Урок биологии в 10 классе "Инициация и трансмиссия потенциала действия. Передача импульса вдоль аксона нейрона"

Трансмиссия потенциала действия.

Момент времени 1: Электрический ток, возникший в результате открытия потенциал-зависимых натриевых каналов на участке 1, возбуждает соседние участки мембраны.

Момент времени 2: В результате этого возбуждения на участке 2 открываются потенциал-зависимые натриевые каналы и возникает потенциал действия, который, в свою очередь, возбуждает соседние участки мембраны. На участке 1 открылись потенциал-зависимые калиевые каналы, восстанавливающие мембранный потенциал после прохождения потенциала действия.

Момент времени 3: Электрический ток, возникший в результате открытия потенциал-зависимых натриевых каналов на участке 2, вызвал открытие таких же  каналов на участке 3, и потенциал действия перешел туда. На участке 1 потенциал-зависимые натриевые каналы не смогли открыться, несмотря на электрическое возбуждение от участка 2, так как они были временно инактивированы после создания потенциала действия. На участке 2 открылись потенциал-зависимые калиевые каналы, восстанавливающие мембранный потенциал покоя после прохождения потенциала действия.

Мы уже знаем, что отростки нейронов могут быть покрыты обернутыми вокруг них клетками нейроглии, или миелиновой оболочкой. Именно она делает аксон похожим на вытянутую цепочку сосисок. Передача потенциала возбуждения по «голым», не покрытым миелиновыми клетками, нервным волокнам отличается от его прохождения по миелинизированному аксону. При сравнении заметны существенные преимущества, предоставляемые обернутыми вокруг аксона клетками нейроглии:

Потенциал действия в миелиновом волокне.

1. Экономичность. Мембрана аксона под миелином не имеет каналов для пропускания ионов, создающих потенциал действия. Каналы существуют только в узких промежутках между глиальными клетками, которые называют перехваты Ранвье, и только на этих узких участках аксона возникает потенциал действия. Концентрация ионных каналов в этих перехватах в 100 раз выше, чем в мембранах безмиелиновых волокон, тем не менее для того, чтобы обеспечить их работу, требуется значительно меньше энергии по сравнению с тем, сколько энергии потребовалось бы для обеспечения ионных каналов, расположенных по всей поверхности «голого» аксона. Кроме того, такая экономичность позволяет быстрее «перезаряжать» аксон для проведения следующего потенциала действия, поэтому миелинизированные волокна способны передавать сигналы более высокой частоты.

2. Скорость. По «голому» аксону сигнал передается в каждой его точке. Ионные каналы открываются в каждой точке его поверхности, один за другим, что напоминает тщательное, скрупулезное вчитывание в текст.

В миелинезированном аксоне потенциал действия, возникший в одном перехвате Ранвье, своим электрическим полем дотягивается до соседних перехватов, что приводит к возникновению в них новых потенциалов действия. То есть возбуждение переходит скачкообразно, от одного перехвата к другому. В случае повреждения одного перехвата Ранвье потенциал действия возбуждает следующий после поврежденного перехват, а в случае необходимости даже третий, четвертый и пятый по счету. Распространение электрического поля на такую длину возможно из-за электроизоляции, создаваемой миелиновыми муфтами: она уменьшает рассеивание электрического поля, которое неизбежно для безмиелиновых волокон.

Таким образом, скорость распространения потенциала действия по миелинизированным волокнам намного выше по сравнению с немиелинизированными. Ведь за один и тот же отрезок времени потенциал действия на «голом» аксоне возбудит лишь находящийся непосредственно рядом участок, а потенциал действия на миелинизированном волокне перепрыгнет на расстояние, равное расстоянию между одним или несколькими перехватами Ранвье:

Диапазон скоростей передачи потенциала действия в различных миелинизированных волокнах очень широк: от нескольких метров в секунду до «мирового рекорда», установленного аксоном креветки: он проводит возбуждение со скоростью, превышающей 200 м/с.

Чтобы представить, насколько эффективно может быть увеличена скорость проведения потенциала действия за счёт миелиновой оболочки, достаточно сравнить скорость его распространения по немиелинизированным и миелинизированным волокнам нейронов человека. Если взять скорость проведения импульса в одинаково тонких волокнах, то в безмиелиновом волокне она составит примерно 1 м/с, а в миелинизированном 15—20 м/с. В толстых аксонах человека, покрытых миелиновой оболочкой, скорость проведения может достигать 120 м/с.

• 1 слайд

  Как передается потенциал дейтвия вдоль нейрона?
  

• 2 слайд

  Инициация и трансмиссия потенциала действия в миелинизированных аксонов нейронов.
  

• 3 слайд

  Цель обучения
  описывать и объяснять инициацию и трансмиссию потенциала действия в миелинизированных аксонах нейронов.
  

• 4 слайд

  Критерии оценивания
  1. Знать строение миелиновой оболочки.
  2. Объяснять инициацию потенциала действия в миелинизированных нейронах.
  3. Объяснять трансмиссию потенциала действия в миелинизированных нейронах.
  
  
  

• 5 слайд

  Терминология
  Иницация
  Трансмиссия
  Миелинизация и миелиновая оболочка
  Шванновские клетки / олигодендроциты
  Все или ничего
  Сопредельный
  Сальтаторная проводимость / скорость трансмиссии
  Ионные каналы / ионные ворота
  Деполяризация / реполяризация / потенциал действия и покоя
  Нейрон / Аксон
  
  

• 6 слайд

  Терминология – трансмиссия потенциала действия.
  Трансмиссия/проводимость
  Непрерывная проводимость
  Сальтаторная проводимость / скорость проводимости/передача
  Проведение потенциала действия вдоль аксона
  Немиелинизированное / миелинизированное нервное волокно
  Прыжки / распростроняться
  Направление потеницала действия
  Факторы влияющие на скорость передачи потенциала действия
  
  
  
  
  

• 7 слайд

• 8 слайд

  Вопросы:
  1.Какие различия видны в структуре аксона?
  2.Какие различия видны в проводимости нервных импульсов?
  3.В каком нейроне происходит ускоренная передача импульса?
  
  

• 9 слайд

  Распространение проводимости (трансмиссия)
  

• 10 слайд

  Проводимость потенциала действия
  Два типа проводимости
  Непрерывная проводимость
  Проводимость в немиелинизированном нервном волокне.
  Потенциал действия распространяется вдоль каждой части мембраны.
  Сальтаторная проводимость
  Быстрая проводимость в миелинизированном нервном волокне.
  Импульсы прыгают по участкам волокна (по перехватам Ранвье), покрытого изолирующим миелином.
  

• 11 слайд

  Сальтаторная проводимость
  Сальтаторная проводимость
  Потенциал действия
  Потенциал действия
  Миелин
  Аксон
  

• 12 слайд

  Сальтаторная проводимость
  Шванносвкая клетка
  Сома
  Деполяризация (перехват Ранвье)
  Миелиновая оболочка
  Аксон
  Описание на следующем слайде
  

• 13 слайд

  Сальтаторная проводимость
  В миелинизированном аксоне поток деполяризации во время потенциала действия в одном перехвате Ранвье распространяется вдоль внутренней части аксона к следующему перехвату (синие стрелки). В следующем перехвате натриевые каналы обеспечивают инициирование потенциала действия. Таким образом, потенциал действия движется вдоль аксона, прыгая от перехвата к перехвату (красные стрелки).
  

• 14 слайд

  Непрерывная проводимость
  Распространение потенциала действия в немиелинизированных волокнах.
  
  Относительно медленный и неэффективный способ распространения нервного импульса, особенно для волокон малого диаметра.
  

• 15 слайд

  Проведение потенциала действия
  1. Потенциал действия генерируется, когда ионы Na+ входят в аксон через мембрану в одном месте.
  

• 16 слайд

  Проведение потенциала действия
  Деполяризация потенциала действия распространяется на соседнюю область мембраны, восстанавливая потенциал действия там. Слева от этой области мембрана реполяризируется, ионы K+ выходят наружу.
  

• 17 слайд

  Проведение потенциала действия
  Процессы деполяризации-реполяризации повторяется в следующей области мембраны аксона. Таким образом, локальные потоки ионов через плазматическую мембрану аксона вызывают распространение потенциала действия по всей длине аксона.
  

• 18 слайд

  Проведение потенциала действия вдоль аксона
  

• 19 слайд

  Непрерывная (А) и сальтаторная (В) проводимость.
  Активация проводимости
  Активация проводимости
  Активная область
  Активная область
  Миелиновая оболочка
  

• 20 слайд

  Какие факторы могут влиять на скорость проводимости потенциала действия?
  

• 21 слайд

  Факторы влияющие на скорость проводимеости потенциала действия:
  Миелиновая оболочка
  Диаметр аксона
  Температура
  

• 22 слайд

  1. Миелиновая оболочка
  Является электрическим изолятором - потенциал действия прыгает с одного перехвата Ранвье на другой = САЛЬТАТОРНОЕ ПРОВЕДЕНИЕ.
  Миелинизированный = 90 ms-1 50 раз быстрее!
  Немиелинизированный = 30 ms-1
  
  
  

• 23 слайд

  2. Диаметр аксона
  Больший диаметр = более быстрая проводимость благодаря меньшему рассеиванию.
  
  

• 24 слайд

  3. Температура
  
  Чем выше температура, тем быстрее нервный импульс проходит вдоль аксона (скорость диффузии и активность фермента (например: АТФаза) будет выше.
  
  Проводимость быстрее
  Проводимость медленее
  

Раздел:	10.4 Координация и регуляция
ФИО педагога:
Дата:
КЛАСС: 10	Количество присутствующих:	отсутствующих:
Тема урока:	Инициация и трансмиссия потенциала действия. Передача импульса вдоль аксона нейрона
Цели обучения, которые достигаются на данном уроке	10.1.7.1 описывать и объяснять инициацию и трансмиссию потенциала действия в миелинизированных аксонах нейронов.
Цели урока	Все учащиеся могут: описывать инициацию и трансмиссию потенциала действия в миелинизированных нейронах, строение миелиновой оболочки Некоторые учащиеся могут: сравнивать трансмиссию потенциала действия в миелинизированных и немиелинизированных нейронах. Отдельные учащиеся могут: применить знания для решения биологических задач.

			Ход урока
Этапы урока	Деятельность учителя			Деятельность учащихся	Оценивание	Ресурсы
Начало  урока	Приветствие. Предлагает учащимся ответить на вопрос: ·         Как передается потенциал дейтвия вдоль нейрона? Определение темы урока. Предлагает учащимся ознакомиться с терминологией данного урока.			Приветствие Ответ: Информация быстро проходит через нейроны в виде потенциалов действия, кратковременных изменений напряжения на мембране нервных клеток. Знакомятся с терминологией	Комментарии учителя	Презентация. Презентация
Середина  урока	Показывает учащимся две картинки на которых изображенны два типа трансмиссии нервных импульсов: ·         Непрерывная проводимость ·         Сальтаторная проводимость Просит учащихся сравнить два типа трансмиссии. Можно задать следующие вопросы: 1.      Какие различия видны в структуре аксона? 2.      Какие различия видны в проводимости нервных импульсов? 3.      В каком нейроне происходит ускоренная передача импульса? . Предлагает учащимся ознакомиться с информацией о трансмиссии потенциала действия в миелинизированном нейроне  Показывает учащимся видео о трансмиссии потенциала действия в нейроне. https://www.youtube.com/watch?v=b2ctEsGEpe0 Объясняет учащимся материал о типах механизма проводимости: непрерывная и сальтаторная.  (ФО) Предлагает учащимся сравнить два типа проводимости нервных импульсов. Задает учащимся вопрос: 1.      Какие факторы могут влиять на скорость проводимости потенциала действия? Объясняет учащимся материал о факторах влияющих на скорость проводимости потенциала действия в нейронах. (ФО) Рабочий лист			Сравнивают два типа трансмиссии нервных импульсов, отвечают на вопросы. Ученики могут записать свои ответы в тетрадях. В  конце урока для закрипления можно вернуться к данным вопросам для обсуждения Чтение с пометками Просмотр видео Слушают объяснение (ФО) Сравнивают два типа проводимости (диаграмма Венна) Ответ: миелиновая оболочка, диаметр аксона, температура. Слушают объяснение Выполняют ФО	Взаимопроверка Комментарий учителя Оценивание учителем	Презентация. Приложение #1. Видео о трансмиссии потенциала действия (англ.яз): https://www.youtube.com/watch?v=b2ctEsGEpe0 Презентация. Презентация Презентация Рабочий лист
Конец урока	Заключение. Рефлексия: 2 звезды и 1 пожелание.			Участвуют в рефлексии	Взаимооценивание	Стикеры.

 

ФИ учащегося: _______________________________________ Класс: ______________

1. Какой ион входя в нейрон, вызывает деполяризацию клеточной мембраны?

A.    натрий

B.     хлор

C.     калий

D.    фосфор

2. Na+ ионные каналы открываются при достижении какого состояния?

A.    Потенциала покоя

B.     Порога

C.     Реполяризации

D.    Овершут

3. Что требуется ионным-лиганд каналам для открытия?

A.    увелечениеконцентрацииионов Na⁺ 

B.     связываниеснейромедиатором

C.     увелечение концентрации ионов K⁺

D.    деполяризациявмембране

4. На что реагирует механически закрытый ионный канал?

A.    На физические стимулы

B.     На химические стимулы

C.     На увеличение сопротивления

D.    На уменьшение сопротивления

5. Какое из следующих напряжений наиболее вероятно будет измерено в течение деполяризации?

A.    +30 mV

B.     0 mV

C.     -45 mV

D.    -80 mv

6. Что из следующего, будет проводить потенциал действия быстрее всего?

A.    тонкий, немиелинизированный аксон

B.     тонкий, миелинизированный аксон

C.     толстый, немиелинизированный аксон

D.    толстый, миелинизированный аксон

(6)

7. На скорость проведения нервного импульса влияет температура.

(i) Предположите, почему повышение температуры приводит к увеличению скорости проводимости.

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. (1)

8. Ионные каналы K+ и Na+ участвуют в передаче импульсов в сенсорных и моторных нейронах.

(i) В приведенной ниже таблице указаны две фазы передачи импульса в сенсорном нейроне.

Поставьте галочку в каждом поле, чтобы правильно определить, открыты или закрыты каналы на этих двух этапах.

Фазы	K+ ионные каналы открыты	K+ ионные каналы закрыты	Na+ ионные каналы закрыты
Деполяризация
Реполяризация

(3)