Question

咖啡因能提高人体神经系统的兴奋性，减少疲倦感。人感到疲惫的原因是大脑的神经细胞膜表面存在大量的腺苷受体，当神经元兴奋后，会消耗大量ATP产生腺苷，腺苷中的腺嘌呤与腺苷受体结合后，会使人产生疲劳感。咖啡因的分子结构与腺嘌呤类似。请根据以上材料回答下列有关问题：

（1）神经元兴奋部位，膜两侧的电位表现为_______，这种电位表现与静息电位是相反的，静息电位形成的主要原因是___________________。

（2）请分析咖啡因能减少疲倦的原因：__________________________________。

（3）茶叶和咖啡中均含有咖啡因，但是茶叶提高神经系统兴奋性的效果不如咖啡显著。有人认为原因可能是茶叶中的另外一种成分茶氨酸抑制了咖啡因的作用。为了验证上述假设，某小组设计了如下实验。小组成员发现，当小鼠神经系统兴奋性较高时，平均体重的耗氧速率会升高，可以通过检测小鼠单位时间单位体重的耗氧量（C）来判断小鼠神经系统兴奋性的高低。

实验材料：健康雄性小鼠若干、健康雌性小鼠若干、生理盐水、蒸馏水配制的咖啡因制剂、蒸馏水配置的茶氨酸制剂、蒸馏水等。

具体步骤：①选取健康的雌性或雄性小鼠若干，平均分成两组，并标注实验组A和对照组B。

②A组处理：定时灌喂__________________________________；

B组处理：定时灌喂__________________________________。

③处理一段时间后，统计小鼠单位时间单位体重的耗氧量C_A和C_B

实验分析，如果C_A_______C_B（填“>”或“<”或“=”），则证明茶氨酸能抑制咖啡因的作用。

Answer

内正外负 钾离子外流 咖啡因结构与腺嘌呤类似，能和腺苷受体结合，阻断了腺苷与受体的结合，使人体不产生疲倦的感觉 适量的咖啡因制剂和茶氨酸制剂 与A组等量的咖啡因制剂和蒸馏水 <

【解析】

1.实验设计的一般步骤：

分组编号→设置对照实验（给与不同的处理）→观察并记录实验结果（注意保证无关变量的一致性）→得出结论。

2.静息电位和动作电位的产生。

神经纤维未受刺激时电位状态为静息电位，表现为外正内负，是由于钾离子外流形成的。通常情况下钠离子在细胞外液中含量高，是维持细胞外液渗透压的主要离子。当神经纤维接受刺激后会使细胞膜上的钠离子通道打开，导致钠离子大量内流使得膜电位发生逆转表现为外负内正，为动作电位状态。

（1）神经元兴奋部位，意味着该部位的电位为动作电位，即膜两侧的电位表现为内正外负，这种电位表现与静息电位是相反的，静息电位形成的主要原因是钾离子外流形成的。

（2）因为咖啡因结构与腺嘌呤类似，能和腺苷受体结合，阻断了腺苷与受体的结合，使人体不产生疲倦的感觉，从而咖啡因缓解了人疲倦的感觉。

（3）由实验目的“验证茶叶中的另外一种成分茶氨酸抑制了咖啡因的作用，从而导致茶叶提高神经系统兴奋性的效果不如咖啡显著”出发，去设计实验，分析题目可知，实验的单一变量是是否含有茶氨酸，因变量是兴奋性的强弱，相关的监测因变量的指标为平均体重的耗氧速率的变化。故实验步骤为：

①（分组编号）选取健康的雌性或雄性小鼠若干，平均分成两组，并标注实验组A和对照组B。

②（给不同处理）结合材料设计单一变量，注意让茶氨酸找到作用对象咖啡因，

A组处理：定时灌喂适量的咖啡因制剂和茶氨酸制剂；

B组处理：定时灌喂与A组等量的咖啡因制剂和蒸馏水。

③处理一段时间后，统计小鼠单位时间单位体重的耗氧量CA和CB

结合实验目证明茶氨酸抑制了咖啡因的作用的分析实验结果，应该为：如果CA