胺、甘氨酸、肾上腺素等。
(2)神经递质作用于突触后膜,一定引起下一个神经元兴奋吗?说明原因。
提示:不一定。若释放的为抑制性递质,则会引起下一个神经元抑制。
(3)神经递质与D结合后,神经递质一般__________(填“能”或“不能”)继续发挥作用。理由是________________________________________________。
提示:不能 神经递质与D受体结合后,神经递质将被降解或回收进细胞,否则会导致突触后膜持续兴奋或抑制。
3.兴奋的传导与电流表指针偏转方向的问题分析(科学探究)
【实验情境】如图是兴奋在神经元之间传递的示意图,回答下列问题:
(1)在b点给予适宜刺激,电流表指针是否偏转?如果偏转,发生几次?
提示:偏转。刺激b点,由于兴奋在突触间的传递速度小于在神经纤维上的传导速度,a点先兴奋,d点后兴奋,电流表指针发生两次方向相反的偏转。
(2)在c点给予适宜刺激,电流表指针是否偏转?如果偏转,发生几次?
提示:偏转。刺激c点,由于兴奋在突触间的传递是单向的,所以兴奋不能传至a点,只有d点兴奋,电流表指针只发生一次偏转。
【拓展延伸】电流表指针偏转次数确定条件
电流表的电极一个在突触前膜,一个在突触后膜时:
刺激点在突触前膜上:电流表指针偏转两次;
刺激点在突触后膜上:电流表指针偏转一次。
兴奋在神经纤维上的传导与在神经元之间的传递的比较
1.突触与突触小体的比较
(1)组成不同:神经元的轴突末梢多次分枝,每个小枝末端膨大,呈杯状或球状,叫作突触小体。突触由突触前膜、突触间隙、突触后膜构成。
(2)信号转换不同:在突触小体上的信号转换是由电信号→化学信号;突触的信号转换是电信号→化学信号→电信号。
2.神经递质
(1)存在部位:突触小体的突触小泡内,它的形成与高尔基体有关。
(2)释放方式:胞吐,需要消耗能量,只能由突触前膜释放,作用于突触后膜。
(3)作用效果:与突触后膜相应的受体结合引起突触后神经元兴奋或抑制。
(4)作用后去向:神经递质发挥作用后,会被降解或回收进细胞。
1.(2020·江苏高考)天冬氨酸是一种兴奋性递质,下列叙述错误的是( )
A.天冬氨酸分子由C、H、O、N、S五种元素组成
B.天冬氨酸分子一定含有氨基和羧基
C.作为递质的天冬氨酸可贮存在突触囊泡内,并能批量释放至突触间隙
D.作为递质的天冬氨酸作用于突触后膜,可增大细胞膜对Na+的通透性
【解析】选A。本题主要考查氨基酸的结构、元素组成,以及神经递质在兴奋传递过程中发挥作用的特点。天冬氨酸只含有C、H、O、N四种元素,A错误;氨基酸分子既含有氨基也含有羧基,B正确;天冬氨酸作为神经递质,存在于突触囊泡内,当兴奋传导到突触小体时,可以批量释放到突触间隙,C正确;天冬氨酸是一种兴奋性递质,可以与突触后膜上的受体相结合,引起突触后膜对Na+的通透性增大,使Na+内流,产生兴奋,D正确。
2.如图是突触结构示意图,下列选项中能表示信息在突触处传递方向的是( )
A.①②③B.③②①
C.④②③D.⑤②③
【解析】选B。分析题图可知,①上有特异性受体,是突触后膜,②是突触间隙,③是突触前膜,④是突触后膜上的受体,⑤是神经递质。由于神经递质只能由突触前膜释放,作用于突触后膜上的受体,因此兴奋在突触处的传递过程是单向的,只能是突触前膜→突触间隙→突触后膜,故选B。
3.(2021年江苏适应性测试)一氧化氮(NO)是最早发现能在人体内起调节作用的气体。NO可增强靶细胞内鸟苷酸环化酶活性,使胞质内cGMP升高,产生生物效应,如血管平滑肌舒张,过程如下图。下列相关叙述正确的是( )
A.NO可储存于突触小泡内通过胞吐释放到突触间隙
B.NO与乙酰胆碱均需与细胞膜上受体结合后才能发挥作用
C.NO与乙酰胆碱都能引起突触后膜膜电位变化
D.冠状动脉收缩引起的心绞痛可用NO剂治疗
【解析】选D。NO通过自由扩散释放,A错误;图中未发现NO受体,也不能使突触后膜发生电位变化 ,B、C错误;NO可增强靶细胞内鸟苷酸环化酶活性,使cGMP升高,产生生物效应,使血管平滑肌舒张,缓解冠状动脉收缩引起的心绞痛,D正确。
【补偿训练】
科学家发现了与囊泡运输相关的基因及其表达蛋白的功能,揭示了信号如何引导囊泡精确释放运输物。突触小泡属于囊泡,以下相关叙述错误的是( )
A.神经元中的线粒体为突触小泡的运输提供了能量
B.神经元特有的基因决定了突触小泡的运输方式
C.突触后膜的特定蛋白决定了神经递质的结合位置
D.突触小泡中运输物的释放受到神经冲动的影响
【解题指南】(1)题干关键信息:“与囊泡运输相关的基因”“突触小泡属于囊泡”。
(2)关键知识:线粒体的功能、基因的选择性表达、神经递质的释放机制。
【解析】选B。A项,在线粒体内进行有氧呼吸第二、三阶段,产生大量ATP,可以为突触小泡的运输提供能量,故正确;B项,同一个体的各种体细胞具有相同的基因,神经元无特有基因,故错误;C项,突触后膜上有特定的蛋白,可以与神经递质结合,故正确;D项,当神经末梢有神经冲动传来时,突触内的突触小泡受到刺激,就会释放神经递质,故正确。
情境素养探究
1.【实验情境】测定个人的反应速度
测定个人的反应速度比较简单的方法是抓尺子。按图所示,请你的同学用手指拿着一把长30 cm的直尺,测试同学的手抓在28 cm处,被测同学的手候在0 cm处,当松开直尺,被测同学见到直尺落下,立即用手抓住直尺,记录抓住处的数据,重复以上步骤多次,算出平均值。距离越短,说明人的反应能力越强。
探究:
(1)被测同学见到直尺落下,立即用手抓住直尺,这个神经传导的过程是怎样的?
提示:尺子运动刺激视觉感受器→传入神经→视觉中枢→传出神经→肌肉。
(2)有人提出,人的最快反应时间为0.1 s,即最少只能抓到4.9 cm,你认为有无科学道理?
提示:有,从看到尺子移动到作出动作,这个过程中的神经传导需要一定的时间。
2.【科技情境】高位截瘫的女警通过外骨骼机器人站起来。在央视播出的一档科技挑战节目《机智过人》中,由电子科技大学研发的外骨骼机器人帮助一位高位截瘫的女警站了起来。外骨骼机器人,又称动力外骨骼系统,是将机电一体化、生物力学、人体传感网络、步态分析等多领域融合而成的产物,是目前最先进的行走辅助设备。
探究:
(1)外骨骼机器人接受人体某种信号,辅助该女警站起来,这种信号是什么?
提示:电信号。
(2)外骨骼机器人辅助该女警站起来,是否属于反射?
提示:不是,没有经过完整的反射弧。
课堂素养达标
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。下列相关叙述正确的是________。(填序号)
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.增大神经细胞外的K+浓度,则神经细胞的静息电位的绝对值会( )
A.增大 B.减小
C.不变D.不确定如何变化
【解析】选B。静息状态时,K+外流,造成膜两侧的电位表现为内负外正,若增大神经细胞外K+浓度,K+外流受阻,会导致静息电位的绝对值变小。
3.在一条离体神经纤维的中段施加电刺激,使其兴奋。下图表示刺激时膜内外电位变化和所产生的神经冲动传导方向(横向箭头表示传导方向),其中正确的是( )
【解析】选C。神经冲动在离体神经纤维上的传导是双向的,受刺激处电位变化是由外正内负变为外负内正。
4.(2021·烟台高二检测)如图为骨髓神经纤维的局部,被髓鞘细胞包裹的轴突区(b、d)钠、钾离子不能进出细胞,裸露的轴突区域(a、c、e)钠、钾离子进出不受影响。下列叙述正确的是( )
A.a区域处于静息状态,细胞膜对Na+的通透性较大
B.b、d区域不能产生动作电位
C.c区域处于兴奋状态,膜内离子均为正离子
D.局部电流在轴突上的传导方向为a→c和e→c
【解析】选B。a 区域处于静息状态,细胞膜对 Na+的通透性较小,膜两侧的电位表现为内负外正,A错误;由于被髓鞘细胞包裹的轴突区域(b、d)钠、钾离子不能进出细胞,所以刺激c区域,b、d 区域的电位仍为外正内负,不能产生动作电位,B正确;由于c区域受到刺激,处于兴奋状态,Na+内流,造成膜两侧的电位表现为内正外负,膜内正离子多,但仍有阴离子存在,C错误;局部电流在轴突内的传导方向为 c→a和 c→e,D错误。
5.(2021·日照高二检测)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→③ B.①→③→②
C.②→①→③ D.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项符合题意。
【新高考·新风向】
6.国庆阅兵中,解放军战士们站成一排排整齐的方队,这与神经系统的调节是分不开的。下图表示神经系统中的突触结构及神经纤维上膜电位的变化情况,请据图回答下列问题。
(1)下列关于神经调节过程的说法,错误的是( )
A.国庆阅兵时,听口令迈着整齐步伐行走属于条件反射
B.图1中信号的转变是电信号→化学信号→电信号
C.图1中的结构③具有特异性
D.图2中BC段产生的原因是钾离子内流
(2)突触小体中与突触小泡的形成和释放有关的细胞器有 __。
(3)在图1中的②处注射乙酰胆碱,突触后膜发生的变化是__________(填“兴奋”或“抑制”),乙酰胆碱引起突触后膜发生电位变化情况是______________。
【解析】(1)国庆阅兵时听到口令行走属于条件反射,A正确;图1中,兴奋在突触处传递过程中,信号转变是电信号→化学信号→电信号,B正确;图1中的③是受体,具有特异性识别神经递质的作用,C正确;图2中BC段是钠离子内流,产生动作电位,D错误。(2)突触小泡是一种分泌小泡,其形成与高尔基体有关,释放神经递质时,消耗的能量主要由线粒体提供。(3)乙酰胆碱属于兴奋性神经递质,能引起神经元的兴奋,兴奋时膜电位由内负外正变为内正外负。
答案:(1)D (2)高尔基体、线粒体
(3)兴奋 内负外正变为内正外负离子运
输方向
运输
方式
电荷
分布
静息电位
K+外流
协助
扩散
外正内负
动作电位
Na+内流
外负内正
刺激位置
指针偏转次数
指针偏转方向
a
2
先向左偏转,再向右偏转
b
0
不偏转
c
2
先向右偏转,再向左偏转
基础预习自查
问题一:兴奋是如何在神经纤维上传导的?
1.传导形式:兴奋在神经纤维上以电信号的形式传导,也叫神经冲动。
2.传导过程
(1)静息电位表现为内负外正,是由K+外流形成的,如上图中的a处。
(2)动作电位表现为内正外负,是由Na+内流形成的,如上图中的b处。
(3)兴奋部位与未兴奋部位之间存在电位差,形成了局部电流。
(4)局部电流刺激相近的未兴奋部位发生同样的电位变化,兴奋向前传导,原兴奋部位又恢复为静息电位。
问题二:兴奋是如何在神经元之间传递的?
1.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
2.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。
问题三:兴奋剂和毒品有哪些危害?
1.兴奋剂和毒品大多是通过突触起作用。
2.兴奋剂具有增强人的兴奋程度、提高运动速度等作用;毒品是能够使人形成瘾癖的麻醉药品和精神药品。
【微思考】
兴奋在神经纤维上和神经元之间的传导方向是一致的吗?
提示:兴奋在神经纤维上的传导是双向的,而在神经元之间的传递是单向的。
核心互动探究
探究点一 兴奋在神经纤维上的传导
1.研究兴奋传导的形式(科学探究)
【实验情境】有人在蛙的坐骨神经上放置两个电极,连接到一个电表上,其实验结果如图1、2、3、4。
(1)图1静息电位时电表没有测出电位差的原因是什么?
提示: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,说明了什么问题?
提示: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?
提示:兴奋以电信号的形式在神经纤维上传导。
2.兴奋在神经纤维上的传导(科学思维)
(1)电位产生的机理。
(2)局部电流和兴奋传导的方向。
辨析下列图示,完成相关问题:
①在图甲中箭头处给予刺激时,兴奋传导方向如何?
提示:从刺激处向两边传导。
②图乙中箭头表示神经冲动的传导途径,其中哪一条最为正确?
提示:兴奋在神经纤维上双向传导,兴奋在神经元之间单向传递,因此D最符合题意。
③若测量该神经纤维上的静息电位和动作电位,电流计的两极应怎样连接?电流计指针如何偏转?
提示:甲.测静息电位:灵敏电流计一极与神经纤维膜外侧连接,另一极与膜内侧连接(如图甲),只观察到指针发生一次偏转。
乙.测动作电位:灵敏电流计两极都连接在神经纤维膜外(或内)侧(如图乙),可观察到指针发生两次方向相反的偏转。
(3)离体神经纤维某一部位受到适当刺激时,受刺激部位细胞膜两侧会出现暂时性的电位变化,产生神经冲动。如图表示该部位受刺激前后,膜两侧电位差的变化。探讨图中各点或各段表示的含义:
a点:静息电位,K+通道开放;
bc段:动作电位,Na+通道开放;
cd段:静息电位恢复,K+外流;
de段:静息电位。
3.电流表指针的偏转判断(科学探究)
【实验情境】如图是利用灵敏电流表测定神经纤维上生物电的示意图,图中a、b、c是刺激位点,其中b处为两电极间的中点。
结合图示探究单独刺激a、b、c处时,电流表指针的偏转次数及方向(指针顺电流表中电流方向偏转)。
兴奋在神经纤维上的传导
(1)传导形式:电信号或神经冲动。
(2)传导方向:双向传导。
(3)传导过程:静息电位动作电位电位差→电荷移动→形成局部电流→兴奋不断向前传导
(4)局部电流的方向。
膜内:兴奋部位到未兴奋部位。
膜外:未兴奋部位到兴奋部位。
1.在神经系统中,兴奋是以电信号的形式沿着神经纤维进行传导的,这种电信号称为( )
A.静息电位 B.反射
C.神经冲动D.反射弧
【解析】选C。兴奋是以电信号的形式沿神经纤维进行传导的,这种电信号也称为神经冲动,C正确。
2.(2020·山东等级考)听毛细胞是内耳中的一种顶端具有纤毛的感觉神经细胞。声音传递到内耳中引起听毛细胞的纤毛发生偏转,使位于纤毛膜上的K+通道打开,K+内流而产生兴奋。
兴奋通过听毛细胞底部传递到听觉神经细胞,最终到达大脑皮层产生听觉。下列说法错误的是( )
A.静息状态时纤毛膜外的K+浓度低于膜内
B.纤毛膜上的K+内流过程不消耗ATP
C.兴奋在听毛细胞上以电信号的形式传导
D.听觉的产生过程不属于反射
【解析】选A。本题主要考查神经调节。根据题意可知,听毛细胞受到刺激后,位于纤毛膜上的K+通道打开,K+内流而产生兴奋,因此静息状态时纤毛膜外的K+浓度高于膜内,A项错误;纤毛膜上的K+内流过程为协助扩散,不消耗ATP,B项正确;兴奋在听毛细胞上以电信号的形式传导,C项正确;听觉的产生过程没有经过完整的反射弧,不属于反射,D项正确。
3.(2021·周口店高二检测)下图为神经元局部模式图。当人体内兴奋流经该神经元时,在神经纤维内外的电流方向是( )
A.都是由左向右
B.都是由右向左
C.膜内由左向右,膜外由右向左
D.膜内由右向左,膜外由左向右
【解析】选C。神经冲动在神经纤维上的传导方向是膜内与电流的方向相同,膜外与电流的方向相反。
探究点二 兴奋在神经元之间的传递
1.突触小体与突触(生命观念)
【图表情境】神经元的轴突末梢经过多次分支,小枝末端膨大,与其他神经元的细胞体或树突接近形成突触。如图所示。
(1)写出图中各字母表示的结构。
a突触小泡,b突触前膜,c突触间隙,d突触后膜,e线粒体。
(2)请结合图示分析兴奋在突触间只能单向传递的原因。
提示:神经递质只存在于突触前膜的突触小泡中,只能由突触前膜释放,作用于突触后膜,因此神经元之间兴奋的传递只能是单方向的。
(3)为什么兴奋在神经元之间传递的速度比在神经纤维上要慢?
提示:兴奋在突触间传递要完成电信号→化学信号→电信号转换。
2.兴奋在神经元之间的传递过程(科学探究)
相邻神经元之间的连接有其特定的结构。根据下图信息回答问题:
(1)尝试写出4种神经递质的名称。
提示:乙酰胆碱、5-羟色胺、甘氨酸、肾上腺素等。
(2)神经递质作用于突触后膜,一定引起下一个神经元兴奋吗?说明原因。
提示:不一定。若释放的为抑制性递质,则会引起下一个神经元抑制。
(3)神经递质与D结合后,神经递质一般__________(填“能”或“不能”)继续发挥作用。理由是________________________________________________。
提示:不能 神经递质与D受体结合后,神经递质将被降解或回收进细胞,否则会导致突触后膜持续兴奋或抑制。
3.兴奋的传导与电流表指针偏转方向的问题分析(科学探究)
【实验情境】如图是兴奋在神经元之间传递的示意图,回答下列问题:
(1)在b点给予适宜刺激,电流表指针是否偏转?如果偏转,发生几次?
提示:偏转。刺激b点,由于兴奋在突触间的传递速度小于在神经纤维上的传导速度,a点先兴奋,d点后兴奋,电流表指针发生两次方向相反的偏转。
(2)在c点给予适宜刺激,电流表指针是否偏转?如果偏转,发生几次?
提示:偏转。刺激c点,由于兴奋在突触间的传递是单向的,所以兴奋不能传至a点,只有d点兴奋,电流表指针只发生一次偏转。
【拓展延伸】电流表指针偏转次数确定条件
电流表的电极一个在突触前膜,一个在突触后膜时:
刺激点在突触前膜上:电流表指针偏转两次;
刺激点在突触后膜上:电流表指针偏转一次。
兴奋在神经纤维上的传导与在神经元之间的传递的比较
1.突触与突触小体的比较
(1)组成不同:神经元的轴突末梢多次分枝,每个小枝末端膨大,呈杯状或球状,叫作突触小体。突触由突触前膜、突触间隙、突触后膜构成。
(2)信号转换不同:在突触小体上的信号转换是由电信号→化学信号;突触的信号转换是电信号→化学信号→电信号。
2.神经递质
(1)存在部位:突触小体的突触小泡内,它的形成与高尔基体有关。
(2)释放方式:胞吐,需要消耗能量,只能由突触前膜释放,作用于突触后膜。
(3)作用效果:与突触后膜相应的受体结合引起突触后神经元兴奋或抑制。
(4)作用后去向:神经递质发挥作用后,会被降解或回收进细胞。
1.(2020·江苏高考)天冬氨酸是一种兴奋性递质,下列叙述错误的是( )
A.天冬氨酸分子由C、H、O、N、S五种元素组成
B.天冬氨酸分子一定含有氨基和羧基
C.作为递质的天冬氨酸可贮存在突触囊泡内,并能批量释放至突触间隙
D.作为递质的天冬氨酸作用于突触后膜,可增大细胞膜对Na+的通透性
【解析】选A。本题主要考查氨基酸的结构、元素组成,以及神经递质在兴奋传递过程中发挥作用的特点。天冬氨酸只含有C、H、O、N四种元素,A错误;氨基酸分子既含有氨基也含有羧基,B正确;天冬氨酸作为神经递质,存在于突触囊泡内,当兴奋传导到突触小体时,可以批量释放到突触间隙,C正确;天冬氨酸是一种兴奋性递质,可以与突触后膜上的受体相结合,引起突触后膜对Na+的通透性增大,使Na+内流,产生兴奋,D正确。
2.如图是突触结构示意图,下列选项中能表示信息在突触处传递方向的是( )
A.①②③B.③②①
C.④②③D.⑤②③
【解析】选B。分析题图可知,①上有特异性受体,是突触后膜,②是突触间隙,③是突触前膜,④是突触后膜上的受体,⑤是神经递质。由于神经递质只能由突触前膜释放,作用于突触后膜上的受体,因此兴奋在突触处的传递过程是单向的,只能是突触前膜→突触间隙→突触后膜,故选B。
3.(2021年江苏适应性测试)一氧化氮(NO)是最早发现能在人体内起调节作用的气体。NO可增强靶细胞内鸟苷酸环化酶活性,使胞质内cGMP升高,产生生物效应,如血管平滑肌舒张,过程如下图。下列相关叙述正确的是( )
A.NO可储存于突触小泡内通过胞吐释放到突触间隙
B.NO与乙酰胆碱均需与细胞膜上受体结合后才能发挥作用
C.NO与乙酰胆碱都能引起突触后膜膜电位变化
D.冠状动脉收缩引起的心绞痛可用NO剂治疗
【解析】选D。NO通过自由扩散释放,A错误;图中未发现NO受体,也不能使突触后膜发生电位变化 ,B、C错误;NO可增强靶细胞内鸟苷酸环化酶活性,使cGMP升高,产生生物效应,使血管平滑肌舒张,缓解冠状动脉收缩引起的心绞痛,D正确。
【补偿训练】
科学家发现了与囊泡运输相关的基因及其表达蛋白的功能,揭示了信号如何引导囊泡精确释放运输物。突触小泡属于囊泡,以下相关叙述错误的是( )
A.神经元中的线粒体为突触小泡的运输提供了能量
B.神经元特有的基因决定了突触小泡的运输方式
C.突触后膜的特定蛋白决定了神经递质的结合位置
D.突触小泡中运输物的释放受到神经冲动的影响
【解题指南】(1)题干关键信息:“与囊泡运输相关的基因”“突触小泡属于囊泡”。
(2)关键知识:线粒体的功能、基因的选择性表达、神经递质的释放机制。
【解析】选B。A项,在线粒体内进行有氧呼吸第二、三阶段,产生大量ATP,可以为突触小泡的运输提供能量,故正确;B项,同一个体的各种体细胞具有相同的基因,神经元无特有基因,故错误;C项,突触后膜上有特定的蛋白,可以与神经递质结合,故正确;D项,当神经末梢有神经冲动传来时,突触内的突触小泡受到刺激,就会释放神经递质,故正确。
情境素养探究
1.【实验情境】测定个人的反应速度
测定个人的反应速度比较简单的方法是抓尺子。按图所示,请你的同学用手指拿着一把长30 cm的直尺,测试同学的手抓在28 cm处,被测同学的手候在0 cm处,当松开直尺,被测同学见到直尺落下,立即用手抓住直尺,记录抓住处的数据,重复以上步骤多次,算出平均值。距离越短,说明人的反应能力越强。
探究:
(1)被测同学见到直尺落下,立即用手抓住直尺,这个神经传导的过程是怎样的?
提示:尺子运动刺激视觉感受器→传入神经→视觉中枢→传出神经→肌肉。
(2)有人提出,人的最快反应时间为0.1 s,即最少只能抓到4.9 cm,你认为有无科学道理?
提示:有,从看到尺子移动到作出动作,这个过程中的神经传导需要一定的时间。
2.【科技情境】高位截瘫的女警通过外骨骼机器人站起来。在央视播出的一档科技挑战节目《机智过人》中,由电子科技大学研发的外骨骼机器人帮助一位高位截瘫的女警站了起来。外骨骼机器人,又称动力外骨骼系统,是将机电一体化、生物力学、人体传感网络、步态分析等多领域融合而成的产物,是目前最先进的行走辅助设备。
探究:
(1)外骨骼机器人接受人体某种信号,辅助该女警站起来,这种信号是什么?
提示:电信号。
(2)外骨骼机器人辅助该女警站起来,是否属于反射?
提示:不是,没有经过完整的反射弧。
课堂素养达标
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。下列相关叙述正确的是________。(填序号)
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.增大神经细胞外的K+浓度,则神经细胞的静息电位的绝对值会( )
A.增大 B.减小
C.不变D.不确定如何变化
【解析】选B。静息状态时,K+外流,造成膜两侧的电位表现为内负外正,若增大神经细胞外K+浓度,K+外流受阻,会导致静息电位的绝对值变小。
3.在一条离体神经纤维的中段施加电刺激,使其兴奋。下图表示刺激时膜内外电位变化和所产生的神经冲动传导方向(横向箭头表示传导方向),其中正确的是( )
【解析】选C。神经冲动在离体神经纤维上的传导是双向的,受刺激处电位变化是由外正内负变为外负内正。
4.(2021·烟台高二检测)如图为骨髓神经纤维的局部,被髓鞘细胞包裹的轴突区(b、d)钠、钾离子不能进出细胞,裸露的轴突区域(a、c、e)钠、钾离子进出不受影响。下列叙述正确的是( )
A.a区域处于静息状态,细胞膜对Na+的通透性较大
B.b、d区域不能产生动作电位
C.c区域处于兴奋状态,膜内离子均为正离子
D.局部电流在轴突上的传导方向为a→c和e→c
【解析】选B。a 区域处于静息状态,细胞膜对 Na+的通透性较小,膜两侧的电位表现为内负外正,A错误;由于被髓鞘细胞包裹的轴突区域(b、d)钠、钾离子不能进出细胞,所以刺激c区域,b、d 区域的电位仍为外正内负,不能产生动作电位,B正确;由于c区域受到刺激,处于兴奋状态,Na+内流,造成膜两侧的电位表现为内正外负,膜内正离子多,但仍有阴离子存在,C错误;局部电流在轴突内的传导方向为 c→a和 c→e,D错误。
5.(2021·日照高二检测)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→③ B.①→③→②
C.②→①→③ D.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项符合题意。
【新高考·新风向】
6.国庆阅兵中,解放军战士们站成一排排整齐的方队,这与神经系统的调节是分不开的。下图表示神经系统中的突触结构及神经纤维上膜电位的变化情况,请据图回答下列问题。
(1)下列关于神经调节过程的说法,错误的是( )
A.国庆阅兵时,听口令迈着整齐步伐行走属于条件反射
B.图1中信号的转变是电信号→化学信号→电信号
C.图1中的结构③具有特异性
D.图2中BC段产生的原因是钾离子内流
(2)突触小体中与突触小泡的形成和释放有关的细胞器有 __。
(3)在图1中的②处注射乙酰胆碱,突触后膜发生的变化是__________(填“兴奋”或“抑制”),乙酰胆碱引起突触后膜发生电位变化情况是______________。
【解析】(1)国庆阅兵时听到口令行走属于条件反射,A正确;图1中,兴奋在突触处传递过程中,信号转变是电信号→化学信号→电信号,B正确;图1中的③是受体,具有特异性识别神经递质的作用,C正确;图2中BC段是钠离子内流,产生动作电位,D错误。(2)突触小泡是一种分泌小泡,其形成与高尔基体有关,释放神经递质时,消耗的能量主要由线粒体提供。(3)乙酰胆碱属于兴奋性神经递质,能引起神经元的兴奋,兴奋时膜电位由内负外正变为内正外负。
答案:(1)D (2)高尔基体、线粒体
(3)兴奋 内负外正变为内正外负离子运
输方向
运输
方式
电荷
分布
静息电位
K+外流
协助
扩散
外正内负
动作电位
Na+内流
外负内正
刺激位置
指针偏转次数
指针偏转方向
a
2
先向左偏转,再向右偏转
b
0
不偏转
c
2
先向右偏转,再向左偏转
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