高中生物浙科版 (2019)选择性必修1 稳态与调节第一节 神经系统是神经调节的结构基础学案
展开第一节神经系统是神经调节的结构基础 第二节 神经冲动的产生和传导
课标内容
核心素养
1.人体神经系统由中枢神经系统和周围神经系统组成
1.生命观念——①通过对生活中的现象的分析,说明人体各部分的协调动作主要靠神经系统的调节来实现,形成结构与功能观;②通过对突触的结构与功能的分析,认同突触结构特点与功能的适应。
2.科学思维——①运用归纳与概括的方法,总结人体神经系统的组成并比较分析神经元的种类与功能;②通过构建神经系统的基本结构的概念图,建立对神经系统的整体认识,从而形成整体性的观点;③基于对蛙坐骨神经腓肠肌兴奋的研究,提炼动作电位的传播过程,认同动作电位的传播就是神经冲动的传导;④通过对静息电位、动作电位产生过程的分析,明晰细胞膜内外离子分布不平衡的原因及刺激与动作电位产生的关系;⑤基于模型与建模,构建动作电位产生的模型,形成对动作电位产生的原理性认知,分析动作电位在神经纤维上传导的形式与特点。
3.社会责任——通过了解兴奋剂和毒品的作用机理,认识滥用兴奋剂和吸食毒品的危害,提升社会责任感。
2.神经元是人体神经系统的基本单位
3.环境刺激使得神经细胞产生动作电位
4.冲动在神经纤维上以电信号的形式传导
5.神经冲动在突触的传递通常通过化学传递方式完成
知识点(一)神经系统的组成及神经元的种类、特性
1.人体神经系统的组成
(1)人的神经系统包括中枢神经系统和周围神经系统。中枢神经系统包括脑和脊髓;周围神经系统包括与脑相连的脑神经和与脊髓相连的脊神经。
(2)周围神经系统的组成及功能
2.神经元的结构、种类及特性
(1)神经元的结构、种类及特性
①结构模型
②神经元的种类
—
感觉神经元
中间神经元
运动神经元
别称
传入神经元
——
传出神经元
功能
通过特化的神经末梢,接受来自内、外环境的刺激,并将信息传递给脑或脊髓
连接感觉神经元和运动神经元
将信息由脑或脊髓传向肌肉或腺体
联系
③基本特性:神经元是一种可兴奋细胞,即受到刺激后会产生神经冲动并沿轴突传送出去。
(2)动作电位的传播与电流表指针偏转
图示:
①静息时,电表上没有电位差(图1),说明坐骨神经纤维上的两个电极是相等电位。
②当在坐骨神经一端(a)给予刺激时(图2),靠近刺激端电极处(b)先变为 负 电位(图3),接着恢复到等电位。(图4)。
③传至另一端电极处(c)又变为 负 电位(图5),接着又恢复到等电位(图6)。
由此可见,动作电位就是神经冲动,神经冲动的传导就是一个动作电位的传播。
1.判断
(1)周围神经神经系统可分为传入神经和传出神经。 (√)
(2)人的神经系统是由几百亿到上千亿个神经细胞构成的。 (× )
(3)中枢神经系统由大脑皮层和脊髓组成。 (× )
(4)传入神经一般用于支配骨骼肌的运动。 (× )
(5)神经元的大小、形态差异不明显。 (× )
(6)人的神经系统由中枢神经系统和周围神经系统两部分组成。 (√)
(7)神经是由许多神经纤维直接构成的。 (× )
(8)神经元的基本特性是受到刺激后会产生神经冲动并沿轴突传送出去。 (√)
2.神经系统的基本结构单位是( )
A.神经中枢 B.树突
C.神经元 D.轴突
解析:选C 神经系统结构和功能的基本单位是神经元。
3.神经系统由中枢神经系统和周围神经系统组成。下面选项中属于中枢神经系统的是( )
①脑 ②脑神经 ③脊髓 ④脊神经
A.①③ B.①④
C.②③ D.②④
解析:选A 中枢神经系统由脑和脊髓组成。
4.下图是神经元的结构模式图,图中胞体的结构标号是( )
A.① B.②
C.③ D.④
解析:选B 分析神经元的结构示意图,图中胞体的结构标号是②。
1.神经元的形态是否都相同,通过查阅资料,列举常见神经元类型?
提示:不同神经元形态差异比较大。如下图所示,主要有感觉神经元(传入神经元),运动神经元(传出神经元)和中间神经元。
2.下图表示两个神经元之间的连接,试根据神经元的结构,分析两个神经元的支配关系。
提示:神经元是一种可兴奋细胞,其基本特性是受到刺激后会产生神经冲动并沿轴突传送出去,因此可判断,神经元B的神经末梢(或轴突末梢)支配神经元A。
基于图形变化的动作电位分析(以电流表电极均置于膜外为例,假设电位计指针左偏为正峰)
(1)模式化图形
(2)图形解读
①未受刺激,电位计指针不发生偏转,此时不存在电位变化(图1所示)。
②当刺激到达左侧电极时,刺激部位电位变为内正外负,此时两电极之间出现电位差,电位计指针向左偏转,出现正峰(图2所示)。
③刺激传导至两电极之间,此时两电极之间不存在电位差,电位计指针不偏转,波峰消失(图3所示)。
④刺激传导至右侧电极,刺激部位电位变为内正外负,此时两电极之间出现电位差,电位计指针向右偏转,出现负峰(图4所示)。
⑤刺激传导离开右侧电极,右侧电极电位恢复内负外正,电位计指针不偏转,波峰消失(图5所示)。
考向1 神经系统的组成
1.神经系统的功能与组成它的细胞的特点是密切相关的,下面关于组成神经系统的细胞的叙述,错误的是( )
A.神经元的树突用来接受信息并将其传导到细胞体
B.长的树突和轴突都可构成神经纤维,神经纤维集结成束即为神经
C.神经胶质细胞具有支持、保护、营养和修复神经元的功能
D.神经元比神经胶质细胞的数量少
解析:选B 神经元的树突用来接受信息并将其传导到细胞体,A正确;轴突和它表面的髓鞘共同构成神经纤维,B错误;神经胶质细胞对神经元起辅助作用,并对其有支持、保护、营养和修复的功能,C正确;神经胶质细胞的数量是神经元数量的10~50倍,D正确。
考向2 神经元的结构与功能
2.下列关于神经元结构和功能的叙述,错误的是( )
A.是一种可兴奋细胞
B.神经元的长轴突称为神经
C.一般包含胞体、树突和轴突三部分
D.是构成神经系统的基本单位
解析:选B 神经元是一种可兴奋细胞,A正确;神经元的长轴突以及套在外面的髓鞘称为神经纤维,B错误;神经元一般包含胞体、树突和轴突三部分,C正确;神经系统的基本单位是神经元,D正确。
3.如图为神经元结构图,下列相关叙述错误的是( )
A.甲是轴突,丙是细胞体,戊是树突
B.丁结构能把信息从细胞体传导到下一个神经元
C.图示神经元轴突外面还有神经胶质细胞
D.该结构是神经系统结构和功能的基本单位
解析:选A 甲是树突,戊是神经末梢,A错误;丁结构是轴突,能把信息从细胞体传导到下一个神经元,B正确;长的突起外表大都套有一层髓鞘,组成神经纤维,神经胶质细胞参与组成神经纤维表面的髓鞘,C正确;神经元是神经系统结构和功能的基本单位,D正确。
[考向易错]
有关神经元结构与功能认识的3点易错
(1)神经元一般由树突、轴突、胞体三部分构成,但神经元在形态上有着较大的差别。
(2)神经系统中,神经元细胞数量众多,但支持细胞数量更多。
(3)神经元是一种可兴奋细胞,但不只是神经元具有这种能力,肌肉细胞也可以兴奋产生电信号。
考向3 灵敏电位计指针偏转与电位变化
4.若在图甲所示的神经给予一适当的刺激,则图乙灵敏电位计的指针偏转的顺序依次是( )
A.②→①→②→③ B.②→③→②→①
C.③→②→①→② D.③→②→①
解析:选A 当刺激还未传至b点时,a点和b点都为静息电位,电位计指针偏转情况为图②;当刺激由右向左传导时,b点首先出现动作电位,a点为静息电位,电位计指针偏转情况为图①;紧接着b点恢复为静息电位,探针两侧电位相同,此时为图②所示;神经冲动继续向左传导,当神经冲动传导到a点时,a点出现动作电位,b点为静息电位,则电位计指针偏转情况为图③所示;之后a点恢复静息电位,探针两侧电位差相同,则为图②所示,所以整个过程的变化是②→①→②→③→②。
5.将一灵敏电位计的电极置于蛙坐骨神经腓肠肌的神经上(如图1),在①处给予一适宜强度的刺激,测得的电位变化如图2所示。若在②处给予同等强度的刺激,测得的电位变化是( )
解析:选B 电刺激①处,电位计的左侧接点先兴奋,与右侧接点产生电位差,从而形成局部电流,电位计的指针偏向左。兴奋继续沿着神经纤维传导,之后电位计的右侧的接点产生兴奋,电位发生改变,与左侧接点产生电位差,从而形成局部电流,电位计的指针偏向右,电流两次经过灵敏电位计,电位计指针会发生反向的两次偏转,如图2。若在②处给予同等强度的刺激,电位计的右侧接点先兴奋,与左侧接点产生电位差,从而形成局部电流,电位计的指针偏向右。兴奋在神经纤维上传导具有双向性,之后电位计的左侧的接点产生兴奋,电位发生改变,与右侧接点产生电位差,从而形成局部电流,电位计的指针偏向左。因此在②处给予同等强度的刺激,测得电位与图2相反。
知识点(二)静息电位与动作电位
1.动作电位的概念与产生
(1)动作电位的概念:指经历去极化、反极化和复极化的过程,也就是膜外负电位的形成和恢复的过程。
(2)具体过程
2.膜电位的变化与离子浓度
(1)膜内外离子浓度与膜的通透性
①神经细胞膜内、外各种电解质的离子浓度不同,膜外钠离子浓度大,膜内钾离子浓度大。
②神经细胞对不同离子通透性不同,造成膜内、外电位差异。
(2)静息电位的产生原因
①细胞内的有机负离子如蛋白质为大分子,这些大分子不能透过细胞膜到细胞外;②细胞膜上的Na+K+泵,通过消耗ATP,逆浓度梯度从细胞内泵出3个钠离子,从膜外泵进2个钾离子;③神经细胞膜在静息时对钾离子的通透性大,膜内的钾离子顺着浓度梯度扩散到细胞外,但对钠离子的通透性小,膜外的钠离子不能扩散进来。
(3)动作电位产生的原因
1.判断
(1)静息状态下,膜外为正电位,膜内为负电位。 (√)
(2)神经细胞膜上的钠离子通道和钾离子通道不同时开放。 (√)
(3)神经细胞膜在静息时对Na+通透性高。 (× )
(4)复极化时,神经细胞膜电位是内负外正。 (√)
(5)细胞膜上的Na+K+泵通过易化扩散运输Na+和K+。 (× )
(6)神经细胞膜会出现极化状态的原因是神经细胞膜内外各种电解质的离子浓度不同。
(√)
2.未受到任何刺激时,神经细胞膜电位为( )
A.外正内正 B.外正内负
C.外负内正 D.外负内负
解析:选B 神经元未受刺激时,即为静息状态,此时神经纤维膜两侧存在的电势差,膜内的电位低于膜外的电位,即静息膜电位是膜外为正电位,膜内为负电位。
3.Na+通道打开引起Na+内流是产生神经冲动的原因。Na+进入神经元的方式是( )
A.扩散 B.易化扩散
C.主动转运 D.胞吞
解析:选B 神经元受到刺激后,神经细胞膜上的Na+通道打开,Na+通过通道从高浓度向低浓度流动,不消耗能量,所以Na+进入神经元的方式属于易化扩散。
4.下列哪项检测方法可以测定神经纤维上的静息电位( )
解析:选C 要测静息电位,将电位计的两个电极一个放在神经纤维的外侧,另一个放在神经纤维的内侧,由于内外两侧存在电势差,因此电位计的指针会发生偏转。所以只有C是测内外的电势差,属于静息电位。
1.如图表示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。
请分段对细胞膜两侧出现的暂时性电位变化进行分析:
(1)ab段,神经细胞静息时,K+通道开放,其顺浓度梯度以易化扩散方式外流,膜两侧的电位表现为外正内负。
(2)bc段和cd段,神经细胞受到刺激时,受刺激部位的膜上Na+通道打开,其顺浓度梯度以易化扩散方式大量内流。膜内外的电位出现反转,表现为外负内正。
(3)de段,K+通道打开,其顺浓度梯度以易化扩散方式大量外流,膜电位恢复静息电位。同时在Na+K+泵的作用下将Na+泵出去,将K+交换进来。
(4)Na+K+泵(也称钠钾转运体)为蛋白质分子,可通过消耗ATP进行钠离子和钾离子之间的交换。据此推测它以主动转运方式将细胞内的Na+泵出,将细胞外的K+泵入。保持膜内高钾、膜外高钠的不均匀离子分布,维持细胞的静息电位,为下一次兴奋做准备。
2.将蛙坐骨神经纤维置于生理溶液中,测得其静息电位与动作电位。若在一定范围内降低溶液中的Na+浓度,请以坐标曲线图的形式表示实验结果(至少测量3次)。
提示:动作电位的产生是细胞膜对Na+通透性的变化造成的,即细胞内外Na+浓度差,一定浓度范围内,溶液中Na+浓度越大,受到适宜刺激后,产生动作电位的峰值和时间均较短,反之Na+浓度差越小,动作电位的峰值越小,所需的时间相对较长,具体图示如下:
1.静息电位、动作电位形成的曲线图
(1)a点之前——静息电位:此时K+通道打开,K+外流(属于易化扩散),Na+通道关闭,使膜外带正电荷,膜内带负电荷,电位差为负值;呈内负外正。
(2)ac段——动作电位的形成:受刺激后,K+通道关闭,Na+通道打开,Na+迅速大量内流,导致膜电位迅速逆转,膜内电位由负变正,膜外电位由正变负,呈内正外负;a点到c点表示动作电位的产生过程,c点为动作电位的峰值。
(3)ce段——静息电位的恢复:Na+通道关闭,K+通道打开,K+大量外流,导致膜电位发生变化,cd段仍表现为外负内正,d点为“0”电位,de段逐渐变为外正内负,逐渐恢复为静息电位。
2.细胞外液中Na+、K+浓度改变对膜电位的影响
(1)Na+/K+与静息电位、动作电位的产生关系
①静息电位是K+的平衡电位,就是细胞内K+向外扩散达到平衡时的膜电位。细胞外Na+浓度的改变通常不会影响到静息电位。
②动作电位的峰值是Na+的平衡电位,就是细胞外Na+向细胞内扩散达到平衡时的膜电位。细胞外K+浓度的改变通常不会影响到动作电位的峰值。
(2)Na+、K+浓度改变对膜电位的影响
项目
静息电位绝对值
动作电位峰值
Na+增加
不变
增大
Na+降低
不变
变小
K+增加
变小
不变
K+降低
增大
不变
考向1 静息电位与动作电位产生的机理
1.下列关于体液中Na+、K+与神经纤维膜电位变化的叙述,错误的是( )
A.未受刺激时,神经细胞内外液中Na+、K+分布均匀,使膜内外电位差表现为零
B.处于静息状态时,膜对K+的通透性大,K+外流,使膜电位表现为外正内负
C.受刺激时,膜对Na+的通透性增加,Na+内流,使膜电位表现为外负内正
D.Na+、K+进出神经细胞时,都需要膜上载体蛋白的协助
解析:选A 未受刺激时,神经细胞膜对钾离子的通透性大,钾离子大量外流,形成外正内负的静息电位,A错误,B正确;神经细胞受到刺激时,细胞膜对Na+的通透性增大,Na+内流,形成内正外负的膜电位,C正确;Na+、K+进出神经细胞时,不论是易化扩散还是主动转运,都需要膜上载体蛋白的协助,D正确。
2.下图表示神经元细胞膜上与动作电位和静息电位有关的三种转运蛋白,其中①②蛋白只有接受特定刺激才会开放,③蛋白一直开放。下列叙述错误的是( )
A.甲侧为细胞外侧,Na+浓度高于乙侧
B.膜两侧K+浓度梯度的形成与③有关
C.若②开放受阻,则动作电位的恢复受影响
D.相邻部位膜电位变化可引起①开放
解析:选B 神经细胞膜外Na+浓度高于膜内,即甲侧为细胞外侧,乙为细胞膜内侧,A正确;膜两侧K+浓度梯度的形成与Na+K+泵载体蛋白有关,而③属于离子通道蛋白,B错误;若②开放受阻,影响K+外流,则动作电位的恢复受影响,C正确;兴奋传导时,会使相邻部位膜电位变化,导致①开放,引起Na+内流,D正确。
[考向易错]
关于神经冲动的产生的2点易错
(1)神经细胞膜外Na+、K+分布不均匀是神经兴奋产生的前提,且神经兴奋的各时刻均是细胞膜外Na+浓度高于膜内,K+浓度膜内高于膜外。
(2)神经兴奋复极化时,需注意膜电位的变化,复极化时膜电位由内正外负变为内负外正。
考向2 动作电位产生图示分析
3.如图为动作电位示意图,下列叙述正确的是( )
A.图中a、c均处于极化状态
B.神经细胞处于静息状态时膜电位为零
C.图中b、d点时Na+胞外浓度高于胞内,K+胞内浓度高于胞外
D.图中c~e属于复极化过程,需要消耗大量ATP
解析:选C a~c段上升是由Na+内流所致,处于去极化状态,A错误;神经细胞处于静息状态时膜电位不为0,B错误;图中b、d点时Na+胞外浓度仍高于胞内,K+胞内浓度仍高于胞外,C正确;图中b~c处于去极化状态,是Na+内流所致,c~e属于复极化过程,是K+外流所致,二者都是易化扩散,不消耗ATP,D错误。
4.如图1是测量神经纤维膜内外电位的装置示意图,图2是测得的膜电位变化示意图。下列有关叙述错误的是( )
A.图1中A能测出静息电位的大小,相当于图2中A点的电位
B.若细胞外Na+浓度适当升高,在适宜条件刺激下图2中C点上移
C.神经纤维的状态由A转变为B的过程中,膜对钠离子的通透性增大
D.若要画出如图2的动作电位,需要多个图1装置测量神经纤维不同位点的电位变化
解析:选D 图1中A能测出静息电位的大小,相当于图2中A点的电位,A正确;若细胞外Na+浓度适当升高,则钠离子内流增多,动作电位增大,在适宜条件刺激下图2中C点上移,B正确;神经纤维的状态由A转变为B的过程中,钠离子内流,膜对钠离子的通透性增大,C正确;若要画出如图2的动作电位,需要多个图1装置测量神经纤维相同位点的电位变化,D错误。
考向3 膜外Na+、K+浓度变化对静息电位、动作电位的影响
5.将枪乌贼巨大轴突置于体内组织液的模拟环境中,下列分析错误的是( )
A.减小模拟环境中Na+浓度,动作电位的峰值变小
B.电刺激枪乌贼巨大轴突,不一定会产生动作电位
C.若细胞膜对K+通透性变大,静息电位的绝对值不变
D.增大模拟环境中K+浓度,静息电位的绝对值变小
解析:选C 减小模拟环境中Na+浓度,导致Na+的内流减少,进而引起动作电位的峰值变小,A正确;电刺激枪乌贼巨大轴突,当刺激达到一定强度时才会产生动作电位,B正确;若细胞膜对K+通透性变大,则K+外流增多,静息电位的绝对值会发生变化,C错误;增大模拟环境中K+浓度,K+外流受阻,静息电位的绝对值变小,D正确。
6.已知一个鲜活的神经细胞在小白鼠体内的静息电位和因某适宜刺激而发生的一次动作电位如图甲所示。将这一完整的神经细胞置于某一等渗溶液E中(其成分能确保神经元正常生活),其静息电位和因某适宜刺激而发生的一次电位变化可能如乙、丙、丁图所示。下列叙述正确的是( )
A.甲图,组织液中K+浓度比细胞内高,Na+浓度比细胞内低
B.乙图,E液中Na+、K+两种离子的浓度都要比组织液高
C.丙图,E液中K+浓度与组织液相同,Na+浓度比组织液低
D.丁图,E液中K+浓度比组织液高,Na+浓度与组织液相同
解析:选C 静息电位是K+外流形成的,膜内外电位表现为内负外正,一般情况下,规定膜外电位为零,则膜内电位为负值,甲图的静息电位为-70,说明细胞内K+浓度比组织液中高,动作电位是Na+内流造成的,表现为内正外负,为正值,甲图的动作电位为+50,说明组织液中Na+浓度比细胞内高,A错误;乙图中神经细胞受到刺激后产生的动作电位比甲图的高,静息电位和甲图相同,说明溶液中进入神经细胞的钠离子多,即E液中Na+浓度更高,但是E液中K+的浓度和组织液中一样,B错误;丙图中神经细胞受到刺激后产生的动作电位比甲图的低,说明溶液中进入神经细胞的钠离子少,即E液中Na+浓度更低,丙图中神经细胞的静息电位与甲图中的相同,说明E液中K+浓度与组织液中相同,C正确;丁图中神经细胞的静息电位比甲图中的低,说明神经细胞外流的钾离子更多,即E液中K+浓度更低,甲和丁图的动作电位相同,说明丁图中Na+浓度与组织液中相同,D错误。
知识点(三)神经冲动的传导与传递
1.冲动在神经纤维上以电信号的形式传导
(1)传导实质:神经纤维表面从兴奋处开始,由近及远不断产生电位变化(内负外正→内正外负)的过程。
(2)传导过程
①当刺激部位处于内正外负的反极化状态时,邻近未受刺激的部位仍处于外正内负的极化状态,两者之间会形成局部电流。
②局部电流又刺激没有去极化的细胞膜,使之去极化,也形成动作电位。这样,不断地以局部电流(电信号)向前传导,将动作电位传播出去,一直传到神经末梢。
(3)兴奋的传导方向:在动物体外实验中,刺激神经纤维某处,兴奋由刺激点沿神经纤维双向传导。
(4)传导特点:双向传导,即刺激神经纤维上的任何一点,所产生的神经冲动可沿神经纤维向两侧同时传导,并且在传导过程中信号不衰减、具有绝缘性。
2.神经冲动在突触处的传递通常通过化学传递方式完成
(1)突触的概念
两个神经元相接触部分的细胞膜,以及它们之间微小的缝隙;神经末梢与肌肉接触处称为神经肌肉接点,也称之为突触。
(2)突触的结构(完善图示内容)
(3)兴奋传递过程
①信号转变:电信号使突触小泡向突触前膜移动并释放一种化学物质——神经递质,这种化学信号通过突触间隙后与突触后膜上的受体结合,引起电位变化,所以突触能实现:电信号→化学信号→电信号的转化。
②作用机理:神经递质从突触前膜以胞吐的运输方式释放到突触间隙,然后与突触后膜(另一个神经元)上的特异性受体结合,引发突触后膜电位的变化,即引发一次新的神经冲动。
(4)兴奋在突触处传递的特点和原因
①特点:单向传递。
②原因:递质只能由突触前膜释放,作用于突触后膜。
1.判断
(1)兴奋在神经纤维上以电信号的形式传导。 (√)
(2)突触由突触前膜和突触后膜两部分组成。 (× )
(3)神经纤维上兴奋的传导方向与膜内电流方向相同。 (√)
(4)兴奋在神经纤维上的传导比在神经元之间的传递得慢。 (× )
(5)神经递质由突触前膜释放是通过扩散实现的。 (× )
2.兴奋在神经元之间传递通过的结构是( )
A.树突 B.突触
C.突触前膜 D.突触后膜
解析:选B 树突只属于下一个神经元,A错误;兴奋在神经元之间传递需通过突触结构,B正确;突触前膜只属于上一个神经元,C错误;突触后膜只属于下一个神经元,D错误。
3.如图为离体神经元的结构简图,若在箭头处施加一强刺激,则能检测到膜内、外电位变化的位置是( )
A.只在a处 B.a、b两处
C.只在b处 D.不能确定
解析:选B 由图可知,在神经纤维上给予一强刺激,a、b处和刺激点位于同一个神经元上,因此,a、b处都可以检测到电位变化。
4.如图为兴奋在神经元之间的传递模式图,兴奋传递的方向正确的是( )
A.④→③→② B.④→②→①
C.②→④→③ D.②→③→④
解析:选D 神经递质存在于突触前膜的突触小泡中,只能由突触前膜释放,然后作用于突触后膜,使下一个神经元产生兴奋或抑制,兴奋只能从一个神经元的轴突传递给另一个神经元的胞体或树突,因此兴奋在神经元之间的传递方向:②突触前膜→③突触间隙→④突触后膜。
1.运动员听到发令枪响后迅速起跑,某同学绘制了某兴奋神经纤维上的电荷分布情况,具体如下图所示:
请思考并完善以下问题:
(1)a、b、c中处于兴奋状态的部位是 b (填写字母),产生内正外负电位的原因是Na+内流。a、c都是外正内负的静息电位,形成原因是K+外流。
(2)在兴奋部位和相邻的未兴奋部位之间由于存在电位差而发生电荷移动,形成局部电流。
(3)请在上图中表示出局部电流和兴奋的传导方向(用弯箭头表示膜内、外局部电流的流动方向,直箭头表示兴奋的传导方向)
提示:
2.一般情况下,相邻的两个神经元并不是直接接触的。突触小体可以与其他神经元的胞体、树突等相接近,共同形成突触。信息由前一个神经元传到后一个神经元就是依靠突触实现的(如下图)。
(1)突触是神经元之间或神经元与肌肉细胞或某些腺体细胞之间形成的结构。突触的结构包括突触前膜、突触间隙、突触后膜三部分,是神经元之间传递信息的桥梁。
(2)兴奋在突触处以神经递质(化学信号)的形式进行传递。
(3)当神经末梢有神经冲动传来时,突触小泡受到刺激,就会与突触前膜融合释放神经递质。神经递质经扩散通过突触间隙,然后与突触后膜(另一个神经元)上的相关受体结合,引发突触后膜的电位变化。
(4)在神经递质的合成以及释放等过程中,提供能量的结构是线粒体。
(5)兴奋在神经元之间传递的特点是 单 向传递,这是因为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。
(6)突触主要有两种类型,分别是轴突—树突型和轴突—胞体型,请用简图画出。
1.神经冲动在神经纤维上的传导过程
(1)模式图
(2)模式图解读
①AB段:极化状态(静息电位)。神经冲动已经通过该段神经纤维,Na+通道关闭,K+通道打开。
②BD段:去极化、反极化。神经冲动刚传至该区段,动作电位形成过程。Na+通道打开,K+通道关闭。
③DE段:复极化。静息电位恢复过程。Na+通道关闭,K+通道打开。
④EF段:极化状态(静息电位)。神经冲动还未传至该区段神经纤维,Na+通道关闭,K+通道打开。
2.神经冲动在神经纤维上传导的特点
剥离神经然后进行刺激,此时刺激点位于神经纤维的中段,因此刺激产生的兴奋会朝着远离刺激点的方向双向传导(如下图),即兴奋在神经纤维上的传导是双向的。
3.兴奋在神经元之间传递的特点
(1)单向传递。原因是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。
(2)比在神经纤维上传导得慢。原因是兴奋由突触前膜传至突触后膜,需经历递质的释放、扩散和对突触后膜作用的过程。
4.兴奋在神经纤维上的传导和在神经元之间的传递比较
—
过程
特点
神经
纤维
刺激→电位差→局部电流→局部电流回路(兴奋区)→未兴奋区
双向
传导
神经
元间
突触小泡→神经递质→突触(突触前膜→突触间隙→突触后膜)→下一个神经元胞体或树突
单向
传递
5.神经递质的种类、传递终止方式等分析
(1)神经递质的种类
根据神经递质对突触后膜的通透性影响不同,将神经递质分为兴奋性神经递质和抑制性神经递质两类。兴奋性神经递质与突触后膜受体结合,提高突触后膜对Na+的通透性,导致Na+内流,产生兴奋性突触后电位(内正外负,即动作电位)。抑制性神经递质与突触后膜受体结合,提高突触后膜对Cl-的通透性,导致Cl-内流,产生抑制性突触后电位(内负外正,即静息电位扩大),导致突触后神经元不兴奋。
(2)神经递质作用的终止方式
①酶解灭活:以乙酰胆碱(Ach)为例,由突触前膜释放后,数毫秒内即被突触间隙的乙酰胆碱酯酶水解。
②摄取回收:通过突触前膜载体的作用将突触间隙中多余的神经递质回收至突触前神经元并储存于囊泡中,如多巴胺。
(3)小分子神经递质通过胞吐释放的原因
要引起突触后神经冲动,需要一定量的神经递质来进行刺激,大于某一个值(阈值)才可引起神经冲动。而胞吐可短时间内大量集中释放神经递质,提高释放的效率,引起突触后膜电位变化,从而高效地完成信息传递。
考向1 神经冲动的传导
1.下列有关兴奋传导过程的叙述中,正确的是( )
A.兴奋是以电信号和化学信息的形式沿神经纤维传导的
B.神经纤维在未受到刺激时,膜电位表现为外正内负
C.神经细胞受到刺激时产生的Na+内流属于主动转运
D.兴奋沿神经纤维传导时,膜外电流由兴奋部位流向未兴奋部位
解析:选B 兴奋是以电信号的形式在神经纤维上传导的,以化学信号的形式在神经元之间传递的,A错误;神经纤维在未受到刺激时,膜电位处于极化状态,表现为外正内负,B正确;神经元接受刺激后,Na+内流,进而产生动作电位,其运输方式为易化扩散,C错误;兴奋沿神经纤维传导时,膜内电流由兴奋部位流向未兴奋部位,D错误。
2.如图表示某神经元的一个动作电位传导示意图,据图分析下列叙述正确的是( )
A.动作电位传导是局部电流触发邻近细胞膜依次产生新的负电波的过程
B.图中a→b→c的过程就是动作电位快速形成和恢复的过程
C.产生a段是由K+经扩散外流造成的,消耗ATP
D.若将该神经纤维置于更高浓度的Na+溶液中进行实验,d点将下移
解析:选A 由题图可知,动作电位传导是局部电流触发邻近细胞膜依次产生新的负电波的过程,A正确;动作电位产生是因为钠离子内流,恢复静息电位是钾离子外流引起的,c是钠离子内流阶段,b是钾离子外流阶段,因此动作电位产生及静息电位恢复过程是c→b→a,B错误;a是外正内负,是静息电位,原因是钾离子外流,属于易化扩散,不需要消耗ATP,C错误;动作电位是钠离子内流引起的,将该神经纤维置于更高浓度的Na+溶液中进行实验,动作电位增大,d点将上移,D错误。
考向2 神经冲动的传递
3.分布有乙酰胆碱受体的神经元称为胆碱能敏感神经元,它普遍存在于神经系统中,参与学习与记忆等调节活动。乙酰胆碱酯酶催化乙酰胆碱的分解,药物阿托品能阻断乙酰胆碱与胆碱能敏感神经元的相应受体结合。下列说法错误的是( )
A.乙酰胆碱分泌量和受体数量改变会影响胆碱能敏感神经元发挥作用
B.使用乙酰胆碱酯酶抑制剂可抑制胆碱能敏感神经元受体发挥作用
C.胆碱能敏感神经元的数量改变会影响学习与记忆等调节活动
D.注射阿托品可影响胆碱能敏感神经元所引起的生理效应
解析:选B 乙酰胆碱与受体结合后可引起突触后膜电位的变化,当电位达到一定阈值后可使突触后膜兴奋,因此乙酰胆碱的分泌量和受体数量都会影响胆碱能敏感神经元发挥作用,A正确;抑制乙酰胆碱酯酶的活性,则乙酰胆碱不能被分解,而对胆碱能敏感神经元受体发挥作用无影响,B错误;根据题干信息可知,胆碱能敏感神经元参与学习和记忆等调节活动,该类神经元的数量改变会对学习与记忆等活动产生影响,C正确;阿托品能阻断乙酰胆碱与胆碱能敏感神经元上的相应受体结合,使突触后膜不能正常兴奋,因此注射阿托品将抑制胆碱能敏感神经元引起的生理效应,D正确。
4.大鼠神经元单独培养时,其轴突侧支返回细胞体,形成自突触,如图1。电极刺激这些形成了自突触的神经元胞体引起兴奋,电位变化结果如图2。部分神经元电位变化为曲线①,其余神经元为曲线②。若用谷氨酸受体抑制剂处理上述所有神经元后,再进行相同刺激,测定结果为曲线③。下列叙述错误的是( )
A.若提高培养液中的钾离子浓度,静息电位绝对值将变小
B.图2表明部分神经元受到电极刺激后,会产生连续两次神经冲动
C.比较曲线①②③,说明曲线②神经元自突触处不存在谷氨酸受体
D.推测谷氨酸可作为兴奋性神经递质
解析:选C 若提高培养液中的钾离子浓度将影响钾离子外流形成静息电位,使静息电位绝对值变小,A正确;图2曲线出现两个波峰,表明这些神经元受到电极刺激后,会产生连续两次神经冲动,B正确;用谷氨酸受体抑制剂处理上述所有神经元后,再进行相同刺激,测定结果为曲线③,曲线③与曲线②比较电位下降,说明发生曲线②变化的神经细胞膜上存在谷氨酸受体,C错误;由C项分析可知,谷氨酸可以使突触后膜发生阳离子内流,产生兴奋,因此谷氨酸可作为兴奋性递质,D正确。
考向3 兴奋传导与电流计指针偏转的判断
5.如图是反射弧的局部结构示意图,①②电位计的电极均放置在神经纤维表面,a、b为电位计接线的中点,刺激b点,则( )
A.电位计②偏转,电位计①不偏转
B.b点膜外电流方向与兴奋传导方向相同
C.兴奋由b→c时发生电信号→化学信号→电信号的转化
D.c点能检测到电位变化,说明兴奋只能由b→c
解析:选C 由于b为电位计接线的中点,刺激b点后,产生双向传导,电位计②的指针不偏转,由于兴奋在突触处只能单向传递,故电位计①的两电极没有电位差,也不偏转,A错误;b点兴奋时,膜外电流方向由未兴奋部位流向兴奋部位,而兴奋传导方向是兴奋部位流向未兴奋部位,所以膜外电流方向与兴奋传导方向相反,B错误;兴奋由b→c时发生电信号→化学信号→电信号的转化,C正确;c点能检测到电位变化,且a点检测不到电位变化,才能说明兴奋只能由b→c,D错误。
[考向拓展]
兴奋传导与电位计指针偏转的判断
判断的关键是看a、d两点是否存在电位差,若存在则偏转;若不存在,则不偏转,如:
①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,电位计的指针发生两次方向相反的偏转。
②刺激c点,兴奋不能传至a点,a点不兴奋,d点可兴奋,电位计的指针只发生一次偏转。
考向4 坐骨神经腓肠肌标本与电位传播
6.对离体的神经纤维上一点施加强度逐渐增大的刺激(S1~S8),测得的神经细胞细胞膜电位的变化规律如图2所示。图1的a对应图2的S5,下列相关叙述正确的是( )
A.图1中的O~a段神经纤维的膜电位为外负内正
B.当刺激强度为S2时,神经细胞膜内外无离子进出
C.当刺激强度为S5时,钠离子通过主动转运进入神经细胞
D.当刺激达到一定强度后,神经纤维才能产生神经冲动
解析:选D S1~S4期间没有引起细胞膜上动作电位的产生,仍是静息电位,外正内负,A错误;当刺激强度为S2时,神经细胞膜内外有离子进出,只是没有动作电位的产生,B错误;当刺激强度为S5时,开始有动作电位产生,动作电位产生是Na+内流造成的,属于易化扩散,C错误;由图中曲线可知,刺激强度低时,膜电位无变化,当刺激强度达到S5时,膜电位发生改变,说明刺激要达到一定的强度才能诱导神经细胞产生动作电位,D正确。
7.利用蛙坐骨神经腓肠肌标本,研究不同强度电刺激对坐骨神经动作电位(已兴奋神经纤维的电位总和)的影响。图甲为灵敏电位计两极分别接在坐骨神经外侧,图乙表示在图甲①处给予不同强度电刺激测得的各电位峰值。据图分析,下列叙述正确的是( )
A.坐骨神经中各神经纤维的兴奋阈值有差异
B.刺激强度越大,坐骨神经产生的动作电位峰值就越大
C.给图甲①处一个刺激,电位计即可检测到一个双向变化的电位
D.若将刺激点改为图甲②处重复实验,也将得到如图乙所示结果
解析:选A 坐骨神经中含有多个神经纤维,不同神经纤维的兴奋阈值有差异,A正确;根据图乙的结果可知,随着刺激强度增大,坐骨神经产生的动作电位峰值先增大后不变,B错误;给图甲①处一个刺激,电位计的指针发生两次方向相反的偏转,但兴奋只能从右传到左边,是单向的,C错误;兴奋在突触间只能单向传递,所以刺激②处电位计的指针不偏转,D错误。
[考向拓展]
坐骨神经腓肠肌标本上的电位传播与问题思考
问题与思考:
(1)问题:为什么刺激坐骨神经腓肠肌标本的神经,腓肠肌可以收缩,但是刺激腓肠肌却在神经上检测不到电信号?
思考:坐骨神经一般为混合神经,因此适当刺激坐骨神经,产生的动作电位可以由神经元传至轴突末梢进而引起腓肠肌收缩;而兴奋在神经肌肉接点的传递是单向的,因此无法在坐骨神经上检测到电信号。
(2)问题:为什么刺激腓肠肌,腓肠肌可以收缩?
思考:肌细胞是一种可兴奋细胞,产生的兴奋传至腓肠肌肌纤维内部,便会引起腓肠肌收缩。
(3)问题:为什么随着刺激强度加大,腓肠肌的收缩程度加大?
思考:坐骨神经为混合神经,不同神经兴奋所需的刺激强度不同,因此一定范围内随着刺激强度加大,可兴奋的神经元数量增多,引起腓肠肌的收缩程度加大。
(4)问题:神经纤维与神经产生兴奋是否会随刺激强度增加而增强?
思考:神经纤维特指一个神经元的长突起,若将微电极置于神经纤维上,电位的大小与刺激大小无关(若给予适宜刺激,神经纤维发生兴奋,增大刺激对电位的大小无影响);神经是许多神经纤维被结缔组织包裹而成的结构,一条神经中通常含有许多神经纤维,特别是坐骨神经,若将微电极置于神经上,在一定的刺激范围内,随着刺激强度的增加,兴奋增强(不同神经中神经纤维兴奋所需的刺激大小存在差异)。
1.下列关于神经系统组成的说法,不恰当的是( )
A.由中枢神经系统和周围神经系统组成
B.由神经纤维组成
C.由神经元构成
D.由脑和脊髓以及它们所发出的神经构成
解析:选B 神经纤维是神经元胞体发出的长突起,是神经元传出信息的结构。
2.乙酰胆碱是一类常见的神经递质,它通过突触传递时,以下生理活动不会发生的是( )
A.高尔基体的活动加强
B.电信号与化学信号之间的转换
C.乙酰胆碱在组织液中扩散
D.乙酰胆碱穿过磷脂双分子层
解析:选D 神经递质的合成、分泌与高尔基体有关,A正确;兴奋在突触处传递时的信号转换形式为:电信号→化学信号→电信号,B正确;突触间隙中是组织液,神经递质由突触前膜释放后,在组织液中扩散到突触后膜,C正确;神经递质以胞吐的形式释放,依赖于细胞膜的流动性,没有直接穿过磷脂双分子层,D错误。
3.将灵敏电位计的两个电极(b、c)置于蛙的坐骨神经上,如图所示,然后在a处给予适宜的电刺激。下列叙述正确的是( )
A.静息时电位计指针没有偏转,说明膜外各处没有电位
B.静息时,b、c处神经细胞膜外K+浓度高于细胞膜内
C.刺激a处后,电极b和电极c处可同时变为反极化状态
D.刺激a处后,电位计的指针会出现两次幅度相同的偏转
解析:选D 静息时电位计的指针没有偏转,说明膜外各处电位相同,A错误;静息时,b、c 处神经细胞膜外 K+ 浓度低于细胞膜内,B错误;刺激a处后,神经冲动先传到b点,电极b先变为反极化状态,C错误;刺激a处后,神经冲动的传导具有不衰减性,电位计的指针会出现两次幅度相同的偏转,D正确。
4.如图是坐骨神经腓肠肌标本的示意图,下列叙述正确的是( )
A.腓肠肌是可兴奋细胞,适宜电刺激腓肠肌则可产生动作电位并引起肌肉收缩
B.刺激a点并测得其膜电位为外负内正时,a点神经纤维膜上的K+通道大量开放
C.将该标本置于适宜浓度的KCl溶液中,适宜电刺激a点可产生一个负电波沿神经传导
D.测量a点到腓肠肌的距离和刺激a点到腓肠肌兴奋的时间即可计算出动作电位的传导速度
解析:选A 腓肠肌是可兴奋细胞,适宜电刺激腓肠肌则可产生动作电位并引起肌肉收缩,A正确;刺激a点,测得其膜电位为外负内正时,a点神经纤维膜上的Na+通道大量开放,B错误;将该标本置于适宜浓度的KCl溶液中,电刺激a点不能产生兴奋,C错误;测量a点到腓肠肌的距离和刺激a点到腓肠肌兴奋的时间不能计算出动作电位的传导速度,因为刺激a点到腓肠肌兴奋通过电信号和化学信号传递,并且二者的传导速度不同,D错误。
5.欲研究生理溶液中K+浓度升高对蛙坐骨神经纤维静息电位的影响和Na+浓度升高对其动作电位的影响。请完善以下实验思路,预测实验结果,并进行分析与讨论。
(要求与说明:已知蛙坐骨神经纤维的静息电位为-70 mV,兴奋时动作电位从去极化到反极化达+30 mV。测量的是膜内外的电位变化。K+、Na+浓度在一定范围内提高。实验条件适宜)
回答下列问题:
(1)完善实验思路:
组1:将神经纤维置于适宜的生理溶液a中,测定其静息电位和刺激后的动作电位,并记录。
组2:______________________________________________________________________。
组3:将神经纤维分别置于Na+浓度依次提高的生理溶液d、e中,测定其刺激后的动作电位,并记录。
对上述所得的实验数据进行分析与处理。
(2)预测实验结果(设计一个坐标,以柱形图形式表示实验结果):
(3)分析与讨论:
①简要解释组3的实验结果:__________________________________________________。
②用放射性同位素24Na+注入静息的神经细胞内,不久在生理溶液中测量到放射性,24Na+的这种转运方式属于________。用抑制酶活性的药物处理神经细胞,会使24Na+外流量________。
③刺激脊蛙的坐骨神经,除了在反射中枢测量到动作电位外,还观察到腓肠肌收缩,说明坐骨神经中含有________神经。
解析:根据题干可知,本实验研究神经细胞膜外K+浓度升高对静息电位的影响和Na+浓度升高对动作电位的影响。实验设计应遵循对照原则、单一变量原则等。(1)实验思路中,组1(生理溶液编号为a)是对照组,测得神经纤维的静息电位和刺激后的动作电位;组3是实验组,测得Na+浓度提高(生理溶液编号为d、e)情况下刺激后的动作电位;因此推断,组2测得K+浓度提高情况下的静息电位,生理溶液的编号应该为b、c。(2)依据题干可知,a组的静息电位是-70 mV,动作电位的峰值是+30 mV。静息电位的产生依靠K+外流(K+通过K+通道进行易化扩散),当溶液中的K+浓度升高时,膜内外的K+浓度差变小,静息电位的绝对值变小,因此相对于生理溶液a,生理溶液b、c中神经纤维的静息电位绝对值逐渐减小;动作电位的去极化和反极化过程依靠Na+内流(K+通过Na+通道进行易化扩散),当溶液中的Na+浓度升高时,膜内外的Na+浓度差变大,兴奋时,Na+内流的量相对增多,动作电位峰值变大,因此相对于生理溶液a,生理溶液d、e中神经纤维的动作电位峰值逐渐增大。(3)②生理溶液中的Na+浓度大于神经细胞内的浓度,放射性同位素24Na+逆浓度梯度从神经细胞内进入生理溶液,该跨膜运输方式是主动转运,需要载体蛋白的参与和消耗能量。用抑制酶活性的药物处理神经细胞,会使细胞呼吸强度下降,产生的ATP减少,主动转运减弱,24Na+外流量减少。③刺激脊蛙的坐骨神经,在反射中枢测到动作电位,说明其具有传入神经,观察到腓肠肌收缩,说明其具有传出神经,因此坐骨神经中有传入和传出神经。
答案:(1)将神经纤维分别置于K+浓度依次提高的生理溶液b、c中,测定其静息电位,并记录
(2)如图
(3)①细胞外Na+浓度提高,膜内外的浓度差增大,兴奋时,Na+通过Na+通道内流加快,导致动作电位增大 ②主动转运 减少 ③传入和传出
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高中生物浙科版 (2019)选择性必修1 稳态与调节第一节 神经系统是神经调节的结构基础学案: 这是一份高中生物浙科版 (2019)选择性必修1 稳态与调节第一节 神经系统是神经调节的结构基础学案,共11页。学案主要包含了神经系统的重要作用,神经元是人体神经系统的基本单位等内容,欢迎下载使用。