2023_2024学年同步备课精选高中生物2.3神经冲动的产生与传导第1课时课件新人教版选择性必修1

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2.3 神经冲动的产生和传导（第一课时）【教学过程】Teaching Process1.概念图3.教学总结、综合2.课堂教 学内容4.课堂练习巩固典型习题规律总结兴奋的产生兴奋在神经纤维上传导2.3神经冲动的产生和传导2.3神经冲动的产生和传导2.3神经冲动的产生和传导科学实验1：生物电的发现（1）1786年的一个偶然发现。伽尔瓦尼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。伽尔瓦尼认为这种收缩是肌肉内部流出来并沿着神经到达肌肉表面的电流刺激引起的，即动物的组织可以产生生物电。2.3神经冲动的产生和传导科学实验1：生物电的发现（2）伏特等科学家认为伽尔瓦尼的发现可能是铜铁两种金属的电位差引起的，而不是所谓的生物电。2.3神经冲动的产生和传导科学实验1：生物电的发现（3）为此，伽尔瓦尼和他的后继者设计了“无金属收缩实验”，在蛙坐骨神经-腓肠肌标本中，截断蛙的坐骨神经可以导致蛙腓肠肌收缩，这一过程中，没有涉及任何金属，说明生物电确实存在。2.3神经冲动的产生和传导科学实验1：生物电的发现兴奋是指动物体或人体内的某些组织（如神经组织）或细胞受外界刺激后，由相对静止状态变为显著活跃状态的过程。（4）电流计于1820年应用于生物电研究。在蛙神经外侧连接两个电极。随后，刺激蛙神经一侧，并在刺激的同时记录电流表的电流大小和方向。图1：神经上电极所在的a点和b点均没有兴奋，故电流表不显示电流，说明神经表面各处电位相等。2.3神经冲动的产生和传导科学实验1：生物电的发现图2：当兴奋传导至a点时，b点所在位置还没有兴奋，可见电流表出现明显偏转，电流从b点流向a点，说明a点比b点电位低。2.3神经冲动的产生和传导科学实验1：生物电的发现图3：兴奋经过a点未到达b点时，神经上电极所在的a点和b点均没有兴奋，故电流表不显示电流，说明神经表面各处电位相等。2.3神经冲动的产生和传导科学实验1：生物电的发现图4： 当兴奋传导至b点时，a点所在位置已经由兴奋回复到静息状态。此时，电流表出现明显偏转，电流从a点流向b点，说明b点比a点电位低。2.3神经冲动的产生和传导科学实验1：生物电的发现图5： 当兴奋传导至b点右侧时，兴奋已经传导过a点和b点。此时a点和b点均为静息状态，电流表不显示电流，没有电位差异。在神经系统中，兴奋是以电信号的形式沿着神经纤维传导，神经兴奋发生位置电位低于静息位置。2.3神经冲动的产生和传导科学实验2：“生物电”发生的膜学说（1）：1846年，著名的德国化学家李比希(Justus von Liebig)发现，肌肉组织比血液含有的K+浓度高得多，而Na+则低得多。2.3神经冲动的产生和传导科学实验2：“生物电”发生的膜学说（2）：1849年，德国著名生理学家和心理学家缪勒(Johannes Peter Maller)的学生Du Bios—Reymond发现，当刺激电压施加到神经细胞表面上时会减小，呈现“负电的电波”。这样在神经细胞膜处就存在2种电位，一种是在未受刺激情况下的静息电位，另一种就是在刺激下产生的动作电位。2.3神经冲动的产生和传导科学实验2：“生物电”发生的膜学说（3）：1890年，著名的德国化学家奥斯特瓦尔德(W.Ostwald，1909年诺贝尔化学奖获得者)则用膜的通透性理论来解释这种现象。2.3神经冲动的产生和传导科学实验2：“生物电”发生的膜学说因为生物膜具有选择透过性，神经兴奋的产生可能是细胞膜调节K+或者其他离子的透过性，进而调节细胞膜两侧电位差引发的。提示：使用蛙的神经是不可以的。神经元轴突呈纤维状，外表大都有一层髓鞘，构成神经纤维。许多神经纤维集结成束，外面包有一层包膜，构成一条神经。因此，如果要观察神经兴奋是否有跨生物膜的电荷转移，需要测量轴突所在细胞膜两侧的电位差。这需要将一个电极插入轴突内部，要求电极的直径非常细且不能损伤细胞。在当时，这是一个难以逾越的技术难题。为什么不用电流计和蛙的神经细胞进一步研究呢?（3）：1890年，著名的德国化学家奥斯特瓦尔德(W.Ostwald，1909年诺贝尔化学奖获得者)则用膜的通透性理论来解释这种现象。2.3神经冲动的产生和传导科学实验2：“生物电”发生的膜学说（4）1936年，英国解剖学家杨(J.Z.Yonng)发现一种软体动物枪乌贼的神经中单根轴突的直径异常粗大，该神经具有直径可达1mm的轴突，这与一般脊椎动物轴突直径最大不超过0.02mm比起来，无疑是研究跨膜电位的极好材料。同时，微电极和膜片钳技术的长足发展使得科学将微电极直接插入神经纤维内成为可能。2.3神经冲动的产生和传导科学实验3：静息电位的确认1939年，英国生理学家霍奇金(Sir Alan Lloyd Hodgkin)和赫胥黎(Andrew Fielding Huxley)用他们发明的微电极技术和细胞内记录的方法测得枪乌贼神经细胞轴突膜两侧的静息电位相差60mV。这一结果与应用Nernst公式计算的钾平衡电位(-75mV)接近，有力地支持了“膜学说”。插入枪乌贼轴突的微电极局部放大图片可见微电极内部中空，充满生理盐水①将枪乌贼的神经元轴突浸入盛有生理盐水的水槽。将其中一个电极刺入细胞膜，而另一个电极留在细胞膜外，并将两个电极联通，监测电位变化。②微电极直径很细，且中空，内部充满生理盐水，在维持神经元轴突原有生物活性的前提下能够有很好的导电性，便于后续的实验探究。实验发现：在需要插入枪乌贼轴突的微电极刺穿轴突细胞膜前，两个电极之间没有电位差异；但该电极刺穿细胞膜后，两个电极之间出现了45 mV的电位差异，且枪乌贼轴突细胞膜内电位低于枪乌贼轴突细胞膜外电位。确认了内负外正的静息电位2.3神经冲动的产生和传导在静息状态时（没有神经冲动传播时）神经细胞膜内外的电位是怎样的?1.静息时，膜处于外正内负的状态2. 细胞膜未受刺激时，存在于细胞膜内外两侧的外正内负的电位差称为静息电位，该电位在安静状态始终保持不变。若规定膜外电位为零，则膜内电位即为负值。大多数细胞的静息电位在-10~-100mV之间。3.为什么静息时，膜外为正电位，膜内为负电位？科学实验4：静息电位的维持2.3神经冲动的产生和传导静息时神经细胞膜内外离子浓度1.膜内钠离子浓度低于膜外，钾离子浓度高于膜外，怎样形成的？Na+-K+泵:主动运输2.3神经冲动的产生和传导细胞膜内的K+浓度较高（30倍），膜外Na+浓度较高（10倍）2.3神经冲动的产生和传导细胞膜上的钠和钾的离子载体蛋白与通道蛋白2.3神经冲动的产生和传导2.3神经冲动的产生和传导静息时，K+通道开放，Na+通道开放，电位是外正内负K+平衡电位形成的离子机制胞内高钾，化学梯度驱使其逸出，胞内多阴离子，电梯度吸引其驻留，最后达到电化学平衡①达到钾离子平衡电位时，膜内K+浓度还是大于膜外K+浓度②细胞内液和细胞外液电荷平衡是进行正常生命活动必需的条件，所以细胞内外多出的负电荷和正电荷必须吸附在膜内外。这样就形成了外正内负的膜电位（静息电位）2.3神经冲动的产生和传导科学实验4：静息电位的维持2.3神经冲动的产生和传导1.静息电位是稳定的电位,如：人的静息电位是-70mV2.静息电位可以认为是K+的平衡电位。(钾离子向内电位差与钾离子向外的浓度差达到平衡。)3.静息电位的形成是否需要消耗能量？4.静息电位的维持是否需要消耗能量？不需要，静息电位是由钾离子外流形成的，钾离子外流是协助扩散。需要，静息电位的维持需要膜内外的K+浓度差来平衡外正内负的电位差，K+的浓度差由钠钾泵通过主动运输完成的。科学实验4：静息电位的维持2.3神经冲动的产生和传导霍奇金Alan Hodgkin赫胥黎Andrew Huxley“膜学说”：静息时细胞膜只对 K+有通透性。由于带正电荷的 K+顺浓度差向细胞外扩散，相应的负电荷仍留在细胞内，形成了 “外正内负“ 的静息电位。神经受到刺激兴奋时，细胞膜对所有离子都通透，膜两侧电位差瞬间消失形成兴奋。如果“膜学说”成立，赫胥黎和霍奇金在刺激枪乌贼轴突后，应观察到怎样的电位变化？2.3神经冲动的产生和传导科学实验5：动作电位的发现霍奇金和赫胥黎记录的枪乌贼动作电位2.3神经冲动的产生和传导科学实验5：动作电位的发现（1）霍奇金和赫胥黎实验兴奋的形成依赖于Na+内流和K +外流。动作电位发生时细胞膜内电位迅速升高由Na+内流决定。Na+由细胞外向细胞内的大量内流决定细胞膜内的电位变化，并导致膜内电位为正。动作电位恢复为静息电位时， K+外流具有关键作用。2.3神经冲动的产生和传导霍奇金和赫胥黎记录的枪乌贼动作电位1963年，霍奇金和赫胥黎因在动作电位发生机制上的卓越工作与另一位神经生理学家埃克尔斯共同过得诺贝尔生理学与医学奖。2.3神经冲动的产生和传导2.3神经冲动的产生和传导（2）1957年，丹麦生理学家斯科(Jens C.Skou)在《生物化学和生物物理》杂志上发表了“一些阳离子对外周神经ATP酶的影响”发现了Na+-K+泵因在发现钠钾泵等方面的杰出贡献，斯科等分享了1997年的诺贝尔化学奖。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。2.3神经冲动的产生和传导科学实验5：动作电位的形成①动作电位是瞬时变化的电位即暂时性的电位变化②动作电位的形成包括上升支(a~c)和下降支(c~e)受刺激时，神经细胞膜电位发生快速反转，形成外负内正的电位，之后又快速恢复为外正内负的静息状态。2.3神经冲动的产生和传导科学实验5：动作电位的形成上升支(a-c段)：阻力=动力↓2.3神经冲动的产生和传导下升支(c-e段)：2.3神经冲动的产生和传导e-f段Na+-K+泵将a-c阶段内流的Ｎa+泵出，将c-e阶段外流的K+泵入 。准备接受下一次动作电位的产生。2.3神经冲动的产生和传导总结：动作电位的形成过程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)2.3神经冲动的产生和传导刺激兴奋以局部电流的形式沿着神经纤维，从受刺激部位向两边快速传导2.3神经冲动的产生和传导科学实验5：神经冲动在神经纤维上的传导在同侧：膜外的局部电流与膜内的局部电流方向相反。膜外的局部电流：未兴奋部位→兴奋部位膜内的局部电流：兴奋部位→未兴奋部位膜内外形成局部电流回路。2.3神经冲动的产生和传导科学实验5：神经冲动在神经纤维上的传导刺激（1）双向传导但是在反射弧中兴奋的传导是单向的。从受刺激部位向两边传导。2.3神经冲动的产生和传导科学实验5：神经冲动在神经纤维上的传导（2）传导速度快与兴奋在神经元之间的传递相比，没有中枢延搁，以局部电流形成传导。（3）不衰减动电位的传导不会随着时间而衰减。2.3神经冲动的产生和传导科学实验5：神经冲动在神经纤维上的传导 一、概念检测1. 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练习与应用C2.3神经冲动的产生和传导 一、概念检测2. 乙酰胆碱酯酶可以水解乙酰胆碱，有机磷农药能使乙酰胆碱酯酶失活，则该药物可以（ ）A. 使乙酰胆碱持续发挥作用B. 阻止乙酰胆碱与其受体结合C. 阻止乙酰胆碱从突触前膜释放D. 使乙酰胆碱失去与受体结合的能力练习与应用A2.3神经冲动的产生和传导 二、拓展应用1. 枪乌贼的神经元是研究神经兴奋的好材料。研究表明，当改变神经元轴突外Na+浓度的 时候，静息电位并不受影响，但动作电位的幅度会随着Na+浓度的降低而降低。（1）请对上述实验现象作出解释。（2）如果要测定枪乌贼神经元的正常电位,应该在何种溶液中测定？为什么？练习与应用2.3神经冲动的产生和传导 二、拓展应用【答案】 （1）静息电位与神经元内的K+ 外流相关而与Na+ 无关，所以神经元轴突外Na+ 浓度的改变并不影响静息电位。动作电位与神经元外的Na+ 内流相关，细胞外Na+ 浓度降低，细胞内外Na+ 浓度差变小，Na+ 内流减少，动作电位值下降。（2）要测定枪乌贼神经元的正常电位，应在钠钾离子浓度与内环境相同的环境中进行。因为体内的神经元处于内环境之中，其钠钾离子具有一定的浓度，要使测定的电位与体内的一致，也就必须将神经元放在钠钾离子浓度与体内相同的环境中。练习与应用2.3神经冲动的产生和传导2.一般的高速路都有限速的规定。例如，我国道路交通安全法规定，机动车在高速公路行驶, 车速最高不得超过120km/h。在高速路上行车, 要与前车保持适当的距离，如200 m。另外，我国相关法律规定，禁止酒后驾驶机动车。请你从本节所学知识的角度，解释这几项规定的合理性。如果遇到酒后还想开车的人，你将怎样做？练习与应用2.3神经冲动的产生和传导【答案】在行车过程中，发现危险进行紧急处置，实际上需要经过一个复杂的反射过程。视觉器官等接受信号并将信号传至大脑皮层作出综合的分析与处理，最后作出应急的反应，要经过兴奋在神经纤维上的传导以及多次突触传递，因此从发现危险到作出反应需要一定的时间。车速过快或车距过小，就缺少足够的时间来完成反应的过程。此外，酒精会对神经系统产生麻痹，使神经系统的反应减缓，所以酒后要禁止驾驶机动车。遇到酒后还想开车的人，需告诫：酒后不开车，开车不喝酒；酒驾、醉驾是违法行为。2.3神经冲动的产生和传导