Question

【題目】學(xué)習(xí)、記憶是動物適應(yīng)環(huán)境、使個體得到發(fā)展的重要功能。通過電刺激實驗，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)、記憶功能與高等動物的海馬腦區(qū)（H區(qū)）密切相關(guān)。如果在H區(qū)的傳入纖維上施加100次/秒、持續(xù)1秒的強刺激（HFS），在刺激后幾小時之內(nèi)，只要再施加單次強刺激，突觸后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(qū)神經(jīng)細胞產(chǎn)生了“記憶”，下圖為這一現(xiàn)象可能的機制。請分析回答：

（1）在小鼠H區(qū)的傳入纖維中部施加單次強刺激，興奮經(jīng)神經(jīng)纖維傳導(dǎo)到________和突觸前膜 ，并導(dǎo)致________與突觸前膜融合釋放神經(jīng)遞質(zhì)作用于突觸后膜的相關(guān)受體，引起突觸后膜膜電位變化。

（2）據(jù)圖分析，突觸后膜上的N受體被激活后，Ca2+進入胞內(nèi)與________共同作用，使C酶被激活，圖示過程中需要消耗能量的是________（填對應(yīng)的序號）

①谷氨酸的釋放 ②Ca2+與N受體結(jié)合進入海馬細胞 ③A受體的磷酸化

（3）為驗證圖中所示機制，對小鼠H區(qū)傳入纖維施以HFS，休息30分鐘后，檢測H區(qū)神經(jīng)細胞的A受體總量和細胞膜上的A受體數(shù)量，如果出現(xiàn)________，則驗證了圖中的Ⅱ過程。

（4）為驗證T的磷酸化增強神經(jīng)細胞對刺激的“記憶”這一假設(shè)，請完善以下實驗設(shè)計：

步驟1： 將T的磷酸化位點發(fā)生突變的一組小鼠，用HFS處理H區(qū)傳入纖維30分鐘并檢測H區(qū)神經(jīng)細胞突觸后膜A受體是否磷酸化。

步驟2：________。步驟3：檢測并比較________。

Answer 1

【答案】細胞體、樹突 突觸小泡 鈣調(diào)蛋白 ①③ A受體總量不變，細胞膜上的A受體數(shù)量增加 將另一組未突變小鼠做同樣處理并檢測 兩組小鼠突觸后膜的電位變化

【解析】

依題意和分析題圖：傳入神經(jīng)末梢釋放的谷氨酸與突觸后膜上的A受體結(jié)合后引起Na+通過A受體進入海馬腦神經(jīng)細胞內(nèi)，谷氨酸與突觸后膜上的N受體結(jié)合后引起Ca2+以協(xié)助擴散的方式通過N受體進入海馬腦神經(jīng)細胞內(nèi)，說明谷氨酸是一種神經(jīng)遞質(zhì)。進入海馬腦神經(jīng)細胞內(nèi)的Ca2+與鈣調(diào)蛋白結(jié)合后C酶被激活。激活的C酶促進了A受體胞內(nèi)肽段（T）轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>A受體的Ⅱ過程，進而使細胞膜上的A受體數(shù)量增加，由此推知：H區(qū)神經(jīng)細胞產(chǎn)生“記憶”可能是A受體在細胞膜上的數(shù)量增多所致。

(1) 突觸前膜屬于神經(jīng)元的軸突末梢膨大而成的突觸小體膜的一部分。在小鼠H區(qū)的傳入纖維中部施加單次強刺激，興奮經(jīng)神經(jīng)纖維傳導(dǎo)到細胞體、樹突和突觸前膜，并導(dǎo)致突觸小泡與突觸前膜融合，進而將神經(jīng)遞質(zhì)釋放到突觸間隙。

(2) 從圖中可以看出，Ca2+通過N受體進入細胞內(nèi)與鈣調(diào)蛋白結(jié)合，激活C酶。谷氨酸是一種神經(jīng)遞質(zhì)，存在于突觸小泡中，以胞吐方式被釋放到突觸間隙，此過程需要消耗能量；Ca2+通過N受體進入海馬細胞的過程是從高濃度向低濃度運輸，需要載體，不消耗能量；A受體的磷酸化需要ATP水解提供能量。綜上分析，圖示過程中需要消耗能量的是①③。

(3) 分析圖示可知：Ⅱ過程為細胞內(nèi)的A受體胞內(nèi)肽段（T）轉(zhuǎn)變成A受體并轉(zhuǎn)移至細胞膜上。對小鼠H區(qū)傳入纖維施以HFS，休息30分鐘后，檢測到H區(qū)神經(jīng)細胞的A受體總量不變，而細胞膜上的A受體數(shù)量增加，則說明有較多的A受體胞內(nèi)肽段（T）通過Ⅱ過程轉(zhuǎn)變成了A受體。

(4) 為驗證T的磷酸化能增強神經(jīng)細胞對刺激的“記憶”這一假設(shè)，自變量為實驗小鼠是否發(fā)生了T的磷酸化位點發(fā)生突變。將T的磷酸化位點發(fā)生突變的一組小鼠，用HFS處理H區(qū)傳入纖維30分鐘并檢測H區(qū)神經(jīng)細胞突觸后膜A受體能否磷酸化，這是對實驗組的處理和檢測，因此還應(yīng)補充一組對未突變小鼠同樣處理的對照實驗，即補充的該對照實驗是將另一組未突變小鼠做同樣處理并檢測。檢測的實驗結(jié)果應(yīng)具有可操作性，突觸后膜A受體能否磷酸化不易檢測，因此本實驗還應(yīng)檢測和比較以上兩組小鼠突觸后膜的電位變化。