高三生物動(dòng)物的新陳代謝及其調(diào)節(jié)專題.doc

動(dòng)物的新陳代謝及其調(diào)節(jié)專題*知識聯(lián)系框架動(dòng)物的新陳代謝及其調(diào)節(jié)甲狀腺激素用 單細(xì)胞動(dòng)物的物質(zhì)交換激素調(diào)節(jié)胰島素 內(nèi)環(huán)境與內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)性激素 物質(zhì)代謝生長激素 食物的消化與營養(yǎng)物質(zhì)的吸收神經(jīng)調(diào)節(jié)反射 物質(zhì)代謝過程反射弧 能量代謝*重點(diǎn)知識聯(lián)系與剖析一、動(dòng)物的新陳代謝1.單細(xì)胞動(dòng)物的物質(zhì)交換單細(xì)胞動(dòng)物體內(nèi)與外界環(huán)境只相隔一層細(xì)胞膜，因而體內(nèi)與外界直接通過體表進(jìn)行物質(zhì)交換。2.內(nèi)環(huán)境與內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)內(nèi)環(huán)境是指人體內(nèi)(高等的多細(xì)胞動(dòng)物體內(nèi))的細(xì)胞外液體，是人體細(xì)胞賴依生存的液體環(huán)境。內(nèi)環(huán)境就是細(xì)胞外液，主要包括淋巴、血漿和組織液，它們之間的關(guān)系是：血漿和組織液之間可以通過毛細(xì)血管壁互相滲透，組織液可以滲入毛細(xì)淋巴管成為淋巴，淋巴只有通過淋巴循環(huán)再回到血漿?？捎萌缦玛P(guān)系式表示：在研究內(nèi)環(huán)境時(shí)，要搞清楚消化道的地位，消化道是動(dòng)物在進(jìn)化過程中形成的被圍在體內(nèi)的專門用于消化食物的特殊的外界環(huán)境。消化腺分泌的消化液已經(jīng)脫離子內(nèi)環(huán)境，不屬于體液，也不屬于細(xì)胞外液。內(nèi)環(huán)境是體內(nèi)細(xì)胞生存的直接環(huán)境。由于細(xì)胞與內(nèi)環(huán)境之間、內(nèi)環(huán)境與外界環(huán)境之間不斷地進(jìn)行著物質(zhì)交換，因此細(xì)胞的代謝活動(dòng)和外界環(huán)境的不斷變化，必然會(huì)影響內(nèi)環(huán)境的理化性質(zhì)，如pH值、滲透壓、溫度等，但內(nèi)環(huán)境通過機(jī)體的調(diào)節(jié)活動(dòng)能夠維持相對的穩(wěn)定。下面以pH值為例作一說明：人體在新陳代謝過程中，會(huì)產(chǎn)生許多酸性物質(zhì)，如乳酸、碳酸；人的食物(如蔬菜、水果)中往往含有一些堿性物質(zhì)(如碳酸鈉)。這些酸性和堿性的物質(zhì)進(jìn)入血液，就會(huì)使血液的pH值發(fā)生變化。但是在血液中含有許多對酸堿度起緩沖作用的物質(zhì)緩沖物質(zhì)，每一對緩沖物質(zhì)都是由一種弱酸和相應(yīng)的一種強(qiáng)堿鹽組成，如H2CO3/NaHCO3、NaH2PO4/Na2HPO4等。當(dāng)機(jī)體劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，肌肉中產(chǎn)生大量的乳酸、碳酸等物質(zhì)，并且進(jìn)入血液。乳酸進(jìn)入血液后，就與血液中的NaHCO3發(fā)生作用，生成乳酸鈉和H2CO3，H2CO3是一種弱酸，而且不穩(wěn)定，易分解成CO2和H2O，所以對血液的pH值影響不大。血液中增加的C02會(huì)刺激呼吸活動(dòng)的神經(jīng)中樞，增強(qiáng)呼吸運(yùn)動(dòng)，增加通氣量，從而將CO2排出體外。當(dāng)Na2CO3進(jìn)入血液后。就與血液中的H2CO3發(fā)生作用，生成碳酸氫鹽，而過多的碳酸氫鹽可以由腎臟排出。這樣由于血液中緩沖物質(zhì)的調(diào)節(jié)作用，可以使血液的pH值不會(huì)發(fā)生大的變化，通常穩(wěn)定在7.357.45之間。內(nèi)環(huán)境的其他理化性質(zhì)，如溫度、滲透壓、各種化學(xué)物質(zhì)的含量等，在神經(jīng)系統(tǒng)和體液的調(diào)節(jié)之下，通過各個(gè)器官、系統(tǒng)的協(xié)調(diào)活動(dòng)，也都能維持在一個(gè)相對穩(wěn)定的狀態(tài)。生理學(xué)家把正常機(jī)體在神經(jīng)系統(tǒng)和體液的調(diào)節(jié)之下，通過各個(gè)器官、系統(tǒng)的協(xié)調(diào)活動(dòng)，共同維持內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定狀態(tài)，稱為內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。3.物質(zhì)代謝(1)營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收食物中的營養(yǎng)成分：在植物性食物和動(dòng)物性食物中，都含有蛋白質(zhì)、糖類、脂類、水、無機(jī)鹽和維生素等人及其他動(dòng)物所必需的營養(yǎng)成分。每種成分對人體都有一定的作用。在食物中除了上述六大營養(yǎng)要素外，還有第七營養(yǎng)要素，主要包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、果膠、瓊脂等。這些物質(zhì)不能被體內(nèi)的消化酶所分解，也不能被機(jī)體吸收利用，但對于維護(hù)身體健康，具有其他營養(yǎng)素所不能代替的作用。這第七營養(yǎng)要素稱為膳食纖維。(2)消化和吸收在食物的營養(yǎng)成分中:蛋白質(zhì)、淀粉和脂肪是不溶于水的大分子有機(jī)物，必須經(jīng)過消化，轉(zhuǎn)變成能溶于水的小分子有機(jī)物才能被吸收。水、無機(jī)鹽和維生素(脂溶性維生素如VD、VA等也不經(jīng)消化就能被直接吸收)這三類營養(yǎng)物質(zhì)是都能溶于水的小分子有機(jī)物，不經(jīng)過消化就可被直接吸收。動(dòng)物的消化方式有細(xì)胞內(nèi)消化和細(xì)胞外消化兩種:單細(xì)胞動(dòng)物的消化方式是細(xì)胞內(nèi)消化；低等的多細(xì)胞動(dòng)物兼有兩種消化方式，如水螅、海蜇、海葵、珊瑚等腔腸動(dòng)物；高等的多細(xì)胞動(dòng)物消化方式只有細(xì)胞外消化，但還保留著細(xì)胞內(nèi)消化方式，如白細(xì)胞吞噬細(xì)菌，這種方式的生理意義是免疫，對保護(hù)機(jī)體的健康是非常有利的。高等動(dòng)物的細(xì)胞外消化有兩種形式：物理性消化和化學(xué)性消化。物理性消化是指牙齒的咀嚼、舌頭的攪拌、胃腸的蠕動(dòng)等，物理性消化只改變食物的形態(tài)，但不改變食物的分子結(jié)構(gòu)；化學(xué)性消化是指在消化酶的作用下，將大分子的不溶于水的脂肪、蛋白質(zhì)和淀粉，分解成為能溶于水的小分子有機(jī)物的過程，化學(xué)性消化改變了食物的分子結(jié)構(gòu)。營養(yǎng)物質(zhì)吸收的主要場所是小腸:小腸幾乎能吸收所有經(jīng)過消化后的營養(yǎng)物質(zhì)。胃和大腸也具有一定的吸收功能，但對葡萄糖、氨基酸及甘油和脂肪酸是不能吸收的。(3)物質(zhì)代謝過程物質(zhì)代謝包括糖類代謝、蛋白質(zhì)代謝和脂肪的代謝。這三類營養(yǎng)物質(zhì)的代謝樞紐是呼吸作用，主要是通過呼吸作用的中間產(chǎn)物，如丙酮酸、乙酰輔酶A、檸檬酸等中間產(chǎn)物。糖類轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)必須通過轉(zhuǎn)氨基作用，將氨基轉(zhuǎn)移給糖代謝的中間產(chǎn)物就能產(chǎn)生新的氨基酸，如將氨基轉(zhuǎn)給丙酮酸即為丙氨酸。蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變成糖類必須經(jīng)過脫氨基作用，形成的不含氮部分才能轉(zhuǎn)變成糖類。糖類轉(zhuǎn)變成脂肪必須通過乙酰輔酶A。脂肪轉(zhuǎn)變成乙酰輔酶A后才能進(jìn)入呼吸作用，繼而再轉(zhuǎn)變成糖類和蛋白質(zhì)。在蛋白質(zhì)代謝過程中，氨基酸經(jīng)脫氨基作用形成的含N部分是NH3，NH3對人體是有毒的，但在肝臟中通過肝臟的解毒作用轉(zhuǎn)變成尿素，尿素基本對人體無害，再通過循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)至腎臟，以尿液的形成排出體外，或運(yùn)至皮膚的汗腺以汗液的形式排出體外。4.能量代謝(1)氣體交換的過程在高等的多細(xì)胞動(dòng)物和人體內(nèi)，氣體交換包括4個(gè)連續(xù)的過程：肺的換氣，通過呼吸運(yùn)動(dòng)完成；肺泡內(nèi)氣體與血液之間的氣體交換，通過氣體擴(kuò)散完成；氣體在血液中的運(yùn)輸，通過循環(huán)系統(tǒng)完成；血液與組織細(xì)胞間的氣體交換，通過氣體擴(kuò)散完成。如圖右所示。在圖中A處發(fā)生的整個(gè)過程稱為外呼吸。外呼吸是指機(jī)體的內(nèi)環(huán)境與外界環(huán)境之間進(jìn)行氣體交換的過程，它包括肺泡肺通氣和肺泡內(nèi)氣體與血液之間的氣體交換。通過外呼吸血液由含O2少、含CO2多的靜脈血變成含O2多、含CO2少的動(dòng)脈血。在圖中B處發(fā)生的是內(nèi)呼吸。內(nèi)呼吸是指組織細(xì)胞與血液之間的氣體交換過程和O2在細(xì)胞里的利用過程。通過內(nèi)呼吸，血液性質(zhì)由動(dòng)脈血轉(zhuǎn)變成靜脈血。在整個(gè)氣體交換過程中，肺泡里的氣體交換和組織里的氣體交換原理都是氣體擴(kuò)散，O2和CO2通過細(xì)胞膜的方式是自由擴(kuò)散，不消耗ATP。但外呼吸中的肺通氣必須通過呼吸運(yùn)動(dòng)完成，是一個(gè)耗能的過程，內(nèi)呼吸中的氧氣的利用實(shí)際就是有氧呼吸的過程，在這個(gè)過程中是要產(chǎn)生ATP的。(2)能量的釋放、轉(zhuǎn)移和利用在生物體氧化分解有機(jī)物的過程中，必定伴隨著能量的釋放。釋放出的能量分為兩部分：一部分能量是不可轉(zhuǎn)移的，以熱能的形式釋放出去；另一部分能量為可轉(zhuǎn)移的能量，用于合成ATP。所以在生物體內(nèi)合成ATP的過程是一個(gè)能量的轉(zhuǎn)移過程，不能單純地理解為貯存能量；在整個(gè)新陳代謝過程中能量的貯存應(yīng)在同化作用過程中。ATP水解的過程，就其反應(yīng)式而言是一個(gè)釋放能量的過程，但在整個(gè)新陳代謝過程中，應(yīng)屬于能量的利用過程。在動(dòng)物體內(nèi)ATP水解釋放的能量用于：肌肉的收縮、神經(jīng)傳導(dǎo)和生物電、吸收與分泌、合成代謝等；在植物體內(nèi)用于：細(xì)胞的分裂、植株的生長、新物質(zhì)的合成、礦質(zhì)元素的吸收等。(3)磷酸肌酸磷酸肌酸是高等動(dòng)物體內(nèi)的一種高能磷酸化合物，在體內(nèi)的含量較ATP豐富，是高能磷酸鍵的一種貯存形式，但不能直接用于各項(xiàng)生命活動(dòng)。當(dāng)細(xì)胞中的ATP迅速而大量地消耗時(shí)，貯存在磷酸肌酸中的高能磷酸鍵可迅速轉(zhuǎn)移到ATP中，滿足生理活動(dòng)的需要。在細(xì)胞內(nèi)的ATP富余時(shí)，ATP中的高能磷酸鍵可轉(zhuǎn)移到磷酸肌酸中貯存起來以備急需。磷酸肌酸與ATP之間的關(guān)系可用下式表示：(4)劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)的供能系統(tǒng)ATP在高等動(dòng)物體的貯存量是有限的，在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)只能維持3秒鐘的消耗，但細(xì)胞中的ATP是用不完的，因?yàn)橛幸粋€(gè)ATP的再生系統(tǒng)。在剛開始劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于有氧呼吸過程還未及時(shí)作出反應(yīng)，ATP的大量消耗依賴于磷酸肌酸中高能磷酸鍵的迅速轉(zhuǎn)移來維持ATP的供應(yīng)，但磷酸肌酸也只能維持十幾秒鐘的時(shí)間，這是劇烈運(yùn)動(dòng)過程中第一階段的供能系統(tǒng)，稱為ATP磷酸肌酸供能系統(tǒng)。如果運(yùn)動(dòng)繼續(xù)下去，就要依靠無氧呼吸釋放少量的能量來維持劇烈運(yùn)動(dòng)的需要，這是劇烈運(yùn)動(dòng)過程中的第二階段供能系統(tǒng)，稱為無氧呼吸供能系統(tǒng)。但無氧呼吸釋放的能量很少，也不能長時(shí)間供能，無氧呼吸的產(chǎn)物乳酸在動(dòng)物體內(nèi)的積累會(huì)降低內(nèi)環(huán)境的pH值，過多的乳酸積累會(huì)導(dǎo)致酸中毒。由于在第一階段和第二階段的運(yùn)動(dòng)過程中，積累了大量的ADP和NAD+(H被消耗后產(chǎn)生的一種物質(zhì))兩種物質(zhì)，這兩物質(zhì)對有氧呼吸過程有強(qiáng)烈的促進(jìn)作用，這樣經(jīng)過將近1分鐘時(shí)間的適應(yīng)，有氧呼吸速度明顯加快，如果劇烈運(yùn)動(dòng)持續(xù)進(jìn)行下去，能量主要由有氧呼吸提供。如圖所示：在劇烈運(yùn)動(dòng)過程，由于高等動(dòng)物個(gè)體的生理性適應(yīng)，交感神經(jīng)興奮性增加，副交感神經(jīng)興奮性降低，心跳加快加強(qiáng)，血液循環(huán)的速度加快，運(yùn)輸氧的能力得到加強(qiáng)。血液中CO2的增加刺激呼吸中樞使呼吸運(yùn)動(dòng)加快加深，氣體交換量也成倍增加。機(jī)體供氧量的成倍增加為高強(qiáng)度的有氧呼吸創(chuàng)造了條件。*重點(diǎn)知識聯(lián)系與剖析二、動(dòng)物新陳代謝的調(diào)節(jié)1.激素和酶的關(guān)系激素和酶都是由生物體內(nèi)的活細(xì)胞產(chǎn)生的，酶一般都是蛋白質(zhì)，但激素不定是蛋白質(zhì)，如胰島素、生長激素是蛋白質(zhì)，但性激素不是蛋白質(zhì)。酶的生理功能是催化生物體內(nèi)的各種化學(xué)反應(yīng)，使生物體內(nèi)的各種化學(xué)反應(yīng)能夠順利進(jìn)行，激素的生理功能是對生物體的各種化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，促進(jìn)或抑制這些反應(yīng)的過程，從而達(dá)到某種生理效應(yīng)。2.外分泌腺和內(nèi)分泌腺外分泌腺是有導(dǎo)管的，腺細(xì)胞的分泌物進(jìn)入導(dǎo)管，通過導(dǎo)管排到腺體外，如胰腺的外分泌部、唾液腺、汗腺等。內(nèi)分泌腺是沒有導(dǎo)管的腺體，其腺細(xì)胞的分泌物直接進(jìn)人血液，通過血液運(yùn)輸?shù)狡渌钠鞴俨⒃谀?里發(fā)揮效應(yīng)，如胰腺的內(nèi)分泌部胰島，還有甲狀腺、垂體等。3.甲狀腺激素甲狀腺激素是一種含碘的氨基酸，在化學(xué)上應(yīng)歸為胺類物質(zhì)。合成和分泌甲狀腺激素的器官是甲狀腺，但甲狀腺的活動(dòng)要受到垂體和下丘腦的調(diào)節(jié)。下丘腦通過分泌促甲狀腺激素釋放激素來促進(jìn)垂體合成和分泌促甲狀腺激素，垂體能通過合成和分泌促甲狀腺激素來影響甲狀腺的活動(dòng)，但體內(nèi)甲狀腺激素含量的多少可以反饋性地抑制或促進(jìn)下丘腦和垂體的活動(dòng)。具體的調(diào)節(jié)過程如圖所示。體內(nèi)甲狀腺激素的濃度高于正常水平，就反饋性抑制垂體合成和分泌促甲狀腺激素，還要進(jìn)一步反饋性地抑制下丘腦合成和分泌促甲狀腺激素釋放因子來減弱垂體的活動(dòng)，使甲狀腺合成和分泌甲狀腺激素的量減少。如果體內(nèi)的甲狀腺激素的水平下降，則反饋性地促進(jìn)垂體合成和分泌促甲狀腺激素，促進(jìn)甲狀腺激素的合成和分泌。還可以促進(jìn)下丘腦合成和分泌促甲狀腺激素釋放激素，進(jìn)一步促進(jìn)垂體的活動(dòng)，使垂體分泌更多的促甲狀腺激素，進(jìn)一步加強(qiáng)甲狀腺的活動(dòng)。上述調(diào)節(jié)過程稱為負(fù)反饋調(diào)節(jié)。碘是甲狀腺合成甲狀腺激素的原料，沒有碘就不能合成甲狀腺激素，此時(shí)體內(nèi)的甲狀腺激素不足，通過反饋調(diào)節(jié)，垂體分泌過多的促甲狀腺激素，就有可能使甲狀腺的腺泡組織增生而出現(xiàn)甲狀腺肥大。在我國有許多地區(qū)的食物中缺碘，這些地區(qū)的甲狀腺肥大的發(fā)病率很高，這種病稱為地方性甲狀腺腫。甲狀腺激素對人體的發(fā)育是至關(guān)重要的，特別是對大腦發(fā)育的影響，幼兒期缺甲狀腺激素對大腦造成的智力損害是不可逆的。所以幼年時(shí)缺少甲狀腺激素不僅器官發(fā)育不良，身體不長，而且智力低下，稱為呆小癥。如果地區(qū)性食物中缺碘，就會(huì)因碘缺乏而造成智力傷害。我國為消除因碘缺乏造成智力傷害從1995年起實(shí)行了“食物加碘”戰(zhàn)略。4.性激素性激素是屬于類固醇激素，主要分為兩類：雌性激素是由雌性動(dòng)物的卵巢分泌的，作用是促進(jìn)雌性生殖器官的發(fā)育和卵細(xì)胞的形成，激發(fā)并維持雌性動(dòng)物的第二性征和正常的性周期；雄性激素是由雄性動(dòng)物的精巢(或睪丸)分泌的，作用是促進(jìn)雄性動(dòng)物生殖器官的發(fā)育和精子的生成，激發(fā)并維持雄性動(dòng)物的第二性征。第二性征是指兩性在體表上的差異，即雄性動(dòng)物具有某種特征而雌性動(dòng)物無此相應(yīng)特征；第性征是兩性在生殖器官上的差異。公雞和母雞生殖腺的閹割和移植實(shí)驗(yàn)就證明了性激素具有激發(fā)并維持動(dòng)物第二性征的作用。性激素分泌的調(diào)節(jié)也類似于甲狀腺激素負(fù)反饋調(diào)節(jié)過程。體育運(yùn)動(dòng)中運(yùn)動(dòng)員禁用的興奮劑就是類固醇激素或類固醇激素的類似物。長期服用興奮劑會(huì)干擾體內(nèi)正常的內(nèi)分泌功能，對健康不利，也違背體育比賽的公平競爭原則。5.胰島素胰腺分為內(nèi)分泌部和外分泌部兩部分：外分泌部屬于消化腺。內(nèi)分泌部是分散在胰腺組織中的許多孤立的細(xì)胞團(tuán)稱為胰島，作用是分泌胰島素。胰島素是一種蛋白質(zhì)，共有51個(gè)氨基酸，兩條肽鏈。胰島素的生理作用是：促進(jìn)血糖合成糖元，促進(jìn)血糖分解，降低血糖濃度。胰島素分泌的調(diào)節(jié)主要是受血糖濃度的反饋調(diào)節(jié)：血糖濃度上升，胰島素分泌量增加，促使血糖濃度降低；如果血糖濃度降低，胰島素的分泌量就下降，使血糖濃度升高。胰島素分泌的調(diào)節(jié)過程不受垂體的直接控制。如果因胰島病變，胰島素的分泌量不足或沒有，血糖濃度就會(huì)升高，當(dāng)血糖濃度超過腎小管的重吸收極限時(shí)，葡萄糖就會(huì)隨尿液排出體外，因尿液中有葡萄糖，這種病就稱為糖尿病。6.生長激素生長激素是由垂體分泌的一種含有191個(gè)氨基酸組成的一條多肽鏈，實(shí)際也是一種蛋白質(zhì)。生長激素的生理作用主要是:促進(jìn)幼小動(dòng)物的生長，對發(fā)育幾乎沒有影響。生長激素也能促進(jìn)體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成，抑制蛋白質(zhì)的分解，提高對糖類和脂肪的利用率。人在幼年