【生如夏花】「神經調節」膜電位變化曲線部分在高考試題中的體現(一)

2021-02-08 哈六中生生不息生物工作室

「神經調節」部分是近幾年高考試題的重點,如何在高考中突破此處的難點也一直是各學校老師較為痛疼的難題。為此高二生物組老師將此部分的備課重點與同學們分享,希望對同學們有所幫助。

興奮在神經纖維上的傳導:

曲線解讀更加直觀:

a~b段:靜息電位。Na+不能內流,(離子通道關閉)、K+外流(離子通道開啟,此過程物質從高濃度一側流向低濃度一側,需要載體,不耗能,為協助擴散,電位外正內負)

b~c段:動作電位產生過程。Na+內流(離子通道打開,高濃度向低濃度一側流,需要載體,不耗能量,為協助擴散),K+卻不能外流(離子通道關閉)。

c段:零電位(Na+內流,K+不外流)

c~d段:動作電位。Na+內流,K+不外流,電位呈外負內正。

d~e段:靜息電位恢復過程。K+離子通道開放,K+外流。

e~f段:靜息點位,鈉-鉀泵泵出Na+,泵入K+(此過程物質從低濃度一側到高濃度一側,需要載體,需要能量,屬於主動運輸),使膜內外離子分布恢復到最初靜息水平。

知識拓展:

1.神經衝動產生的生理基礎

神經衝動的產生,是在神經細胞的細胞膜上納—鉀泵和離子通道的作用下,離子的跨膜運輸,從而導致膜內外離子濃度的不同,引發膜電位的產生。

(1)鈉—鉀泵:鈉—鉀泵實際上是細胞膜上的一種Na+—K+ATP酶。細胞內的鈉離子可與該酶結合,並運出膜外,隨之將鉀離子從膜外運至膜內,在這一個過程要消耗ATP,故此種運輸方式為主動運輸。每消耗一分子ATP,向細胞膜內運輸3個鉀離子,排出2個鈉離子。由於鈉—鉀泵不斷的工作,從而導致細胞內液的鉀離子濃度高於細胞外液,而鈉離子則底於細胞外液,使細胞內外離子保持著一定的濃度差。

(2)離子通道:是細胞膜上的專供離子進出細胞的一些跨膜蛋白質。離子通道上有閘門一樣的開放和關閉的結構,控制離子的跨膜運動,使膜內外某些離子的濃度不同。常見的離子通道有鈉離子通道和鉀離子通道,當這些通道開啟後,會有大量的鈉離子或鉀離子快速的通過通道進出細胞,此時,離子進出細胞不需要消耗ATP,進出細胞的方式為協助擴散。
2.靜息電位的產生

我們知道,Na+主要存在於細胞外液而K+主要存在於細胞內液。當神經細胞未受到刺激即處於靜息狀態時,細胞膜上的鈉離子通道關閉而鉀離子的通道開放,故鉀離子可從濃度高的膜內向低濃度的膜外運動。當膜外正電荷達到一定數量時就會阻止鉀離子繼續外流。此時,膜外帶正電,膜內由於鉀離子的減少而帶負電。這種膜外正電膜內負電的電位稱為靜息電位。
3.動作電位的產生

當神經細胞受到一定的刺激即處於興奮狀態時,鈉離子的通道會開放而鉀離子的通道關閉,故鈉離子可以從濃度高的膜外流向濃度底的膜內運動。當膜外的鈉離子進入膜內的數量達到一定數量時就會阻止鈉離子繼續向膜內運動。此時,膜外由於鈉離子的減少表現為負電位,膜內表現為正電位。這種外負內正的電位稱為動作電位。動作電位是興奮的最主要的表現形式。

4.動作電位的傳導

當神經纖維上某一局部受到一定刺激產生動作電位後,鄰近的未受刺激(未興奮)部位仍為膜外正電位,膜內負電位。這樣,在膜內和膜外的興奮部位和未興奮部位之間均會形成電位差,電位差的出現必然導致電荷的移動,而電荷的移動形成了局部電流。在膜內電荷由興奮區向鄰近的靜息區流動,在膜外電荷由靜息區流向興奮區,這樣就形成了局部電流的迴路。局部電流迴路的作用使鄰近的靜息區膜電位上升而產生動作電位,該動作電位又會按同樣的方式影響與它鄰近的區域產生局部電流迴路,於是動作電位以局部電流的方式沿神經纖維傳導。

5.靜息電位的恢復

當興奮部位刺激未興奮部位產生動作電位後,則興奮部位又恢復為靜息電位。興奮傳導過後,原先興奮部位的鈉—鉀泵活動增強,將內流的鈉離子排出,同時將透出膜外的鉀離子重新移入膜內,又形成了外正內負的靜息電位。

實例:(浙江高考)

在離體實驗條件下單條神經纖維的動作電位示意圖如下圖。下列敘述正確的是

A.a~b段的Na+內流是需要消耗能量的

B.b~c段的Na+外流是不需要消耗能量的

C.c~d段的K+外流是不需要消耗能量的

D.d~e段的K+內流是需要消耗能量的

試題分析:a~c段的Na+內流是通過通道的協助擴散,不需要消耗能量,故A、B錯誤。c~e段的K+外流是藉助通道的協助擴散,不需要消耗能量的,故C正確、D錯誤。

考點:本題考查神經傳遞相關知識,意在考察考生對知識點的理解和對圖形的分析能力。


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