2.3.1 神經(jīng)沖動(dòng)的產(chǎn)生和傳導(dǎo)課件高二上學(xué)期生物人教版（2019）選擇性必修一

第一課時(shí)興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)第3節(jié)神經(jīng)沖動(dòng)的產(chǎn)生和傳導(dǎo)目標(biāo)010203通過(guò)分析科學(xué)史經(jīng)典實(shí)驗(yàn)結(jié)果，構(gòu)建靜息電位、動(dòng)作電位形成的離子機(jī)制模型，培養(yǎng)歸納與概括、模型與建模等科學(xué)思維通過(guò)分析電位產(chǎn)生的機(jī)理及相關(guān)曲線的解讀，培養(yǎng)科學(xué)思維。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證實(shí)生物電的存在，能夠利用結(jié)構(gòu)與功能觀解釋生物現(xiàn)象。學(xué)習(xí)目標(biāo)短跑賽場(chǎng)上，發(fā)令槍一響，運(yùn)動(dòng)員會(huì)像離弦的箭一樣沖出?，F(xiàn)在世界短跑比賽規(guī)則規(guī)定，在槍響后0.1s內(nèi)起跑被視為搶跑。情境導(dǎo)入思考討論：（1）從運(yùn)動(dòng)員聽(tīng)到槍響到作出起跑的反應(yīng)，信號(hào)的傳導(dǎo)經(jīng)過(guò)了哪些結(jié)構(gòu)？（2）短跑比賽規(guī)則中關(guān)于“搶跑”規(guī)定的科學(xué)依據(jù)是什么？耳蝸感受器傳入神經(jīng)大腦聽(tīng)覺(jué)中樞傳出神經(jīng)效應(yīng)器0.1s興奮在反射弧上如何傳導(dǎo)的呢？神經(jīng)元之間效應(yīng)器感受器神經(jīng)纖維興奮在神經(jīng)纖維上是以什么形式傳導(dǎo)的呢？興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)一興奮在神經(jīng)元之間的傳遞二生物科學(xué)史——生物電的發(fā)現(xiàn)坐骨神經(jīng)腓腸肌意大利醫(yī)生、生理學(xué)家伽爾瓦尼（L.Galvani）

1786年，伽爾瓦尼意外的發(fā)現(xiàn)兩種金屬導(dǎo)體在蛙的肌肉和神經(jīng)之間建立回路，肌肉會(huì)收縮。他認(rèn)為，這種收縮是由肌肉內(nèi)部流出來(lái)并沿著神經(jīng)到達(dá)肌肉表面的電流刺激引起的。他還把這種電叫做“生物電”。

物理學(xué)家伏特認(rèn)為這純屬物理現(xiàn)象，因?yàn)閮煞N不同的金屬間可產(chǎn)生電位差。資料1：一興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)【活動(dòng)一】設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明生物電的存在?！净顒?dòng)二】蛙的電生理實(shí)驗(yàn)分析觀看實(shí)驗(yàn)視頻，思考以下問(wèn)題：1.坐骨神經(jīng)未受刺激時(shí)，靈敏電流計(jì)是否測(cè)出電位變化？為什么？2.用鋅銅弓刺激坐骨神經(jīng)時(shí)，靈敏電流計(jì)指針怎樣偏轉(zhuǎn)？又說(shuō)明什么？（已知指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向一致）1.坐骨神經(jīng)未受刺激時(shí)，靈敏電流計(jì)是否測(cè)出電位變化？為什么？2.用鋅銅弓刺激坐骨神經(jīng)時(shí)，靈敏電流計(jì)指針怎樣偏轉(zhuǎn)？又說(shuō)明什么？ab坐骨神經(jīng)未受刺激時(shí),電表沒(méi)有測(cè)出電位變化,說(shuō)明神經(jīng)表面各處電位相等。刺激1.坐骨神經(jīng)未受刺激時(shí)，靈敏電流計(jì)是否測(cè)出電位變化？為什么？2.用鋅銅弓刺激坐骨神經(jīng)時(shí)，靈敏電流計(jì)指針怎樣偏轉(zhuǎn)？又說(shuō)明什么？興奮是以電信號(hào)（神經(jīng)沖動(dòng)）的形式沿著神經(jīng)纖維傳導(dǎo)的。神經(jīng)興奮發(fā)生位置電位低于靜息位置。槍烏賊的巨大神經(jīng)纖維直徑可達(dá)1mm，是研究生物電的理想材料。一興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)

興奮的實(shí)質(zhì)是電流，電流是如何產(chǎn)生的？產(chǎn)生電流要求有電位差，所以需要測(cè)量神經(jīng)細(xì)胞膜的電位變化。插入槍烏賊軸突的微電極局部放大圖片可見(jiàn)微電極內(nèi)部中空，充滿生理鹽水1.靜息電位的確認(rèn)說(shuō)明槍烏賊軸突細(xì)胞膜內(nèi)電位低于膜外電位。確認(rèn)了內(nèi)負(fù)外正的靜息電位。槍烏賊的軸突具有驚人的恢復(fù)能力，即將其細(xì)胞質(zhì)擠出，并用灌流液將細(xì)胞漿替換，仍可繼續(xù)行使功能。1962年，貝克等開(kāi)展了如下實(shí)驗(yàn)：【活動(dòng)三】推測(cè)靜息電位形成的原因1、用NaCl溶液進(jìn)行灌流后，靜息電位消失；改用KCl溶液后，靜息電位恢復(fù)。2、用K2SO4溶液替換KCl溶液后，靜息電位變化不大。結(jié)論：靜息電位的形成主要與K+有關(guān)，與Na+、Cl-、SO42-關(guān)系不大。2.靜息電位產(chǎn)生機(jī)制未受刺激時(shí)：Na+濃度：神經(jīng)細(xì)胞膜外的濃度

細(xì)胞膜內(nèi)。K

+濃度：神經(jīng)細(xì)胞膜外的濃度

細(xì)胞膜內(nèi)。細(xì)胞膜主要對(duì)

有通透性細(xì)胞膜兩側(cè)電位表現(xiàn)為

，稱為靜息電位。K+外正內(nèi)負(fù)高于低于大分子不能出細(xì)胞K+離子通道Na+離子通道細(xì)胞外液細(xì)胞內(nèi)液K+

150

mmol/LNa+

12

mmol/LNa+

145

mmol/LK+

4

mmol/L活動(dòng)四.構(gòu)建動(dòng)作電位形成的離子機(jī)制模型。1949年，霍奇金和卡茨發(fā)現(xiàn)，如果除去細(xì)胞外液中的鈉離子就不能產(chǎn)生動(dòng)作電位；降低細(xì)胞外液中鈉離子濃度，動(dòng)作電位的振幅會(huì)降低。1951年，凱恩斯以槍烏賊大軸突為實(shí)驗(yàn)材料，利用放射性同位素精確測(cè)定了鈉離子和鉀離子的跨膜移動(dòng)總量變化。通過(guò)計(jì)算得知，每一個(gè)神經(jīng)沖動(dòng)產(chǎn)生的效應(yīng)是每平方厘米的槍烏賊大軸突上凈流入3.7pmol的鈉離子和凈流出4.3pmol的鉀離子。兩種離子方向相反的跨膜移動(dòng)的量大致相等。河豚毒素可以特異性地阻斷鈉離子通道。1970年，希勒使用河豚毒素處理軸突，施加刺激后不再產(chǎn)生動(dòng)作電位。動(dòng)作電位的形成由Na+決定發(fā)生動(dòng)作電位時(shí)存在Na+內(nèi)流和K+外流通過(guò)Na+通道引發(fā)動(dòng)作電位霍奇金和赫胥黎記錄的槍烏賊動(dòng)作電位2.動(dòng)作電位的形成機(jī)制受刺激時(shí)：Na+濃度：神經(jīng)細(xì)胞膜外的濃度

細(xì)胞膜內(nèi)。K

+濃度：神經(jīng)細(xì)胞膜外的濃度

細(xì)胞膜內(nèi)。細(xì)胞膜主要對(duì)

有通透性細(xì)胞膜兩側(cè)電位表現(xiàn)為

，稱為動(dòng)作電位。Na+外負(fù)內(nèi)正高于低于細(xì)胞外液細(xì)胞內(nèi)液思考：神經(jīng)細(xì)胞每興奮一次，會(huì)有部分Na+內(nèi)流和部分K+外流，長(zhǎng)此以往，神經(jīng)細(xì)胞膜內(nèi)高K+膜外高Na+的狀態(tài)將不復(fù)存在。這個(gè)問(wèn)題如何解決呢？

丹麥生理學(xué)家斯科（JensC.Skou）等人發(fā)現(xiàn)，鈉鉀泵是一種鈉鉀依賴的ATP酶，能分解ATP釋放能量，將膜外的K+運(yùn)進(jìn)細(xì)胞，同時(shí)將膜內(nèi)的Na+運(yùn)出細(xì)胞。細(xì)胞內(nèi)K+濃度高，細(xì)胞外Na+濃度高，正是由鈉鉀泵維持的。人體處于靜息狀態(tài)時(shí)，細(xì)胞25%的ATP被鈉鉀泵消耗掉，神經(jīng)細(xì)胞70%的ATP被鈉鉀泵消耗掉。靜息電位，K+通道開(kāi)放，K+通過(guò)協(xié)助擴(kuò)散外流，不耗能刺激動(dòng)作電位形成，Na+通道打開(kāi)，Na+通過(guò)協(xié)助擴(kuò)散內(nèi)流，不耗能該峰值高低與神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)外Na+濃度差有關(guān)恢復(fù)靜息電位，Na+通道關(guān)閉，K+通道打開(kāi)，K+通過(guò)協(xié)助擴(kuò)散外流，不耗能-+-------------------------------------------------+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++興奮部位未興奮部位未興奮部位刺激3.局部電流的形成在興奮部位和未興奮部位之間由于存在_______而發(fā)生__________，這樣就形成了_________.電位差電荷移動(dòng)局部電流局部電流方向：①膜外:

部位→

部位②膜內(nèi):

部位→

部位未興奮興奮興奮未興奮一興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)思考：興奮部位的電位表現(xiàn)為內(nèi)正外負(fù),鄰近的未興奮部位仍然是內(nèi)負(fù)外正，在興奮部位和未興奮部位之間會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢？②在反射過(guò)程中①在離體的神經(jīng)纖維上傳導(dǎo)方向：________傳導(dǎo)方向：_________單向傳導(dǎo)雙向傳導(dǎo)總結(jié)：興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)方向解析短跑賽場(chǎng)上，發(fā)令槍一響，運(yùn)動(dòng)員會(huì)像離弦的箭一樣沖出。現(xiàn)在世界短跑比賽規(guī)則規(guī)定，在槍響后0.1s內(nèi)起跑被視為搶跑。情境回顧思考討論：（1）從運(yùn)動(dòng)員聽(tīng)到槍響到作出起跑的反應(yīng)，信號(hào)的傳導(dǎo)經(jīng)過(guò)了哪些結(jié)構(gòu)？（2）短跑比賽規(guī)則中關(guān)于“搶跑”規(guī)定的科學(xué)依據(jù)是什么？耳蝸感受器傳入神經(jīng)大腦聽(tīng)覺(jué)中樞傳出神經(jīng)效應(yīng)器0.1s興奮在感受器中如何產(chǎn)生？興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)特點(diǎn)：靜息電位動(dòng)作電位膜內(nèi)：與興奮傳導(dǎo)方向相同膜外：與興奮傳導(dǎo)方向相反雙向傳導(dǎo)注：在反射弧中，興奮是單向傳遞的傳導(dǎo)方式膜電位K+外流內(nèi)負(fù)外正影響因素：K+的濃度差Na+內(nèi)流內(nèi)正外負(fù)影響因素：Na+的濃度差協(xié)助擴(kuò)散電信號(hào)電流方向無(wú)需