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动作电位疑难例题勘误评析

(2017-05-31 18:26:31)
标签:

动作电位

离子通道

去极化

复极化

分类: 专业论文

动作电位是高中生物学中一个非常重要的概念,也是高考的高频考点。各地模拟卷中针对该考点的试题层出不穷,有许多试题材料和角度新颖,思考性强,对于教师和学生理解掌握相关内容大有裨益。但也有的试题存在语言表述及科学性方面的不严谨之处,反而给广大师生带来困扰。现收集部分个人觉得有疑义的典型例题,进行评析释疑,勘正错误,厘清概念,并归纳解题方法,以期对准确理解动作电位概念有所帮助。

  动作电位的检测

例题1.(宁波市 20173月新高考选考适应性考试27题) 若在如图甲所示神经纤维的右侧给予一适当的刺激 (电表指针偏转方向与电流进表方向一致),图①②③是神经冲动在纤维上传导过程中可能出现的电表指针偏转示意图,下列叙述正确的是(  http://s9/mw690/001k5H0Vzy7bvuSirped8&690

A.图中电表偏转的顺序依次是:②→①→②→③→②

B.图①中 b 电极处钠离子通道大量开放,钠离子内流

    C.图②中 a 电极处神经纤维膜呈外正内负,钾离子通道开放,钠离子通道关闭

    D.图③中 a 电极处神经纤维处于极化状态,钾离子扩散到膜外,而负离子不能扩散出去

解释:本题参考答案为Dab电极分别置于膜内和膜外,静息时电位分布是外正内负,因此电表起始偏转情况如图③所示,而不可能是图②,A错误。图①表示a 电极电位高于b电极,可能是a电极处处于极化状态而b电极处处于下图1bd阶段(不含bd 点,即反极化状态),也可能是b电极处处于极化状态而a电极处处于下图2bd阶段(不含bd 点,即反极化状态)。因此不能确定图①中 b 电极处钠离子通道是否大量开放,B 错误。图②表示a 电极电位等于b电极,可能是b电极处处于下图1b点或d 点,也可能是a电极处处于下图2b点或d 点。同样不能确定a 电极处神经纤维膜的状态,C错误。

2                 http://s1/mw690/001k5H0Vzy7bvuV42rKb0&690

                                                                                         

勘误:综上所述,ABC选项确实错误。问题是该题D选项也不正确。图③表示a 电极电位低于b电极,a 电极处处于上图2abdf阶段(不含bd 点)均可以,不能确定电极处神经纤维处于极化状态,D错误。因此该题是个错题。此外,题干中“电表指针偏转方向与电流进表方向一致”一句表述也不合规范,表述为“a电极电位较低时电表指针往左偏转”更清晰明了。

评析:本题考查静息电位与动作电位的检测。将电流表的两个电极分别置于神经纤维的膜内和膜外,静息时测得的电位分布称为静息电位,受刺激后产生的电位波动称为动作电位。电流表偏转情况与两电极处电位分布情况关系可结合图1与图2进行分析,这也是解决这一类问题的有效解题方法。图1与图2的区别在于参考电极不同。图1是以膜内电极作为参考电极(设为零电位),记录膜外某点的电位变化情况。图2则相反,是以膜外电极作为参考电极(设为零电位),记录膜内某点的电位变化情况。在各种参考资料中图2更为常见。

  动作电位的产生机理

例题2.(杭州市2017届高三上学期期末教学质量检测27题)以新鲜的蛙坐骨神经腓肠肌标本为材料,适宜条件下坐骨神经纤维产生动作电位的过程中,由于钠钾离子的流动造成的跨膜电流如图所示(内向电流是指正离子由细胞膜外向膜内流动,外向电流则相反)。下列说法正确的是(  http://s1/mw690/001k5H0Vzy7bvuVoY6cc0&690

A.ab段正离子内流需要消耗ATP
B.cd
段正离子与Na+通道蛋白结合排出细胞
C.c
点时坐骨神经纤维的膜电位大于0mV
D.f
点后,腓肠肌的细胞膜不一定去极化

解释:本题参考答案为Cab段是正向电流,由正离子(钠离子)内流导致,钠离子内流为易化扩散不需要消耗ATPA错误。cd段是外向电流,由正离子(钾离子)外流导致,钾离子外流不与Na通道蛋白结合,而是经钾离子通道流出。B错误。ab段与bc 段均是内向电流,表示的过程是钠离子从缓慢内流(开始去极化)、快速内流(钠离子通道全部打开,快速去极化)、内流减慢至平衡(达到反极化)因此C点表示动作电位的最高点,此时膜内电位大于0f点后,当兴奋传递到腓肠肌细胞,腓肠肌细胞膜发生去极化过程。

勘误:本题的CD选项的表述均不确切。c点时表示达到动作电位的最高点,膜内电位大于0,相应的,膜外电位则小于0,即外负内正,因此C选项应准确表述为“c点时坐骨神经纤维的膜内电位大于0mV”。去极化可以表示过程,也可以表示状态,“不一定去极化”这个说法可以有2种理解,一种理解为不一定发生去极化过程,则该说法错误;一种理解为不一定处于去极化状态,则该说法正确,因为腓肠肌细胞膜不可能在f点后一直处于去极化状态。因此D选项应该改为“f点后,腓肠肌的细胞膜不一定会发生去极化”。

    评析:本题考查动作电位产生机理。解决这类题目仍然需要结合上文的图2进行分析。题中ac段相当于图2ac段,即正离子(钠离子)内流,导致去极化,膜内电位上升。题中b点相当于图2ac的中点,此时钠离子内流最快,去极化速度最快。题中ce段相当于图2cf段,即钾离子外流导致复极化(图2ce段),乃至更多正离子往外转运导致超极化(图2ef段,关于超极化形成原因有两种说法,高中阶段不作要求,在此不赘述)。题中ef段相当于图2fg段,即通过小幅度内向电流使膜内从超极化恢复到极化状态。

  动作电位的传导

例题3.2014届浙江省高考模拟冲刺卷第6题)研究人员为了研究动作电位的传导过程,用适宜强度的刺激去刺激离体的神经纤维,并测定神经纤维上甲、乙、丙、丁四处某时刻的电位情况(如图)。下列叙述正确是(   http://s8/mw690/001k5H0Vzy7bvuW6NDN57&690

A.该神经细胞的静息电位为-60mV

B.该神经细胞的动作电位为+10mV

C.乙处神经纤维膜处于去极化过程

D.丙处膜上的钾离子通道处于开放状态

解析:本题参考答案是C。由于该题是一个明显错题,所以不在此解释,直接在下文中说明。

                        http://s2/mw690/001k5H0Vzy7bvv0AB6951&690 

勘误:在神经纤维上给予适宜强度刺激,将会产生一个动作电位并沿甲至丁方向传导下去,之后某时刻的电位分布如图3。甲、乙处于①—②阶段,即复极化阶段,丙处于②—③阶段或③—④阶段,即复极化或去极化阶段,丁处于④—⑤阶段,即去极化阶段或激化状态。因此该神经细胞的静息电位低于或等于-70 mV,动作电位高于或等于+10mV,乙处神经纤维 膜处于复极化过程,丙处膜上的钾离子通道处于开放状态或钠离子通道处于开放状态。之所以乙必定处于复极化过程,原因在于乙比丙更接近刺激点,必然已经比丙更早产生动作电位。因此四个选项说法均错误。

评析:该题考查动作电位的传导。可结合图3进行分析。图3也叫动作电位传导图或动作电位分布图,要区别于图2的动作电位变化图。图2是神经纤维上某一点在受到刺激后不同时刻的膜内电位变化图,横坐标是时间,超极化区段(2efg)画在右侧,即动作电位发生后才产生超极化现象。图3表示神经纤维受到刺激后某一时刻不同部位的膜内电位分布情况,横坐标表示神经纤维的位置,超极化区段(图3①)画在接近刺激点的一侧,表示该点已经兴奋过了,而较远的点正在产生或即将产生动作电位。可以据此判断动作电位传导方向,动作电位是由超极化一侧向另一侧传导。

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