专题七动物的新陈代谢及其调节1

【知识联系框架】【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进行物质交换。2．内环境与内环境的稳态(1)内环境的概念内环境是指人体内（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，组织液可以渗人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了内环境，不属于体液，也不属于细胞外液。(2)内环境的稳态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）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／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CO2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7．35～7．45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)免疫①免疫的概念传统的免疫概念是指机体抵抗病原微生物的能力，即抗传染免疫。随着科学技术的发展，免疫的概念已大大超过了抗传染免疫的范围。因此，现代免疫的概念是：免疫是机体的一种生理机能，机体依靠这种功能能够识别“自己”和“非己”成分，从而破坏和排斥进入机体内的抗原物质，如病原体，异体组织等或机体本身所产生的老死和受损细胞肿瘤细胞等，以维持内环境的稳定。免疫分非特异性免疫和特异性免疫。非特异性免疫是指对所有病原微生物都有一定程度的抵抗能力，没有特殊的选择性。又称为天然免疫或先天性免疫。如皮肤、黏膜的屏障作用，血脑屏障，胎盘等的屏障作用；吞噬细胞的吞噬作用（血液中的中性粒细胞和组织中的运噬细胞）和杀菌物质（溶菌酶等）的杀菌作用。特异性免疫是指机体针对某一种或某一类微生物或其产物所产生的特异性抵抗力，包括体液免疫和细胞免疫。体液免疫主要是指通过B淋巴细胞产生抗体的免疫过程。如进入体内的细菌外毒素，与机体内的抗毒素（一种抗体）结合后使它丧失毒性，病毒侵入机体后，抗体与抗原（病毒）结合后使病毒失去活力，不能侵人细胞。体液免疫的过程大致分为三个阶段：感应阶段、反应阶段和效应阶段。感应阶段是指抗原侵人机体后，被巨噬细胞吞噬，吞噬后再将抗原决定基传递给T淋巴细胞，再通过T淋巴细胞传递给B淋巴细胞。反应阶段是指B淋巴细胞被激活后形成效应B淋巴细胞，其中一小部分转化为记忆细胞，大部分效应B淋巴细胞迅速增殖，产生大量的效应B淋巴细胞，产生大量的抗体。效应阶段效应B淋巴细胞产生的抗体再与抗原结合发挥免疫反应的过程。细胞免疫主要是指通过T淋巴细胞发挥免疫作用的免疫反应过程，与体液免疫过程一样也分为三个阶段。感应阶段与体液免疫的感应阶段基本一样。反应阶段是指T淋巴细胞接受抗原刺激后形成效应T细胞，其中一部分转变成记忆T细胞，大部分迅速增殖形成大量的效应T细胞，产生更强的特异性免疫反应。效应阶段是指效应T细胞与被抗原入侵的宿主细胞（即靶细胞）密切接触，激活靶细胞内的溶酶体，使靶细胞的膜透性改变，渗透压发生变化，最终导致某细胞死亡。当免疫功能正常时对机体发挥免疫保护作用，当免疫功能失调时，可引起过敏性反应(如花粉过敏、青霉素过敏等)、自身免疫病(如风湿性心脏病、类风湿关节炎。系统性红斑狼疮等)或免疫缺陷病(如艾滋病）等，损害机体的健康。②淋巴细胞的起源和分化淋巴细胞起源于骨髓中的造血干细胞，造血干细胞通过有丝分裂产生淋巴干细胞，经生长、发育、分化，最后形成淋巴细胞。T淋巴细胞（胸腺依赖型淋巴细胞）是造血干细胞分裂、分化形成淋巴干细胞中的一部分随血流进入胸腺，在胸腺分泌的胸腺素的作用下分化、发育形成的，成熟后转移到外周各种淋巴器官或组织，如淋巴结、扁桃体、脾等处，T淋巴细胞参与细胞免疫过程。B淋巴细胞（骨髓依赖型淋巴细胞）是指骨髓中淋巴于细胞在骨髓中发育成的，成熟后转移至外周各种淋巴器官或组织，B淋巴细胞参与体液免疫过程。③抗原抗原是指一种能刺激人或动物机体产生抗体或致敏淋巴细胞，并能与这些产物在体内或体外发生特异性反应的物质。抗原的基本能力是免疫原性和反应原性。免疫原性又称为抗原性，是指能够刺激机体形成特异抗体或致敏淋巴细胞的能力。反应原性是指能与由它刺激所产生的抗体或致敏淋巴细胞发生特异性反应。具备免疫原性和反应原性两种能力的物质称为完全抗原，如病原体、异种动物血清等。只具有反应原性而没有免疫原性的物质，称为半抗原，如青霉素、横胺等。半抗原没有免疫原性，不会引起免疫反应。但在某些特殊情况下，如果半抗原和大分子蛋白质结合以后，就获得了免疫原性而变成完全抗原，也就可以刺激免疫系统产生抗体和效应细胞。在青霉素进入体内后，如果其降解产物和组织蛋白结合，就获得了免疫原性，并刺激免疫系统产生抗青霉素抗体。当青霉素再次注射人体内时，抗青霉素抗体立即与青霉素结合，产生病理性免疫反应，出现皮疹或过敏性休克，甚至危及生命。抗原的基本性质具有异物性、大分子性和特异性。异物性是指进入机体组织内的抗原物质，必须与该机体组织细胞的成分不相同。抗原一般是指进入机体内的外来物质，如细菌、病毒、花粉等；抗原也可以是不同物种间的物质，如马的血清进入兔子的体内，马血清中的许多蛋白质就成为兔子的抗原物质；同种异体间的物质也可以成为抗原，如血型、移植免疫等；自体内的某些隔绝成分也可以成为抗原，如眼睛水晶体蛋白质、精细胞、甲状腺球蛋白等，在正常情况下，是固定在机体的某一部位，与产生抗体的细胞相隔绝，因此不会引起自体产生抗体。但当受到外伤或感染，这些成分进入血液时，就像异物一样也能引起自体产生抗体，这些对自体具有抗原性的物质称为自身抗原，所产生的抗体称为自身抗体。由于自身抗体与自身抗原发生反应，于是就引起自身免疫疾病，如过敏性眼炎、甲状腺炎等。机体其它自身组织的蛋白可因电离辐射、烧伤、某些化学药品和某些微生物等理化和生物因素的作用发生变性时，也可成为自身抗原，引起自身免疫疾病，如红斑狼疮病、白细胞减少病、慢性肝炎等。大分子性是指构成抗原的物质通过是相对分子质量大于10000的大分子物质，分子量越大，抗原性越强。绝大多数蛋白质都是很好的抗原。为什么抗原物质都是大分子物质呢？这是因为大分子物质能够较长时间停留在机体内，有足够的时间和免疫细胞（主要是巨噬细胞、T淋巴细胞和B淋巴细胞）接触，引起免疫细胞作出反应。如果外来物质是小分子物质，将很快被机体排出体外，没有机会与免疫细胞接触，如大分子蛋白质经水解后成为小分子物质，就失了抗原性。特异性是指一种抗原只能与相应的抗体或效应T细胞发生特异性结合。抗原的特异性是由分子表面的特定化学基因所决定的，这些化学基团称为抗原决定簇。抗原以抗原决定簇与相应淋巴细胞的抗原受体结合而激活淋巴细胞引起免疫应答。换言之，淋巴细胞表面的抗原识别受体通过识别抗原决定簇而区分“自身”与“异己”。抗原也是以抗原决定簇与相应抗体特异性结合而发生反应的。因此，抗原决定族是免疫应答和免疫反应具有特异性的物质基础。④抗体抗体是机体受抗原刺激后产生的，并且能与该抗原发生特异性结合的具有免疫功能的球蛋白。抗体主要分布于血清中，也分布于组织液及外分泌液(如乳汁）中。抗体与抗原结合时，如果抗原分子是可溶性蛋白质，这种结合就会使抗原分子失去溶解性而沉淀：如果抗原分子是位于细胞上的，这种结合就会使这些细胞凝集成团而失去活动能力，接着吞噬细胞就会将抗原抗体反应形成的沉淀或细胞集团吞噬消化。3．物质代谢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、乙酸辅酶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酸辅酶A，脂肪转变成乙酸辅酶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NH3，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。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，但激素不一定是蛋白质，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入血液，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7-1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。图7-1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