鈣離子在神經遞質乙醯膽鹼釋放中的作用

從此愛上生物 發佈 2020-01-08T13:26:26+00:00

在必修三通過神經系統的調節一節中,講興奮的傳導產生原因,傳導和傳遞只涉及到Na+、K+的流動,於是乎學生會覺得只有這兩種離子在起作用,其實不然,Ca2+、Cl﹣在其中也起了不可忽略的作用,先將有關典型習題做以收集,以便大家對相應知識有所了解。

在必修三通過神經系統的調節一節中,講興奮的傳導產生原因,傳導和傳遞只涉及到Na+、K+的流動,於是乎學生會覺得只有這兩種離子在起作用,其實不然,Ca2+、Cl﹣在其中也起了不可忽略的作用,先將有關典型習題做以收集,以便大家對相應知識有所了解。

相關機理:神經元興奮時,Ca2+通道開放,促使Ca2+內流,促使含有乙醯膽鹼的突觸小泡與突觸前膜融合併釋放到突觸間隙,作用於突觸後膜,使下一神經元興奮,即膜上出現動作電位。

1.下圖是由甲、乙、丙三個神經元(部分)構成的突觸結構。神經元興奮時,Ca2+通道開放,使Ca2+內流,由此觸發突觸小泡前移並釋放神經遞質。據圖分析,下列敘述正確的是(  )

A.乙醯膽鹼和5-羥色胺在突觸後膜上的受體相同

B.若乙神經元興奮,會引起丙神經元興奮

C.若某種抗體與乙醯膽鹼受體結合,不會影響甲神經元膜電位的變化

D.若甲神經元上的Ca2+通道被抑制,會引起乙神經元膜電位發生變化

答案 C

解析 乙醯膽鹼和5-羥色胺都與突觸後膜對應的特異性受體結合,A錯誤;乙神經元興奮釋放的是抑制性神經遞質,故丙神經元不興奮,B錯誤;若某種抗體與乙醯膽鹼受體結合,只能影響突觸後神經元的興奮,不會影響甲神經元膜電位的變化,C正確;若甲神經元上的Ca2+通道被抑制,乙醯膽鹼不能正常釋放,不會引起乙神經元膜電位發生變化,D錯誤。

2.下圖為突觸結構和功能的模式圖,下列有關敘述不恰當的是(  )


A.瞬間增大軸突末端細胞膜對Ca2+的通透性會加速神經遞質的釋放

B.過程①體現了細胞膜具有流動性

C.過程②表示神經遞質進入突觸後膜所在的神經元

D.過程③可避免突觸後膜持續興奮

答案 C

解析 瞬間增大細胞膜對Ca2+的通透性,會加速神經遞質的釋放,A正確;由於神經遞質的釋放方式是胞吐,故神經遞質的釋放體現了細胞膜的流動性,B正確;過程②只能說明神經遞質能促進鈉離子進入突觸後膜,神經遞質並沒有進入突觸後膜所在的神經元,C錯誤;過程③表示神經遞質重吸收進入突觸前膜所在的神經元,可避免突觸後膜持續興奮,D正確。

3.(2016·浙江麗水一模)已知Ca2+可以促進突觸小泡和突觸前膜融合,釋放神經遞質。如圖為神經—肌肉接點模式圖。下列敘述正確的是(  )


A.組織液Ca2+濃度下降將引起乙醯膽鹼合成量減少

B.瞬間增大Ca2+通透性可使肌細胞持續興奮

C.乙醯膽鹼經通道蛋白進入肌細胞形成一個小電位

D.肌膜處發生的信號變化是:化學信號→電信號

【解析】結合題干信息:「Ca2+可以促進突觸小泡和突觸前膜融合,釋放神經遞質」,Ca2+濃度與神經遞質的合成無關,A錯誤;瞬間增大Ca2+通透性可導致突觸前膜內負電荷消除,加快突觸前膜內神經遞質的釋放,因而引起的效應是加速神經衝動的傳遞,B錯誤;乙醯膽鹼是一種神經遞質,它與突觸後膜上的受體結合,引起後膜上的相關離子通道蛋白打開,從而使後膜產生一個小電位,C錯誤;肌膜處發生的信號變化過程是接受神經遞質(化學信號)後產生興奮(電信號)的過程,D正確。

【答案】D

4.(2017北京卷,29)學習、記憶是動物適應環境、使個體得到發展的重要功能。通過電刺激實驗,發現學習、記憶功能與高等動物的海馬腦區(H區)密切相關。

(1)在小鼠H區的傳入纖維上施加單次強刺激,傳入纖維末梢釋放的_________________作用於突觸後膜的相關受體,突觸後膜出現一個膜電位變化。

(2)如果在H區的傳入纖維上施加100次/秒、持續1秒的強刺激(HFS),在刺激後幾小時之內,只要再施加單次強刺激,突觸後膜的電位變化都會比未受過HFS處理時高2~3倍,研究者認為是HFS使H區神經細胞產生了「記憶」,下圖為這一現象可能的機制。


如圖所示,突觸後膜上的N受體被激活後,Ca2+會以_________________方式進入胞內,Ca2+與_______________共同作用,使C酶的_______________發生改變,C酶被激活。

(3)為驗證圖中所示機制,研究者開展了大量工作,如:

①對小鼠H區傳入纖維施以HFS,休息30分鐘後,檢測到H區神經細胞的A受體總量無明顯變化,而細胞膜上的A受體數量明顯增加。該結果為圖中的_______________(填圖中序號)過程提供了實驗證據。

②圖中A受體胞內肽段(T)被C酶磷酸化後,A受體活性增強,為證實A受體的磷酸化位點位於T上,需將一種短肽導入H區神經細胞內,以干擾C酶對T的磷酸化,其中,實驗組和對照組所用短肽分別應與T的胺基酸_______________

A.數目不同序列不同B.數目相同序列相反C.數目相同序列相同

③為驗證T的磷酸化能增強神經細胞對刺激的「記憶」這一假設,將T的磷酸化位點發生突變的一組小鼠,用HFS處理H區傳入纖維,30分鐘後檢測H區神經細胞突觸後膜A受體能否磷酸化,請評價該實驗方案並加以完善_______________。

(4)圖中內容從____________水平揭示了學習、記憶的一種可能機制,為後續研究提供了理論基礎。

【答案】(1)神經遞質

(2)易化擴散/協助擴散鈣調蛋白空間結構

(3)①Ⅱ

②C、B

③該實驗方案存在兩處缺陷:第一,應補充一組對未突變小鼠同樣處理的對照實驗。第二,應補充施加HFS後檢測和比較以上兩組小鼠突觸後膜的電位變化的實驗

(4)細胞和分子

【解析】(1)在小鼠H區的傳入纖維上施加單次強刺激,傳入纖維末梢釋放的神經遞質作用於突觸後膜的相關受體,突觸後膜出現一個膜電位變化。

(2)從圖中可以看出,Ca2+通過N受體進入細胞的過程是從高濃度向低濃度運輸,需要載體,不消耗ATP,屬於協助擴散或易化擴散。Ca2+進入細胞後與鈣調蛋白結合,激活C酶;蛋白質的功能取決於其空間結構,酶的活性改變的直接原因是其空間結構發生了改變。

(3)①由圖示信息,根據「細胞膜上的A受體數量明顯增加」可推出有比較多的A受體胞內肽段轉變成了A受體,該過程就是過程Ⅱ。②實驗的自變量為短肽,要驗證磷酸化位點位於T上,導入實驗組的短肽含有磷酸化位點,導入對照組的短肽不含有磷酸化位點,則實驗組所用短肽應與T的胺基酸數目相同序列相同,對照組所用短肽應與T的胺基酸數目相同序列相反。③為了驗證T的磷酸化能增強神經細胞對刺激的「記憶」這一假設,將T的磷酸化位點發生突變的一組小鼠,用HFS處理H區傳入纖維,30分鐘後檢測H區神經細胞突觸後膜A受體能否磷酸化,還應補充一組對未突變小鼠同樣處理的對照實驗;檢測的實驗結果應可操作,膜A受體是否磷酸化不易檢測,應補充施加HFS後檢測和比較以上兩組小鼠突觸後膜的電位變化的實驗。

(4)圖中所研究的機制涉及受體(糖蛋白)、酶及物質的運輸,所以是在分子和細胞水平上揭示學習和記憶的一種可能機制。

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