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第1节 细胞的生活环境
选择性必修1/第1章/人体的内环境与稳态/
什么是内环境?
内环境具有哪些理化性质?
人体细胞如何与外界环境进行物质交换?
本节聚焦
在初中的生物学课上,你曾观察过多种动物细胞的装片。右侧的两幅图片你一定还有印象。
讨论:1.图1和图2所示的各是什么细胞?它们分别生活在什么样的环境中?尝试说出它们生活环境的异同。
图2
草履虫
(单细胞生物)
血细胞
(红细胞、白细胞、血小板等)
外界水环境
血浆中
直接与外界环境进行物质交换
不直接与外界环境进行物质交换
都是
液体环境
图1
讨论2.若将细胞生存环境互换,会发生什么变化?
若将血细胞置于草履虫生活的水环境中,血细胞会出现吸水膨胀直至破裂的现象。
直接生活在外界水环境中,从中直接获取养料和氧,并将代谢废物直接排入水中。
单细胞生物:
多细胞生物:
没有直接与外界环境接触,不能直接与外界环境进行物质交换。
思考:多细胞生物的细胞直接生活的环境是什么?它们是如何和外界进行物质交换的?
归纳小结:
一.体内细胞生活在细胞外液中
体液:生物体内含有大量以水为基础的液体,统称为体液。
体液组成:
细胞外液
细胞内液
体液
组织液
血浆
淋巴液等
存在于细胞内约占2/3
存在于细胞外约占1/3
不与外界相通,即正常情况下不会排出体外,排除泪液、唾液、尿液等(因为呼吸道、肺泡腔、口腔、消化道、膀胱腔、汗腺与外界环境相通)
1.体液
一.体内细胞生活在细胞外液中
2.细胞外液
有人说:“血液就是血浆”你认为这种说法恰当吗?
血浆
白细胞、血小板
红细胞
白细胞
红细胞
血小板
血浆是血细胞的直接生活环境。
离心前
离心后
一.体内细胞生活在细胞外液中
2.细胞外液
血浆、血液、血红蛋白、血浆蛋白之间的关系
血液
血浆
血细胞
血浆蛋白
含有
属于
细胞外液成分
红细胞
白细胞
血小板
含有
血红蛋白
属于
细胞内液成分
一.体内细胞生活在细胞外液中
2.细胞外液
组织液:存在于组织细胞间隙的液体,又叫组织间隙液。
归纳小结:
组织液是体内绝大多数细胞直接生活的环境。
一.体内细胞生活在细胞外液中
2.细胞外液
淋巴液:存在于淋巴管中,是由一部分组织液经毛细淋巴管壁进入毛细淋巴管而形成的。
淋巴液是淋巴细胞等直接生活的环境。
归纳小结:
血浆、组织液和淋巴液之间的关系
观察下图,回答下列问题。
1.为什么说细胞外液是细胞直接生活的环境?
细胞外液是指细胞外的体液,包括血浆、组织液和淋巴液等。
血细胞直接生活在血浆中,体内绝大多数细胞直接生活在组织液中,大量淋巴细胞直接生活在淋巴液中。由此可见,细胞外液是体内细胞直接生活的环境。
2.血浆、组织液和淋巴液之间有什么内在联系?请依据下图绘制出能反映三者联系的模式图(用文字和箭头表示)。
3.为什么说全身的细胞外液是一个有机的整体?
人体细胞外液主要由组织液、血浆和淋巴液等构成,它们虽然分布在人体不同部位(血浆位于血管内,组织液分布于组织细胞之间,淋巴液分布于淋巴管),但基本化学成分相同,并且彼此紧密联系,共同构成人体细胞生活的内环境。由此可见,全身的细胞外液是一个有机的整体。
一.体内细胞生活在细胞外液中
3.内环境
内环境:为了区别于个体生活的外界环境,人们把这个由细胞外液构成的液体环境叫作内环境。
血浆、组织液和淋巴液通过动态的有机联系,共同构成机体内细胞生活的直接环境。
内环境
内环境=细胞外液
“外”是对细胞而言,
“内”是对人体而言。
小结:
随堂练习
1.思考回答以下问题:
(1)血细胞直接生活的环境:________
(2)绝大多数组织细胞直接生活的环境:_________
(3)淋巴细胞直接生活的环境:_____________
(4)毛细血管壁细胞生活的环境:________________
(5)毛细胞淋巴管壁细胞生活的环境:_____________
血浆
组织液
淋巴液和血浆
血浆和组织液
淋巴和组织液
淋巴液
血浆
组织液
随堂练习
2.根据模型图,填空:
①__________
②__________
③__________
血浆
淋巴液
组织液
血浆
组织液
(组织细胞)细胞内液
淋巴液
①__________
②__________
③__________
④__________
与生活的联系
1.静脉注射(输液)和肌肉注射(打针),药物到达组织细胞发挥作用的运输途径有什么不同
静脉注射(输液):药→血浆→组织液→靶细胞(细胞内液);
肌肉注射(打针):药→组织液(少数进入淋巴,淋巴又汇入血浆)→血浆→组织液→靶细胞(细胞内液)。
2.水疱:摩擦性水疱,是因运动摩擦造成其表皮与皮下组织分离形成间隙,并令其间充满液体。回答以下问题:
①水疱中的液体主要是_______;
②水疱过一段时间可以自行消失,是因为其中的液体可以渗入__________和_____________(结构)
③水疱的形成和消失说明什么?
组织液
毛细血管
毛细淋巴管
内环境中的物质是不断更新的
二.细胞外液的成分
血浆的化学成分
成分 含量
丙氨酸氨基酸转移酶 9~60U/L
总蛋白 65~85g/L
总胆红素 5~21μmol/L
碱性磷酸酶 45~125U/L
尿素 2.8~7.2mmol/L
肌酐 57~111μmol/L
尿酸 208.3~428.4μmol/L
葡萄糖 3.9~6.1mmol/L
乳酸脱氢酶 140~127U/L
三酰甘油 0~1.7mmol/L
成分 含量
总胆固醇 3.1~5.2mmol/L
钠 137~147mmol/L
钾 3.5~5.3mmol/L
钙 2.2~2.65mmol/L
磷 0.81~1.45mmol/L
镁 0.73~1.06mmol/L
血清铁 11~30μmol/L
氯 99~110mmol/L
碳酸氢盐 22~28nmol/L
总CO2 21~31.3mmol/L
讨论
1.血浆中这么多物质,你能将它们归类吗?
水
无机盐(如钠、钾、钙、磷、镁、血清铁、氯、碳酸氢盐等)
无机物
糖类(如葡萄糖)、
蛋白质(如丙氨酸氨基转移酶、碱性磷酸酶、乳酸脱氢酶等)、
脂类(如三酰甘油、胆固醇)等。
有机物
血浆
血浆
营养物质
代谢废物
气 体
调节物质
(水、无机盐、蛋白质、葡萄糖等)
(尿素等)
(O2、CO2等)
(胰岛素、维生素等)
讨论
2.除表中所列成分外,血浆中还可能含有哪些物质?
血浆中还含有各种激素、维生素、O2等。
3.回忆所学知识,你能说出其中哪些物质在人体中的作用?
葡萄糖是主要的能源物质,
甘油三酯是储备的能源物质,
蛋白质是生命活动的主要承担者,
无机盐能够调节人体生命活动。
葡萄糖
蛋白质
无机盐
甘油三酯
讨论
4.从葡萄糖、甘油三酯、尿素、钠中, 任选一种你熟悉的成分,分析它的来源和去路,并说明这与人体的哪些系统有关?
血浆中的葡萄糖主要来源于食物中的糖类。食物中的淀粉经消化系统消化后,分解为葡萄糖,经小肠绒毛吸收后进入血液,通过血液循环运输到全身各处。进入组织细胞后,葡萄糖主要用于氧化分解放能,为生命活动提供能量。生成的CO2和水,先排入内环境中,然后通过血液循环运输到相应部位排出, CO2由呼吸系统排出,多余水分主要由泌尿系统排出。
二.细胞外液的成分
血浆的化学成分
血浆的主要成分
组织液和淋巴液的化学成分
组织液、淋巴液的成分和各成分的含量与血浆的相近 ,但又不完全相同,最主要的差别在于血浆中含有较多的蛋白质,而组织液和淋巴液中蛋白质含量很少。
细胞外液本质上是一种盐溶液,类似于海水,这也一定程度地反映了生命起源于海洋。
关于内环境成分的特别提醒
小肠吸收的需要在血浆与淋巴中运输物质:营养物质/代谢废物;
细胞合成的分泌物质:激素,抗体,胞外酶,神经递质等;
气体和无机盐。
属于内环境成分的主要物质:
细胞内部特有的物质:包括结构蛋白(例如血红蛋白)和胞内酶(例如呼吸酶、ATP合成酶、DNA聚合酶等)、核酸、糖原等;
细胞膜的成分:例如受体蛋白、载体蛋白;
与外界相通的管腔中的成分(细胞合成后,直接分泌到外界环境中):例如各种消化酶(唾液淀粉酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶)、尿液、泪液、唾液、汗液等;
不能被消化吸收的物质:纤维素、淀粉、麦芽糖等
不属于内环境成分的四类物质:
细胞内和消化道内发生的生理过程不属于内环境
三.内环境的理化性质
外界溶液浓度
小于
细胞质浓度
外界溶液浓度
大于
细胞质浓度
外界溶液浓度
等于
细胞质浓度
0.09%NaCl溶液
(低渗溶液)
9%NaCl溶液
(高渗溶液)
0.9%NaCl溶液
(等渗溶液)
细胞吸水膨胀
细胞失水皱缩
细胞形态不变
在细胞外液中细胞会出现这样的情况吗?
三.内环境的理化性质
内环境的理化性质:
渗透压、酸碱度、温度。
1.渗透压:溶液中溶质微粒对水分子的吸引力。
(1)决定因素:单位体积内溶质微粒的数目(物质的量浓度),单位体积中溶质微粒数越多其吸水力就越强。
(2)只比较单位体积内微粒的数目,与微粒的大小与种类无关。
血浆渗透压大小主要与 、 的含量有关。细胞外液渗透压的90%以上来源于 。
细胞外液渗透压主要与_____有关;
细胞内液渗透压主要与_____有关;
无机盐
蛋白质
Na+和Cl-
Na+
K+
血浆渗透压≈770kPa,相当于细胞内液的渗透压
三.内环境的理化性质
2.酸碱度
(1)正常人的血浆近中性:pH为7.35~7.45
(2)酸碱平衡维持:缓冲对NaHCO3/H2CO3;Na2HPO4/NaH2PO4
碱性食物
消化系统
正常机体
Na2CO3
NaHCO3
泌尿系统
乳酸
乳酸钠 + H2CO3
H2CO3 / NaHCO3
H2O + CO2
呼吸系统
NaHCO3
乳酸钠
H2O + CO2
剧烈运动
肾
肺
pH↑
pH↓
pH↓
pH↑
内环境
三.内环境的理化性质
3.温度
细胞外液的温度一般维持在37℃左右,利于维持酶活性。
四.细胞通过内环境与外界环境进行物质交换
细胞直接与内环境进行物质交换(箭头代表物质运输方向)
细胞为一开放系统,可以直接与内环境进行物质交换:不断获取进行生命活动所需要的物质,同时又不断排出代谢产生的废物,从而维持细胞正常的生命活动。
思考:内环境如何与外界环境进行物质交换的呢?
内环境如何完成与外界环境的物质交换
结合初中学过的人体消化、呼吸、循环、排泄等知识,与同学讨论以下问题。
1.Na+、葡萄糖、氨基酸和O2等分别是通过什么途径进入内环境的?
Na+、葡萄糖、氨基酸通过消化系统进入内环境。
O2通过呼吸系统进入内环境。
2.参与维持pH的HCO3-/H2CO3是怎样形成的?
细胞代谢产生的CO2与H2O结合,形成H2CO3然后在碳酸酐酶的作用下,发生下列反应: H2CO3 → H+ + HCO3-。
3.体内细胞产生的代谢废物(如尿素和CO2 ),是通过哪些器官排到体外的?
循环系统
组织细胞
血浆
外界环境
呼吸系统
组织液
皮肤
泌尿系统
内环境
4.请你用简单的示意图表示内环境与外界环境的物质交换的关系。
气体
呼吸系统
循
环
系
统
细胞
代谢废物
CO2
养料、O2
养料
食物残渣
食物
消化系统
养料、O2
代谢废物
CO2
内环境
代谢废物
泌尿系统
皮肤
体内
O2
CO2
参与物质交换的系统:
消化系统
呼吸系统
循环系统
泌尿系统
参与物质交换的器官:
肺
小肠
肾
皮肤
5.通过以上讨论,是否增进了你对本章章首页题诗的理解?
通过上述讨论可以看出,内环境与外界环境的物质交换需要体内各个系统的参与。细胞和内环境是相互影响、相互作用的。细胞依赖于内环境,也参与内环境的形成和维持,这就是章题诗中“它让每一个细胞分享,又靠所有细胞共建”所表达的直接含义。
内环境是细胞与外界环境进行物质交换的媒介
内环境是细胞直接生活的环境
练习与应用
一、概念检测
1.人在进行一定强度的体力劳动后,手掌或脚掌上可能会磨出水疱。水疱中的液体主要是组织液,一段时间后水疱可自行消失。请判断以下有关说法是否确。
(1)水疱的成分中蛋白质的含量最高。( )
(2)水疱主要是由血浆中的水大量渗出到组织液形成的。( )
(3)水疱自行消失是因为其中的液体可以渗入毛细血管和毛细淋巴管( )
(4)水疱的形成和消失说明内环境中物质是不断更新的。( )
练习与应用
2.人体内环境是体内细胞直接生活的环境。下列属于人体内环境的是( )
A. 膀胱内的尿液
B. 大脑细胞间隙的液体
C. 肺泡腔内的气体
D. 小肠腔内的消化液体
B
练习与应用
3.右上图表示人体内细胞与外界环境之间进行物质交换的过程,A、B、C表示直接与内环境进行物质交换的几种器官,①②是有关的生理过程。
(1) A 、B 、C 分别是____________________
(2) B内的营养物质通过①过程进入内环境,则①表示________________
(3)②表示_________________。
肺、小肠等、肾
营养物质的吸收
肾小管的重吸收
.
练习与应用
二、拓展应用
剧烈运动会使肌肉产生大量乳酸等酸性物质,这会影响血浆的pH吗?在这种情况下,机体是如何维持细胞外液的酸碱度的?请查阅相关资料,寻找答案。
剧烈运动后肌肉产生的大量乳酸等酸性物质,不会使血浆的酸碱度发生很大的变化,这是由于血液中缓冲物质的调节作用以及机体的调节作用。具体调节机制如下。当大量乳酸进入血液后,可与血液中的碳酸氢钠发生作用,生成乳酸钠和碳酸。碳酸是一种弱酸,可以分解成CO2和水。血液中的CO2增多会刺激呼吸中枢,使呼吸运动增强,增加通气量,从而将CO2排出体外,所以对血液的pH影响不大。当乳酸钠进入血液后,与血液中的碳酸发生作用,形成碳酸氢盐,过多的碳酸氢盐可以由肾排出。