1、专题七 动物的新陈代谢及其调节*知识联系框架动物的新陈代谢及其调节甲状腺激素用 单细胞动物的物质交换激素调节胰岛素 内环境与内环境的稳态性激素 物质代谢生长激素 食物的消化与营养物质的吸收神经调节反射 物质代谢过程反射弧 能量代谢*重点知识联系与剖析一、动物的新陈代谢1.单细胞动物的物质交换单细胞动物体内与外界环境只相隔一层细胞膜，因而体内与外界直接通过体表进行物质交换。2.内环境与内环境的稳态内环境是指人体内(高等的多细胞动物体内)的细胞外液体，是人体细胞赖依生存的液体环境。内环境就是细胞外液，主要包括淋巴、血浆和组织液，它们之间的关系是：血浆和组织液之间可以通过毛细血管壁互相渗透，组织液可
2、以渗入毛细淋巴管成为淋巴，淋巴只有通过淋巴循环再回到血浆。可用如下关系式表示：在研究内环境时，要搞清楚消化道的地位，消化道是动物在进化过程中形成的被围在体内的专门用于消化食物的特殊的外界环境。消化腺分泌的消化液已经脱离子内环境，不属于体液，也不属于细胞外液。内环境是体内细胞生存的直接环境。由于细胞与内环境之间、内环境与外界环境之间不断地进行着物质交换，因此细胞的代谢活动和外界环境的不断变化，必然会影响内环境的理化性质，如pH值、渗透压、温度等，但内环境通过机体的调节活动能够维持相对的稳定。下面以pH值为例作一说明：人体在新陈代谢过程中，会产生许多酸性物质，如乳酸、碳酸；人的食物(如蔬菜、水果)
3、中往往含有一些碱性物质(如碳酸钠)。这些酸性和碱性的物质进入血液，就会使血液的pH值发生变化。但是在血液中含有许多对酸碱度起缓冲作用的物质缓冲物质，每一对缓冲物质都是由一种弱酸和相应的一种强碱盐组成，如H2CO3/NaHCO3、NaH2PO4/Na2HPO4等。当机体剧烈运动时，肌肉中产生大量的乳酸、碳酸等物质，并且进入血液。乳酸进入血液后，就与血液中的NaHCO3发生作用，生成乳酸钠和H2CO3，H2CO3是一种弱酸，而且不稳定，易分解成CO2和H2O，所以对血液的pH值影响不大。血液中增加的C02会刺激呼吸活动的神经中枢，增强呼吸运动，增加通气量，从而将CO2排出体外。当Na2CO3进入血
4、液后。就与血液中的H2CO3发生作用，生成碳酸氢盐，而过多的碳酸氢盐可以由肾脏排出。这样由于血液中缓冲物质的调节作用，可以使血液的pH值不会发生大的变化，通常稳定在7.357.45之间。内环境的其他理化性质，如温度、渗透压、各种化学物质的含量等，在神经系统和体液的调节之下，通过各个器官、系统的协调活动，也都能维持在一个相对稳定的状态。生理学家把正常机体在神经系统和体液的调节之下，通过各个器官、系统的协调活动，共同维持内环境的相对稳定状态，称为内环境的稳态。3.物质代谢(1)营养物质的消化吸收食物中的营养成分：在植物性食物和动物性食物中，都含有蛋白质、糖类、脂类、水、无机盐和维生素等人及其他动物
5、所必需的营养成分。每种成分对人体都有一定的作用。在食物中除了上述六大营养要素外，还有第七营养要素，主要包括纤维素、半纤维素、木质素、果胶、琼脂等。这些物质不能被体内的消化酶所分解，也不能被机体吸收利用，但对于维护身体健康，具有其他营养素所不能代替的作用。这第七营养要素称为膳食纤维。(2)消化和吸收在食物的营养成分中:蛋白质、淀粉和脂肪是不溶于水的大分子有机物，必须经过消化，转变成能溶于水的小分子有机物才能被吸收。水、无机盐和维生素(脂溶性维生素如VD、VA等也不经消化就能被直接吸收)这三类营养物质是都能溶于水的小分子有机物，不经过消化就可被直接吸收。动物的消化方式有细胞内消化和细胞外消化两种:
6、单细胞动物的消化方式是细胞内消化；低等的多细胞动物兼有两种消化方式，如水螅、海蜇、海葵、珊瑚等腔肠动物；高等的多细胞动物消化方式只有细胞外消化，但还保留着细胞内消化方式，如白细胞吞噬细菌，这种方式的生理意义是免疫，对保护机体的健康是非常有利的。高等动物的细胞外消化有两种形式：物理性消化和化学性消化。物理性消化是指牙齿的咀嚼、舌头的搅拌、胃肠的蠕动等，物理性消化只改变食物的形态，但不改变食物的分子结构；化学性消化是指在消化酶的作用下，将大分子的不溶于水的脂肪、蛋白质和淀粉，分解成为能溶于水的小分子有机物的过程，化学性消化改变了食物的分子结构。营养物质吸收的主要场所是小肠:小肠几乎能吸收所有经过消
7、化后的营养物质。胃和大肠也具有一定的吸收功能，但对葡萄糖、氨基酸及甘油和脂肪酸是不能吸收的。(3)物质代谢过程物质代谢包括糖类代谢、蛋白质代谢和脂肪的代谢。这三类营养物质的代谢枢纽是呼吸作用，主要是通过呼吸作用的中间产物，如丙酮酸、乙酰辅酶A、柠檬酸等中间产物。糖类转变成蛋白质必须通过转氨基作用，将氨基转移给糖代谢的中间产物就能产生新的氨基酸，如将氨基转给丙酮酸即为丙氨酸。蛋白质转变成糖类必须经过脱氨基作用，形成的不含氮部分才能转变成糖类。糖类转变成脂肪必须通过乙酰辅酶A。脂肪转变成乙酰辅酶A后才能进入呼吸作用，继而再转变成糖类和蛋白质。在蛋白质代谢过程中，氨基酸经脱氨基作用形成的含N部分是N
8、H3，NH3对人体是有毒的，但在肝脏中通过肝脏的解毒作用转变成尿素，尿素基本对人体无害，再通过循环系统运至肾脏，以尿液的形成排出体外，或运至皮肤的汗腺以汗液的形式排出体外。4.能量代谢(1)气体交换的过程在高等的多细胞动物和人体内，气体交换包括4个连续的过程：肺的换气，通过呼吸运动完成；肺泡内气体与血液之间的气体交换，通过气体扩散完成；气体在血液中的运输，通过循环系统完成；血液与组织细胞间的气体交换，通过气体扩散完成。如图右所示。在图中A处发生的整个过程称为外呼吸。外呼吸是指机体的内环境与外界环境之间进行气体交换的过程，它包括肺泡肺通气和肺泡内气体与血液之间的气体交换。通过外呼吸血液由含O2少
9、、含CO2多的静脉血变成含O2多、含CO2少的动脉血。在图中B处发生的是内呼吸。内呼吸是指组织细胞与血液之间的气体交换过程和O2在细胞里的利用过程。通过内呼吸，血液性质由动脉血转变成静脉血。在整个气体交换过程中，肺泡里的气体交换和组织里的气体交换原理都是气体扩散，O2和CO2通过细胞膜的方式是自由扩散，不消耗ATP。但外呼吸中的肺通气必须通过呼吸运动完成，是一个耗能的过程，内呼吸中的氧气的利用实际就是有氧呼吸的过程，在这个过程中是要产生ATP的。(2)能量的释放、转移和利用在生物体氧化分解有机物的过程中，必定伴随着能量的释放。释放出的能量分为两部分：一部分能量是不可转移的，以热能的形式释放出去
10、；另一部分能量为可转移的能量，用于合成ATP。所以在生物体内合成ATP的过程是一个能量的转移过程，不能单纯地理解为贮存能量；在整个新陈代谢过程中能量的贮存应在同化作用过程中。ATP水解的过程，就其反应式而言是一个释放能量的过程，但在整个新陈代谢过程中，应属于能量的利用过程。在动物体内ATP水解释放的能量用于：肌肉的收缩、神经传导和生物电、吸收与分泌、合成代谢等；在植物体内用于：细胞的分裂、植株的生长、新物质的合成、矿质元素的吸收等。(3)磷酸肌酸磷酸肌酸是高等动物体内的一种高能磷酸化合物，在体内的含量较ATP丰富，是高能磷酸键的一种贮存形式，但不能直接用于各项生命活动。当细胞中的ATP迅速而大
11、量地消耗时，贮存在磷酸肌酸中的高能磷酸键可迅速转移到ATP中，满足生理活动的需要。在细胞内的ATP富余时，ATP中的高能磷酸键可转移到磷酸肌酸中贮存起来以备急需。磷酸肌酸与ATP之间的关系可用下式表示：(4)剧烈运动时的供能系统ATP在高等动物体的贮存量是有限的，在剧烈运动时只能维持3秒钟的消耗，但细胞中的ATP是用不完的，因为有一个ATP的再生系统。在刚开始剧烈运动时，由于有氧呼吸过程还未及时作出反应，ATP的大量消耗依赖于磷酸肌酸中高能磷酸键的迅速转移来维持ATP的供应，但磷酸肌酸也只能维持十几秒钟的时间，这是剧烈运动过程中第一阶段的供能系统，称为ATP磷酸肌酸供能系统。如果运动继续下去，
12、就要依靠无氧呼吸释放少量的能量来维持剧烈运动的需要，这是剧烈运动过程中的第二阶段供能系统，称为无氧呼吸供能系统。但无氧呼吸释放的能量很少，也不能长时间供能，无氧呼吸的产物乳酸在动物体内的积累会降低内环境的pH值，过多的乳酸积累会导致酸中毒。由于在第一阶段和第二阶段的运动过程中，积累了大量的ADP和NAD+(H被消耗后产生的一种物质)两种物质，这两物质对有氧呼吸过程有强烈的促进作用，这样经过将近1分钟时间的适应，有氧呼吸速度明显加快，如果剧烈运动持续进行下去，能量主要由有氧呼吸提供。如图所示：在剧烈运动过程，由于高等动物个体的生理性适应，交感神经兴奋性增加，副交感神经兴奋性降低，心跳加快加强，血
13、液循环的速度加快，运输氧的能力得到加强。血液中CO2的增加刺激呼吸中枢使呼吸运动加快加深，气体交换量也成倍增加。机体供氧量的成倍增加为高强度的有氧呼吸创造了条件。*重点知识联系与剖析二、动物新陈代谢的调节1.激素和酶的关系激素和酶都是由生物体内的活细胞产生的，酶一般都是蛋白质，但激素不定是蛋白质，如胰岛素、生长激素是蛋白质，但性激素不是蛋白质。酶的生理功能是催化生物体内的各种化学反应，使生物体内的各种化学反应能够顺利进行，激素的生理功能是对生物体的各种化学反应进行调节，促进或抑制这些反应的过程，从而达到某种生理效应。2.外分泌腺和内分泌腺外分泌腺是有导管的，腺细胞的分泌物进入导管，通过导管排到
14、腺体外，如胰腺的外分泌部、唾液腺、汗腺等。内分泌腺是没有导管的腺体，其腺细胞的分泌物直接进人血液，通过血液运输到其他的器官并在那 里发挥效应，如胰腺的内分泌部胰岛，还有甲状腺、垂体等。3.甲状腺激素甲状腺激素是一种含碘的氨基酸，在化学上应归为胺类物质。合成和分泌甲状腺激素的器官是甲状腺，但甲状腺的活动要受到垂体和下丘脑的调节。下丘脑通过分泌促甲状腺激素释放激素来促进垂体合成和分泌促甲状腺激素，垂体能通过合成和分泌促甲状腺激素来影响甲状腺的活动，但体内甲状腺激素含量的多少可以反馈性地抑制或促进下丘脑和垂体的活动。具体的调节过程如图所示。体内甲状腺激素的浓度高于正常水平，就反馈性抑制垂体合成和分泌
15、促甲状腺激素，还要进一步反馈性地抑制下丘脑合成和分泌促甲状腺激素释放因子来减弱垂体的活动，使甲状腺合成和分泌甲状腺激素的量减少。如果体内的甲状腺激素的水平下降，则反馈性地促进垂体合成和分泌促甲状腺激素，促进甲状腺激素的合成和分泌。还可以促进下丘脑合成和分泌促甲状腺激素释放激素，进一步促进垂体的活动，使垂体分泌更多的促甲状腺激素，进一步加强甲状腺的活动。上述调节过程称为负反馈调节。碘是甲状腺合成甲状腺激素的原料，没有碘就不能合成甲状腺激素，此时体内的甲状腺激素不足，通过反馈调节，垂体分泌过多的促甲状腺激素，就有可能使甲状腺的腺泡组织增生而出现甲状腺肥大。在我国有许多地区的食物中缺碘，这些地区的甲
16、状腺肥大的发病率很高，这种病称为地方性甲状腺肿。甲状腺激素对人体的发育是至关重要的，特别是对大脑发育的影响，幼儿期缺甲状腺激素对大脑造成的智力损害是不可逆的。所以幼年时缺少甲状腺激素不仅器官发育不良，身体不长，而且智力低下，称为呆小症。如果地区性食物中缺碘，就会因碘缺乏而造成智力伤害。我国为消除因碘缺乏造成智力伤害从1995年起实行了“食物加碘”战略。4.性激素性激素是属于类固醇激素，主要分为两类：雌性激素是由雌性动物的卵巢分泌的，作用是促进雌性生殖器官的发育和卵细胞的形成，激发并维持雌性动物的第二性征和正常的性周期；雄性激素是由雄性动物的精巢(或睾丸)分泌的，作用是促进雄性动物生殖器官的发育
17、和精子的生成，激发并维持雄性动物的第二性征。第二性征是指两性在体表上的差异，即雄性动物具有某种特征而雌性动物无此相应特征；第性征是两性在生殖器官上的差异。公鸡和母鸡生殖腺的阉割和移植实验就证明了性激素具有激发并维持动物第二性征的作用。性激素分泌的调节也类似于甲状腺激素负反馈调节过程。体育运动中运动员禁用的兴奋剂就是类固醇激素或类固醇激素的类似物。长期服用兴奋剂会干扰体内正常的内分泌功能，对健康不利，也违背体育比赛的公平竞争原则。5.胰岛素胰腺分为内分泌部和外分泌部两部分：外分泌部属于消化腺。内分泌部是分散在胰腺组织中的许多孤立的细胞团称为胰岛，作用是分泌胰岛素。胰岛素是一种蛋白质，共有51个氨
18、基酸，两条肽链。胰岛素的生理作用是：促进血糖合成糖元，促进血糖分解，降低血糖浓度。胰岛素分泌的调节主要是受血糖浓度的反馈调节：血糖浓度上升，胰岛素分泌量增加，促使血糖浓度降低；如果血糖浓度降低，胰岛素的分泌量就下降，使血糖浓度升高。胰岛素分泌的调节过程不受垂体的直接控制。如果因胰岛病变，胰岛素的分泌量不足或没有，血糖浓度就会升高，当血糖浓度超过肾小管的重吸收极限时，葡萄糖就会随尿液排出体外，因尿液中有葡萄糖，这种病就称为糖尿病。6.生长激素生长激素是由垂体分泌的一种含有191个氨基酸组成的一条多肽链，实际也是一种蛋白质。生长激素的生理作用主要是:促进幼小动物的生长，对发育几乎没有影响。生长激素
19、也能促进体内蛋白质的合成，抑制蛋白质的分解，提高对糖类和脂肪的利用率。人在幼年时缺少生长激素会得侏儒症:患者身材特别矮小，但智力是与常人一样的。如果幼年时生长激素分泌过多:会使生长速度过快而身材特别高大，称为巨人症。成年人分泌过多会使关节软骨、关节头、短骨等处的骨质增生，从而使关节活动不灵活，甚至不能活动，这种病称为肢端肥大症。*重点知识联系与剖析三、神经调节单细胞的原生动物没有神经系统，对外界刺激作出反应是通过原生质进行的。多细胞动物对外界刺激作出反应是通过神经系统完成的，其基本方式是反射，完成反射过程的神经结构称为反射弧，组成包括5个部分：感受器、传人神经纤维、神经中枢、传出神经纤维和效应器。反射属于应激性的范畴，是应激性高度进化的产物。*