靜息電位和動作電位產(chǎn)生的離子基礎大學內(nèi)容教學文案

1、靜息電位和動作電位產(chǎn)生的離子基礎大學內(nèi)容 本課件依據(jù)筆者發(fā)表在本課件依據(jù)筆者發(fā)表在生物學通報生物學通報2012年第年第9期的教學設計制作而成。期的教學設計制作而成。http:/ 論文詳見：論文詳見： 依據(jù)論文和課件制作而成的教學視頻：依據(jù)論文和課件制作而成的教學視頻：http:/ 興奮的實質(zhì)是電流，電流是如何產(chǎn)生的？興奮的實質(zhì)是電流，電流是如何產(chǎn)生的？產(chǎn)生電流要求有電位差，所以需要測量神經(jīng)細胞膜的電位變化。產(chǎn)生電流要求有電位差，所以需要測量神經(jīng)細胞膜的電位變化。直徑小于直徑小于0.5m0.5m 當將兩個微電極都放在神經(jīng)細胞膜外時，在示波器上沒有當將兩個微電極都放在神經(jīng)細胞膜外時，在示波器上沒有

2、記錄到電位差，說明神經(jīng)細胞膜外各處電位相等。記錄到電位差，說明神經(jīng)細胞膜外各處電位相等。 當將一個微電極的尖端刺穿細胞膜瞬間，便可通過示波器記當將一個微電極的尖端刺穿細胞膜瞬間，便可通過示波器記錄到錄到70mV70mV的電位差，的電位差，表明膜內(nèi)電位比膜外電位低了表明膜內(nèi)電位比膜外電位低了70mV70mV。再繼。再繼續(xù)深插此電極，只要電極尖端還留在神經(jīng)細胞內(nèi)，則此電位值便續(xù)深插此電極，只要電極尖端還留在神經(jīng)細胞內(nèi)，則此電位值便不再改變。由于此電位發(fā)生在靜息狀態(tài)的神經(jīng)細胞膜的兩側(cè)，故不再改變。由于此電位發(fā)生在靜息狀態(tài)的神經(jīng)細胞膜的兩側(cè)，故稱稱靜息電位（外正內(nèi)負）靜息電位（外正內(nèi)負）。 70 mV

3、70 mV膜內(nèi)電位比膜外電位低了膜內(nèi)電位比膜外電位低了70mV70mV規(guī)定：規(guī)定：膜外電位為零電位膜外電位為零電位 依據(jù)資料，并結(jié)合細胞依據(jù)資料，并結(jié)合細胞膜內(nèi)膜內(nèi)K+K+濃度遠高于膜外濃度遠高于膜外這一事實，這一事實，提出合理假設來解釋膜內(nèi)電位比膜外低（外正內(nèi)負）這一現(xiàn)提出合理假設來解釋膜內(nèi)電位比膜外低（外正內(nèi)負）這一現(xiàn)象。象。 K+K+外流外流K+K+高高K+K+低低 如假設成立，如假設成立，K+K+是以何種方式流向膜外的？是以何種方式流向膜外的？K+K+外流的動力外流的動力是什么？是什么？ 協(xié)助擴散。協(xié)助擴散。K+K+外流的動力則是細胞膜內(nèi)外的外流的動力則是細胞膜內(nèi)外的K+K+濃度差。后

4、濃度差。后來科學家分離出了膜上的這種載體蛋白，稱作來科學家分離出了膜上的這種載體蛋白，稱作K+K+通道蛋白。通道蛋白。K+K+高高K+K+低低 如假設成立，增大神經(jīng)細胞細胞外液的如假設成立，增大神經(jīng)細胞細胞外液的K+K+濃度，靜息電位濃度，靜息電位的數(shù)值會如何變化？的數(shù)值會如何變化？ 增大神經(jīng)細胞細胞外液的增大神經(jīng)細胞細胞外液的K+K+濃度，則神經(jīng)細胞內(nèi)外濃度，則神經(jīng)細胞內(nèi)外K+K+濃度濃度差變小，差變小，K+K+外流量減少，靜息電位數(shù)值會變小。科學家曾做了外流量減少，靜息電位數(shù)值會變小?？茖W家曾做了這樣的實驗，的確如此，從而驗證了假設。這樣的實驗，的確如此，從而驗證了假設。K+K+高高K+K

5、+低低K+會一直外流嗎？ K+ K+外流后，神經(jīng)細胞內(nèi)外外流后，神經(jīng)細胞內(nèi)外K+K+濃度差會變小，濃度差會變小，K+K+外流的動力外流的動力減小。另外由于減小。另外由于K+K+外流，使細胞內(nèi)外電位差加大，向內(nèi)的電場外流，使細胞內(nèi)外電位差加大，向內(nèi)的電場力會阻止力會阻止K+K+外流。當向外的化學驅(qū)動力（外流。當向外的化學驅(qū)動力（K+K+濃度差）和向內(nèi)的濃度差）和向內(nèi)的電場驅(qū)動力達到平衡時，電場驅(qū)動力達到平衡時，K+K+停止外流，此時膜內(nèi)外的電位穩(wěn)定停止外流，此時膜內(nèi)外的電位穩(wěn)定在在70mV70mV。 神經(jīng)纖維受刺激后，示波器上顯示的數(shù)字由神經(jīng)纖維受刺激后，示波器上顯示的數(shù)字由70 mV70 mV

6、逐漸逐漸減小到減小到0 0，并出現(xiàn)，并出現(xiàn)+35 mV+35 mV，這說明膜內(nèi)外的電位發(fā)生了什么變，這說明膜內(nèi)外的電位發(fā)生了什么變化？化？ 受刺激后，膜內(nèi)外的電位差逐漸縮小至受刺激后，膜內(nèi)外的電位差逐漸縮小至0 0，并出現(xiàn)反轉(zhuǎn)。靜，并出現(xiàn)反轉(zhuǎn)。靜息時是膜外電位高于膜內(nèi)，記做息時是膜外電位高于膜內(nèi)，記做內(nèi)負外正內(nèi)負外正；發(fā)生反轉(zhuǎn)后，膜內(nèi)；發(fā)生反轉(zhuǎn)后，膜內(nèi)電位高于膜外，記做電位高于膜外，記做內(nèi)正外負內(nèi)正外負。70 mV70 mV膜內(nèi)電位比膜外低膜內(nèi)電位比膜外低70 mV70 mV0 mV0 mV膜內(nèi)電位等于膜外電位膜內(nèi)電位等于膜外電位+35mV+35mV膜內(nèi)電位比膜外高膜內(nèi)電位比膜外高35mV35

7、mV規(guī)定：規(guī)定：膜外電位為零電位膜外電位為零電位 結(jié)合結(jié)合膜外膜外Na+Na+濃度遠高于膜內(nèi)濃度遠高于膜內(nèi)這一事實，如何解釋膜電位這一事實，如何解釋膜電位由由70 mV70 mV逐漸減小到逐漸減小到0 0，并出現(xiàn)，并出現(xiàn)+35 mV+35 mV這一現(xiàn)象？這一現(xiàn)象？假設：膜電位發(fā)生反轉(zhuǎn)是由假設：膜電位發(fā)生反轉(zhuǎn)是由Na+Na+內(nèi)流引起的內(nèi)流引起的 K+K+高高K+K+低低Na+Na+低低Na+Na+高高 如假設成立，如假設成立，Na+Na+是以何種方式通過神經(jīng)細胞膜流向膜內(nèi)的？是以何種方式通過神經(jīng)細胞膜流向膜內(nèi)的？Na+Na+會一直內(nèi)流嗎？會一直內(nèi)流嗎？ 協(xié)助擴散。協(xié)助擴散。Na+Na+不會一直內(nèi)

8、流，不會一直內(nèi)流，因為因為Na+Na+內(nèi)流后，神經(jīng)細胞內(nèi)內(nèi)流后，神經(jīng)細胞內(nèi)外外Na+Na+濃度差會變小，濃度差會變小，Na+Na+內(nèi)流內(nèi)流的動力減小。的動力減小。K+K+高高K+K+低低Na+Na+低低Na+Na+高高 如上述假設成立，減小神經(jīng)細胞細胞外液的如上述假設成立，減小神經(jīng)細胞細胞外液的Na+Na+濃度，動作電位的峰值會如何變化？。濃度，動作電位的峰值會如何變化？。K+K+高高K+K+低低Na+Na+低低Na+Na+高高 如何解釋動作電位由如何解釋動作電位由+35 mV+35 mV下降到下降到0 0，最后恢復，最后恢復為為70mV70mV的靜息電位？。的靜息電位？。K+外流K+K+高高

9、K+K+低低Na+Na+低低Na+Na+高高K+K+高高K+K+低低資料：在神經(jīng)細胞興奮的過程中，有部分資料：在神經(jīng)細胞興奮的過程中，有部分K+K+流到了膜外，部分流到了膜外，部分Na+Na+流到膜內(nèi)，流到膜內(nèi)，但恢復靜息后，經(jīng)測定，細胞內(nèi)的但恢復靜息后，經(jīng)測定，細胞內(nèi)的K+K+濃度和細胞外的濃度和細胞外的Na+Na+濃度與靜息時幾乎濃度與靜息時幾乎相同相同，這說明必然存在某種機制將流入細胞內(nèi)的，這說明必然存在某種機制將流入細胞內(nèi)的Na+Na+重新轉(zhuǎn)運到細胞外，否重新轉(zhuǎn)運到細胞外，否則隨著興奮次數(shù)的增多，膜外的則隨著興奮次數(shù)的增多，膜外的Na+Na+濃度會越來越低。同理，也必然存在某濃度會越來

10、越低。同理，也必然存在某種機制將流出細胞的種機制將流出細胞的K+K+重新轉(zhuǎn)運到細胞內(nèi)，否則細胞內(nèi)重新轉(zhuǎn)運到細胞內(nèi)，否則細胞內(nèi)K+K+濃度會越來越低。濃度會越來越低。K+K+高高K+K+低低Na+Na+低低Na+Na+高高K+K+高高K+K+低低 請問上述資料中，將流入細胞內(nèi)的請問上述資料中，將流入細胞內(nèi)的Na+Na+重新轉(zhuǎn)運到細胞外重新轉(zhuǎn)運到細胞外以及將流出細胞的以及將流出細胞的K+K+重新轉(zhuǎn)運到細胞內(nèi)是通過何種方式？是重新轉(zhuǎn)運到細胞內(nèi)是通過何種方式？是否消耗能量？否消耗能量？ 主動運輸K+K+高高K+K+低低Na+Na+低低Na+Na+高高K+K+高高K+K+低低 丹麥生理學家斯科（丹麥生理

11、學家斯科（Jens C.SkouJens C.Skou）等人發(fā)現(xiàn)）等人發(fā)現(xiàn)了細胞膜上存在了細胞膜上存在鈉鉀泵鈉鉀泵，并因此獲得了，并因此獲得了19971997年的年的諾貝爾化學獎?？茖W家發(fā)現(xiàn)，諾貝爾化學獎。科學家發(fā)現(xiàn)，鈉鉀泵是一種鈉鉀鈉鉀泵是一種鈉鉀依賴的依賴的ATPATP酶，能分解酶，能分解ATPATP釋放能量，用于將膜外釋放能量，用于將膜外的的K+K+運進細胞，同時將膜內(nèi)的運進細胞，同時將膜內(nèi)的Na+Na+運出細胞運出細胞。細。細胞內(nèi)胞內(nèi)K+K+濃度高，細胞外濃度高，細胞外Na+Na+濃度高，正是由鈉鉀濃度高，正是由鈉鉀泵維持的。人體處于靜息狀態(tài)時，細胞泵維持的。人體處于靜息狀態(tài)時，細胞2

12、5%25%的的ATPATP被鈉鉀泵消耗掉，神經(jīng)細胞被鈉鉀泵消耗掉，神經(jīng)細胞70%70%的的ATPATP被鈉鉀泵消被鈉鉀泵消耗掉。耗掉。 ABAB段段，神經(jīng)細胞靜息時，非門控，神經(jīng)細胞靜息時，非門控的的K+K+滲漏通道一直開放，滲漏通道一直開放，K+K+外流，外流，膜兩側(cè)的電位表現(xiàn)為膜兩側(cè)的電位表現(xiàn)為外正內(nèi)負外正內(nèi)負； BCBC段段，神經(jīng)細胞受刺激時，受刺，神經(jīng)細胞受刺激時，受刺激部位的膜上門控的激部位的膜上門控的Na+Na+通道打開，通道打開，Na+Na+大量內(nèi)流，膜內(nèi)外的電位出現(xiàn)反大量內(nèi)流，膜內(nèi)外的電位出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)，表現(xiàn)為外負內(nèi)正外負內(nèi)正；CDCD段段，門控的，門控的Na+Na+通道關(guān)

13、閉，門控通道關(guān)閉，門控的的K+K+通道打開，通道打開，K+K+大量外流，膜電大量外流，膜電位恢復為靜息電位后，門控的位恢復為靜息電位后，門控的K+K+通通道關(guān)閉；道關(guān)閉；一次興奮完成后，一次興奮完成后，鈉鉀泵鈉鉀泵將細胞將細胞內(nèi)的內(nèi)的Na+Na+泵出，將細胞外的泵出，將細胞外的K+K+泵入，泵入，以維持細胞內(nèi)以維持細胞內(nèi)K+K+濃度高和細胞外濃度高和細胞外Na+Na+濃度高的狀態(tài)，為下一次興奮做好濃度高的狀態(tài)，為下一次興奮做好準備。準備。高中生物一輪復習全套教學視頻：高中生物一輪復習全套教學視頻：http:/ 4）在離體實驗條件下單條神經(jīng)纖維的動作電位）在離體實驗條件下單條神經(jīng)纖維的動作電位示

14、意圖如下，下列敘述正確的（示意圖如下，下列敘述正確的（ ）A Aa ab b的的Na+Na+內(nèi)流是需要消耗能量的內(nèi)流是需要消耗能量的B Bb bc c段的段的Na+Na+外流是不需要消耗能量的外流是不需要消耗能量的C Cc cd d段的段的K+K+外流是不需要消耗能量的外流是不需要消耗能量的D Dd de e段的段的K+K+內(nèi)流是不需要消耗能量的內(nèi)流是不需要消耗能量的（20092009年山東年山東7 7）圖五表示槍烏賊離體神經(jīng)纖維在）圖五表示槍烏賊離體神經(jīng)纖維在Na+Na+濃度不濃度不同的兩種海水中受刺激后的膜電位變化情況。下列描述錯誤同的兩種海水中受刺激后的膜電位變化情況。下列描述錯誤的是（

15、的是（ ）A A曲線曲線a a代表正常海水中膜電位的變化代表正常海水中膜電位的變化B B兩種海水中神經(jīng)纖維的靜息電位相同兩種海水中神經(jīng)纖維的靜息電位相同C C低低Na+Na+海水中神經(jīng)纖維靜息時，膜內(nèi)海水中神經(jīng)纖維靜息時，膜內(nèi)Na+Na+濃度高于膜外濃度高于膜外D D正常海水中神經(jīng)纖維受刺激時，膜外正常海水中神經(jīng)纖維受刺激時，膜外Na+Na+濃度高于膜內(nèi)濃度高于膜內(nèi)48右表是哺乳動物神經(jīng)右表是哺乳動物神經(jīng)元內(nèi)外兩種主要陽離子的元內(nèi)外兩種主要陽離子的濃度。濃度。a、b代表的離子分代表的離子分別是和。從細胞別是和。從細胞膜的結(jié)構(gòu)分析，維持這種離子濃度不均勻分布的機制是膜的結(jié)構(gòu)分析，維持這種離子濃度

16、不均勻分布的機制是。 Na+、 K+K+通過細胞膜上的通過細胞膜上的Na+Na+、K+K+運輸載體，以主動運輸方式進出運輸載體，以主動運輸方式進出細胞細胞Na+K+離子離子神經(jīng)元內(nèi)神經(jīng)元內(nèi)神經(jīng)元外神經(jīng)元外a5-15mmol/Lb140mmol/L5mmol/L145mmol/L（20122012海南海南1515）關(guān)于人體神經(jīng)細胞的敘述，正確的是）關(guān)于人體神經(jīng)細胞的敘述，正確的是A.A.神經(jīng)細胞軸突末梢可形成多個突觸小體神經(jīng)細胞軸突末梢可形成多個突觸小體B.B.興奮通過神經(jīng)遞質(zhì)在突觸處進行雙向傳遞興奮通過神經(jīng)遞質(zhì)在突觸處進行雙向傳遞C.C.神經(jīng)細胞外神經(jīng)細胞外NaNa+ +內(nèi)流是產(chǎn)生靜息電位的基

17、礎內(nèi)流是產(chǎn)生靜息電位的基礎D.D.靜息狀態(tài)的神經(jīng)細胞膜兩側(cè)的電位表現(xiàn)為內(nèi)正外負靜息狀態(tài)的神經(jīng)細胞膜兩側(cè)的電位表現(xiàn)為內(nèi)正外負A A（20072007新課標廣東）新課標廣東）25.25.神經(jīng)細胞在靜息時具有靜息電位，受神經(jīng)細胞在靜息時具有靜息電位，受到適宜刺激時可迅速產(chǎn)生能傳導的動作電位，這兩種電位可通到適宜刺激時可迅速產(chǎn)生能傳導的動作電位，這兩種電位可通過儀器測量。過儀器測量。A A、B B、C C、D D均為測量神經(jīng)纖維靜息電位示意圖，均為測量神經(jīng)纖維靜息電位示意圖，正確的是正確的是( ) ( ) “漢水丑生的生物同行”超級群大型公益活動：歷年高考題PPT版制作。本課件為公益作品，版權(quán)所有，未

18、經(jīng)允許不得擅自修改或用于任何形式的商業(yè)用途。2012年1月15日，漢水丑生標記。AC（20082008上海）上海）2222、下列能正確表示神經(jīng)纖維受刺激時，刺激、下列能正確表示神經(jīng)纖維受刺激時，刺激點膜電位由靜息電位轉(zhuǎn)為動作電位的過程是（點膜電位由靜息電位轉(zhuǎn)為動作電位的過程是（ ）A A B BC C D DD“漢水丑生的生物同行”超級群大型公益活動：歷年高考題PPT版制作。本課件為公益作品，版權(quán)所有，不得以任何形式用于商業(yè)目的。2012年1月15日，漢水丑生標記。D（20092009江蘇江蘇2 2）下列有關(guān)神經(jīng)興奮的敘述，正確的是（）下列有關(guān)神經(jīng)興奮的敘述，正確的是（ ） A A靜息狀態(tài)時神

19、經(jīng)元的細胞膜內(nèi)外沒有離子進出靜息狀態(tài)時神經(jīng)元的細胞膜內(nèi)外沒有離子進出 B B組織液中組織液中Na+Na+濃度增大，則神經(jīng)元的靜息電位減小濃度增大，則神經(jīng)元的靜息電位減小 C C突觸間隙中的神經(jīng)遞質(zhì)經(jīng)主動運輸穿過突觸后膜而傳遞興奮突觸間隙中的神經(jīng)遞質(zhì)經(jīng)主動運輸穿過突觸后膜而傳遞興奮 D D神經(jīng)纖維接受刺激產(chǎn)生的興奮以電信號的形式傳導神經(jīng)纖維接受刺激產(chǎn)生的興奮以電信號的形式傳導（20092009安徽安徽3030）離體神經(jīng)纖維某一部位受到適當刺激時，受刺）離體神經(jīng)纖維某一部位受到適當刺激時，受刺激部位細胞膜兩側(cè)會出現(xiàn)暫時性的電位變化，產(chǎn)生神經(jīng)沖動。激部位細胞膜兩側(cè)會出現(xiàn)暫時性的電位變化，產(chǎn)生神經(jīng)沖動

20、。圖示該部位受刺激前后，膜兩側(cè)電位差的變化。請回答：圖示該部位受刺激前后，膜兩側(cè)電位差的變化。請回答：（1 1）圖中）圖中a a線段表示線段表示_電位；電位；b b點膜兩側(cè)的電位差為點膜兩側(cè)的電位差為 ，此時此時NaNa+ + （內(nèi)、外）流。（內(nèi)、外）流。靜息靜息0mV0mV內(nèi)內(nèi)“漢水丑生的生物同行”超級群大型公益活動：歷年高考題PPT版制作。本課件為公益作品，版權(quán)所有，不得以任何形式用于商業(yè)目的。2012年1月15日，漢水丑生標記。（20102010新課標新課標5 5）將神經(jīng)細胞置于相當于細胞外液的溶液）將神經(jīng)細胞置于相當于細胞外液的溶液( (溶溶液液S)S)中，可測得靜息電位。給予細胞一個

21、適宜的刺激，膜兩中，可測得靜息電位。給予細胞一個適宜的刺激，膜兩側(cè)出現(xiàn)一個暫時性的電位變化，這種膜電位變化稱為動作電側(cè)出現(xiàn)一個暫時性的電位變化，這種膜電位變化稱為動作電位。適當降低位。適當降低S S溶液中的溶液中的NaNa+ +濃度，測量該細胞的靜息電位和濃度，測量該細胞的靜息電位和動作電位，可觀察到動作電位，可觀察到( )( )A A靜息電位值減小靜息電位值減小 B B靜息電位值增大靜息電位值增大C C動作電位峰值升高動作電位峰值升高 D D動作電位峰值降低動作電位峰值降低D （20092009寧夏寧夏5 5）下列關(guān)于神經(jīng)興奮的敘述，錯誤的是下列關(guān)于神經(jīng)興奮的敘述，錯誤的是 ( ( ） A A興奮部位細胞膜兩側(cè)的電位表現(xiàn)為膜內(nèi)為正、膜外為負興奮部位細胞膜兩側(cè)的電位表現(xiàn)為膜內(nèi)為正、膜外為負 B B神經(jīng)細胞興奮時細胞膜對神經(jīng)細胞興奮時細胞膜對NaNa+ +通透性增大通透性增大 C C興奮在反射弧中以神經(jīng)沖動的方式雙向傳