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第2章 神经调节
2.3.1 兴奋在神经纤维上的传导
本课内容
1. 神经元电位的研究历史
2. 静息电位及其原理
3. 动作电位的产生及其原理
4. 动作电位/电信号/神经冲动在神经纤维上的传导
生物电现象
意大利医生、生理学家
伽尔瓦尼(L.Galvani)
(1) 1786年,伽尔瓦尼偶然发现挂在铁栅栏铜钩上的蛙腿在风的吹动下左右摇晃,蛙腿一碰到铁栅栏,就能观察到较明显的收缩。伽尔瓦尼进一步发现,用两种金属将神经和肌肉连接起来,肌肉就会抽动。
他认为:神经产生电,沿金属到达肌肉,导致肌肉收缩。
伏特的反驳
意大利物理学家
伏特
(2)直接用伏特电池(伏打电堆)产生的电信号刺激肌肉,即可导致肌肉收缩。
说明:电信号可使肌肉收缩,但电信号不一定是生物组织产生的。
“丰硕”的成果
蛙腿验电器(Frog Galvanoscope)
最早由伽尔瓦尼设计并制造。当时最为灵敏的电学仪器。
注意事项:必须用新鲜蛙腿!保质期约44小时。
“丰硕”的成果
伏特电池
翻译:
这尸体被“伽尔瓦尼”了!
伽尔瓦尼的进一步研究
为此,伽尔瓦尼和他的后继者设计了大量只使用一种金属/完全不使用金属的连接实验。
证明生物组织本身即可产生电信号。
但是那个时代技术有限,无法精密测定生物组织中的电信号。
双向进步
枪乌贼的神经纤维直径可达1毫米,便于直接测量生物电。
物理学家有了更精密的电压/电流表。
静息电位的测量
未受到刺激时,
神经纤维处于静息状态,细胞膜外电位处处相等。
细胞膜两侧电位表现为内负外正,称为静息电位。
(电位=电势,两点间电位的差值=电压)
技术继续进步——膜片钳技术,看看神经元细胞膜上有什么?
神经元的细胞膜上有
Na+-K+泵(主动运输的载体蛋白),
K+通道(开放)和Na+通道(关闭)
静息电位的形成机制(简化版)
静息状态下,细胞膜主要对K+有通透性。
细胞内K+浓度高,导致K+外流。K+带有正电荷,导致内负外正。
所以,K+的外流是形成静息电位的主要原因。
静息电位主要由K+浓度决定。K+浓度差异越大,静息电位越大。
静息电位的形成机制(复杂版)
动作电位的发现
刺激轴突,兴奋以电信号的形式沿着神经纤维传导,
这种电信号称为神经冲动。
两侧翻转的膜电位叫动作电位。
动作电位的形成机制(简化版)
神经纤维未受到刺激,细胞膜两侧电位表现为内负外正的静息电位。
神经纤维受到足够强的刺激,Na+离子通道开放,细胞膜内电位升高。
细胞膜内电位到达阈电位, 大量Na+离子通道开放,形成动作电位。
动作电位形成后,K+离子通道大量开放,恢复为内负外正的静息电位。
受到刺激时,细胞膜Na+通道开放,对Na+的通透性增加,带正电荷的Na+内流,导致内正外负,称动作电位。
动作电位的高度主要由Na+的浓度差决定。
动作电位的形成机制(复杂版)
a-c:Na+内流(协助扩散)
c-e:K+外流(协助扩散)
e-f:泵出Na+,泵入K+(主动运输)
思考
动作电位过后,两侧离子浓度如何变化?
Na+-K+泵有何作用?
整个过程是否消耗能量?哪些步骤消耗能量?
试一试
有些地方的人们有食用草乌炖肉的习惯,但草乌中含有乌头碱,乌头碱可与神经元上的钠离子通道结合,使其持续开放,从而引起呼吸衰竭、心律失常等症状,严重可导致死亡。下列判断不合理的是( )
A. 食用草乌炖肉会影响身体健康
B. 钠离子通道打开可以使胞外的Na+内流
C. 钠离子通道持续开放会使神经元持续处于静息状态
D. 阻遏钠离子通道开放的药物可以缓解乌头碱中毒症状
16页右下角第1题
17页第4题
17页第6题
29页第6题
兴奋/神经冲动以局部电流的形式在神经纤维上传导
兴奋与未兴奋区域之间形成局部电流(膜内外侧都有,方向相反)。
局部电流刺激相邻部位产生动作电位。这样,就将兴奋向前传导,方向与膜____(内?外?)局部电流方向一致。
兴奋/神经冲动以局部电流的形式在神经纤维上传导
特点:
1.从受刺激位置双向传导
(但是反射弧中是单向的);
2.以局部电流的形式传导,速度较快
(但绝不是光速);
3.不随时间和距离而衰减。
典型题目:电表偏转方向与次数分析(28页左侧第1题)
典型题目:电表偏转方向与次数分析(28页左侧第1题)
典型题目:电表偏转方向与次数分析(28页左侧第1题)
典型题目:电表偏转方向与次数分析(28页左侧第1题)
16页左侧第1题
16页第2题
16页第2题
18页初触高考
17页第7题:开开眼,这可是山东!
第2章 神经调节
2.3.1 兴奋在神经元之间的传递
本课内容
1. 突触的结构和功能
2. 加入突触后的膜电位分析
3. 毒品简介;突触功能示意图的分析(大量新高考题!)
探究历史
将2个蛙心分离,第1个带有神经,第2个不带神经。2个蛙心都装上蛙心插管,并充以少量任氏液。刺激第1个心脏的迷走神经(副交感)后进行观察,实验结果如图所示。结果说明什么?
突触是什么
神经元轴突末梢的小枝末端膨大,呈杯状或球状,叫作突触小体。
突触小体可以与其他神经元的细胞体或树突等相接近,共同形成突触。
突触小体
突触小泡
突触前膜
突触间隙
突触后膜
突触的结构
(内含神经递质)
组织液
突触在哪里
轴突-轴突突触
轴突-树突突触
轴突-胞体突触
轴突与它所支配的肌细胞、腺细胞之间也能形成突触。
突触传递信号的过程
4.突触后膜上的离子通道(受体本身也是通道)打开,改变电位
1.兴奋到达→突触小泡向突触前膜移动→融合→释放神经递质到突触间隙(胞吐)。
2.神经递质扩散→突触后膜受体
3.神经递质+特异性受体
5.神经递质被降解或回收
突触小泡
突触前膜
突触间隙
突触后膜
突触传递信号的能量问题——哪些步骤耗能?哪些不耗能?
突触传递信号的特点
(1)信号经过突触时,发生了什么样的转换?
(2)突触处的传递是单向的,还是双向的?
(3)突触的简略画法
突触传递信号的特点
(4)神经递质会进入突触后膜吗?
(5)神经递质发挥作用后,有何去向?
(6)如何神经递质持续存在于突触间隙,会怎样?
突触的类型:兴奋性突触与抑制性突触
神经递质是什么
是一类信息分子,将信息从突触前膜传递到突触后膜,参与了细胞间的信息交流。
目前已知的神经递质种类很多,主要的有乙酰胆碱; 生物胺类(肾上腺素/去甲肾上腺素、多巴胺、组胺等);氨基酸类(谷氨酸、甘氨酸);嘌呤/核苷酸类(腺苷、ATP);气体(一氧化氮);肽类(β-内啡肽、脑啡肽类、强啡肽类等)
③不同种类的神经递质可以引发突触后膜发生不同的电位变化 (兴奋或抑制)。
思考:从适应性的角度看,为什么神经递质要储存在突触小泡里,用胞吐释放?
如图中a、b、c三个神经元构成了1、2两个突触,甲、乙、丙3条曲线为不同刺激引起神经元c上的电位变化。下列叙述正确的是( )
A.甲表明刺激a时兴奋以电信号形式迅速传导给c
B.乙表明兴奋在突触间的传递是单向的
C.乙也可表示只刺激b时,a神经元的电位变化
D.丙表明b神经元能释放抑制性神经递质
试一试
突触异常情况分析
有机磷农药可抑制胆碱酯酶(AChE)活性。推测有何效果?
突触异常情况分析
肉毒素A(BoNT-A)可作用于神经-肌肉突触,效果如图所示。
分析其有何效果?
突触的真实样貌(电子显微镜照片)
神经元细胞体 突触小体
突触的真实样貌(电子显微镜照片)
8.神经组织局部电镜照片如图。
下列有关突触的结构及神经元间信息传递的叙述,不正确的是 ( )
A.神经冲动传导至轴突末梢,可引起 1 与突触前膜融合
B.1 中的神经递质释放后可与突触后膜上的受体结合
C.2 所示的细胞器可以为神经元间的信息传递供能
D.2 所在的神经元只接受 1 所在的神经元传来的信息
2022年北京卷
毒品简介
对人中枢神经作用
抑制剂
兴奋剂
致幻剂
抑制中枢神经系统,具有镇静和放松作用,如鸦片
刺激中枢神经系统,使人产生兴奋,如苯丙胺类
能使人产生幻觉,导致自我歪曲和思维分裂,如麦司卡林
毒品作用机制
能够对神经系统产生影响的化学物质,其作用位点往往是突触。
促进神经递质的合成和释放速率
干扰神经递质与受体的结合
影响分解神经递质的酶的活性
影响神经递质的回收
多巴胺与快乐
可卡因作用效果分析
(1)据图叙述正常情况下多巴胺的转移途径。
(2)可卡因会对突触后膜产生什么影响
试一试
A.乙释放的多巴胺可使丙膜的电位发生改变
B.多巴胺可在甲与乙、乙与丙之间传递信息
C.从功能角度看,乙膜既是突触前膜也是突
触后膜
D.乙膜上的乙酰胆碱受体异常可能影响多巴
胺的释放
研究多巴胺的合成和释放机制,可为帕金森病(老年人多发性神经系统疾病)的防治提供实验依据。最近研究发现在小鼠体内多巴胶的释放可受乙酰胆碱调控,该调控方式通过神经元之间的突触联系来实现。据图分折,下列叙述错误的是( )
19页第1题
19页第2题
20页第1题
20页第2题
20页第3题
20页第6题
30页第8题
30页第11题
(2022·山东·高考真题)药物甲、乙、丙均可治疗某种疾病,相关作用机制如图所示,突触前膜释放的递质为去甲肾上腺素(NE)。下列说法错误的是( )
A.药物甲的作用导致突触间隙中的NE增多
B.药物乙抑制NE释放过程中的正反馈
C.药物丙抑制突触间隙中NE的回收
D.NE-β受体复合物可改变突触后膜的离子通透性
2022山东卷
第2章 神经调节
2.3.3 突触相关高考真题
神经细胞的离子跨膜运输除受膜内外离子浓度差影响外,还受膜内外电位差的影响。已知神经细胞膜外的Cl-浓度比膜内高。下列说法正确的是( )
A.静息电位状态下,膜内外电位差一定阻止K+的外流
B.突触后膜的Cl-通道开放后,膜内外电位差一定增大
C.动作电位产生过程中,膜内外电位差始终促进Na+的内流
D.静息电位→动作电位→静息电位过程中,不会出现膜内外电位差为0的情况
2023山东卷
(2022·山东·高考真题)药物甲、乙、丙均可治疗某种疾病,相关作用机制如图所示,突触前膜释放的递质为去甲肾上腺素(NE)。下列说法错误的是( )
A.药物甲的作用导致突触间隙中的NE增多
B.药物乙抑制NE释放过程中的正反馈
C.药物丙抑制突触间隙中NE的回收
D.NE-β受体复合物可改变突触后膜的离子通透性
2022山东卷
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
2020山东卷
药物W可激活脑内某种抑制性神经递质的受体,增强该神经递质的抑制作用,可用于治疗癫痫。下列有关叙述错误的是( )
A.该神经递质可从突触前膜以胞吐方式释放出来
B.该神经递质与其受体结合后,可改变突触后膜对离子的通透性
C.药物W阻断了突触前膜对该神经递质的重吸收而增强抑制作用
D.药物W可用于治疗因脑内神经元过度兴奋而引起的疾病
2023海南卷
去甲肾上腺素(NE)是一种神经递质,发挥作用后会被突触前膜重摄取或被酶降解。临床上可用特定药物抑制NE的重摄取,以增加突触间隙的NE浓度来缓解抑郁症状。下列有关叙述正确的是( )
A.NE与突触后膜上的受体结合可引发动作电位
B.NE在神经元之间以电信号形式传递信息
C.该药物通过与NE竞争突触后膜上的受体而发挥作用
D.NE能被突触前膜重摄取,表明兴奋在神经元之间可双向传递
2021海南卷
在肌神经细胞发育过程中,肌肉细胞需要释放一种蛋白质,其进入肌神经细胞后,促进其发育以及与肌肉细胞的联系;如果不能得到这种蛋白质,肌神经细胞会凋亡。下列说法错误的是( )
A.这种蛋白质是一种神经递质
B.肌神经细胞可以与肌肉细胞形成突触
C.凋亡是细胞自主控制的一种程序性死亡
D.蛋白合成抑制剂可以促进肌神经细胞凋亡
2023天津卷
心肌细胞上广泛存在Na+-K+泵和Na+-Ca2+交换体(转入Na+的同时排出Ca2+),两者的工作模式如图所示。已知细胞质中钙离子浓度升高可引起心肌收缩。某种药物可以特异性阻断细胞膜上的Na+-K+泵。关于该药物对心肌细胞的作用,下列叙述正确的是( )
A.心肌收缩力下降
B.细胞内液的钾离子浓度升高
C.动作电位期间钠离子的内流量减少
D.细胞膜上Na+-Ca2+交换体的活动加强
2023湖北卷
正常情况下,神经细胞内K+浓度约为150mmol·L-1,细胞外液约为4mmol·L-1。细胞膜内外K+浓度差与膜静息电位绝对值呈正相关。当细胞膜电位绝对值降低到一定值(阈值)时,神经细胞兴奋。离体培养条件下,改变神经细胞培养液的KCl浓度进行实验。下列叙述正确的是( )
A.当K+浓度为4mmol·L-1时,K+外流增加,细胞难以兴奋
B.当K+浓度为150mmol·L-1时,K+外流增加,细胞容易兴奋
C.K+浓度增加到一定值(<150mmol·L-1),K+外流增加,导致细胞兴奋
D.K+浓度增加到一定值(<150mmol·L-1),K+外流减少,导致细胞兴奋
2021湖北卷
神经元的轴突末梢可与另一个神经元的树突或胞体构成突触。通过微电极测定细胞的膜电位,PSP1和PSP2分别表示突触a和突触b的后膜电位,如图所示。下列叙述正确的是( )
A.突触a、b前膜释放的递质,分别使突触a后膜通透性增大、突触b后膜通透性降低
B.PSP1和PSP2由离子浓度改变形成,共同影响突触后神经元动作电位的产生
C.PSP1由K+外流或Cl-内流形成,PSP2由Na+或Ca2+内流形成
D.突触a、b前膜释放的递质增多,分别使PSP1幅值增大、PSP2幅值减小
2023浙江卷
如图是反射弧的模式图(a、b、c、d、e表示反射弧的组成部分,I、Ⅱ表示突触的组成部分),有关说法正确的是( )
A.正常机体内兴奋在反射弧中的传导只能是单向的
B.切断d刺激b,不会引起效应器收缩
C.兴奋在结构c和结构b的传导速度相同
D.Ⅱ处发生的信号变化是电信号→化学信号→电信号
2011江苏卷
下图表示当有神经冲动传到神经末梢时,神经递质从突触小泡内释放并作用于突触后膜的机制,下列叙述错误的是( )
A.神经递质存在于突触小泡内可避免被细胞内其他酶系破坏
B.神经冲动引起神经递质释放,实现了电信号向化学信号的转变
C.神经递质与受体结合引起突触后膜上相应的离子通道开放
D.图中离子通道开放后, Na+和Cl-同时内流
2015江苏卷
A.TEA处理后,只有内向电流存在
B.外向电流由Na+通道所介导
C.TTX处理后,外向电流消失
D.内向电流结束后,神经纤维膜内Na+浓度高于膜外
2021湖南卷
研究人员利用电压钳技术改变枪乌贼神经纤维膜电位,记录离子进出细胞引发的膜电流变化,结果如图所示,图a为对照组,图b和图c分别为通道阻断剂TTX、TEA处理组。下列叙述正确的是( )
如图为两种细胞代谢过程的示意图。转运到神经元的乳酸过多会导致其损伤。下列叙述错误的是( )
A.抑制MTC可降低神经元损伤
B.Rheb蛋白失活可降低神经元损伤
C.乳酸可作为神经元的能源物质
D.自由基累积可破坏细胞内的生物分子
2022重庆卷
研究多巴胺的合成和释放机制,可为帕金森病(老年人多发性神经系统疾病)的防治提供实验依据,最近研究发现在小鼠体内多巴胺的释放可受乙酰胆碱调控,该调控方式通过神经元之间的突触联系来实现(如图)。据图分析,下列叙述错误的是( )
A.乙释放的多巴胺可使丙膜的电位发生改变
B.多巴胺可在甲与乙、乙与丙之间传递信息
C.从功能角度看,乙膜既是突触前膜也是突触后膜
D.乙膜上的乙酰胆碱受体异常可能影响多巴胺的释放
2022广东卷
短期记忆与脑内海马区神经元的环状联系有关,如图表示相关结构。信息在环路中循环运行,使神经元活动的时间延长。下列有关此过程的叙述正确的是( )
A.兴奋在环路中的传递顺序是①→②→③→①
B.M处的膜电位为外负内正时,膜外的Na+浓度高于膜内
C.N处突触前膜释放抑制性神经递质
D.神经递质与相应受体结合后,进入突触后膜内发挥作用
2021辽宁卷