第十二讲 人体的新陈代谢
一、竞赛要点和热点
1、食物成分消化、吸收情况
吸收部位 被吸收的营养物质
胃 少量的水和酒精
小肠 大量的水、无机盐、维生素全部的葡萄糖、氨基酸、甘油、脂肪酸
大肠 少量的水、无机盐、维生素
酶:是活细胞制造的具有催化能力的一类特殊的蛋白质。
酶的特性:⑴高效性:比一般的无机催化剂高100万~10亿倍,一份淀粉酶能催化100万份的淀粉;⑵专一性:每种酶只能催化一种或一类物质的化学反应;⑶多样性:生物体内的化学反应很多,每个化学反应都由专一的酶催化,所以酶的种类很多。⑷酶的催化作用受pH和温度的影响。人体的正常体温是37℃左右,因此人体内各种酶在37℃左右催化作用发挥最好。
3、肺换气和组织换气都是通过扩散作用实现的。在肺换气中,肺泡里氧分压高于毛细血管中的氧分压,因此氧从肺泡扩散入血液,血液中氧含量增加,而毛细血管中的二氧化碳分压高于肺泡里的二氧化碳分压,因此二氧化碳从血液扩散入肺泡,血液中二氧化碳含量减少,所以血液成分由静脉血变成动脉血;在组织换气时,毛细血管中的氧分压高于组织里的氧分压,而组织里的二氧化碳分压高于毛细血管中的二氧化碳分压,因此氧从血液扩散入组织,而二氧化碳从组织间扩散入血液,所以血液成分由动脉血变成静脉血。
4、呼吸运动包括吸气和呼气。呼吸运动是呼吸肌活动的结果。呼吸肌主要有膈肌和肋间外肌。平和呼吸时:
吸气:肋间外肌、膈肌收缩→胸腔容积扩大→肺内气压小于大气压→外界气体进入肺内; 呼气:肋间外肌、膈肌舒张→胸腔容积缩小→肺内气压大于大气压→肺内气体排出体外。
(用力呼吸时,吸气过程不仅膈肌和肋间外肌收缩明显加强,而且斜方肌、胸锁乳突肌等呼吸辅助肌也参加收缩,使胸腔容积扩大程度大大增加;呼气过程,不仅吸气肌舒张,而且有呼气肌参加收缩,如肋间内肌收缩,下拉肋骨和胸骨,腹肌收缩上推膈肌,所以是主动呼气。)
5、通过呼吸,细胞不断获得氧气、细胞利用氧分解有机物,释放能量。
大分子有机物 彻底氧化分解产物(代谢终产物)
蛋白质 CO2、H2O、尿素
糖元 CO2、H2O
脂肪 CO2、H2O
6、心脏结构及相连的血管:心脏分四腔即左心房、左心室、右心房、右心室。左心房连肺静脉,左心室连主动脉,右心房连上腔静脉和下腔静脉,右心室连肺动脉。血液出入心脏的流动特点如下图:(瓣膜控制血液流动方向。心房与心室之间有房室瓣,心室与动脉之间有动脉瓣,静脉管腔内有静脉瓣。房室瓣和动脉瓣都是单向打开的瓣膜,房室瓣只向心室方向打开,动脉瓣只向动脉方向打开,从而保证血液向一定方向流动)
7、人体血液循环是指血液在心脏和全部血管所组成的管道中按一定方向不停地循环流动。血液循环的动力来自于心脏。心脏不停地有节律地收缩和舒张,推动着血液在心脏、血管的管道中流动。为了便于讲述,一般把人体血液循环分体循环和肺循环(其中包含了微循环即血液在毛细血管里的流动循环)。体循环的途径:左心室→主动脉→小动脉→全身毛细血管→小静脉→上、下腔静脉→右心房。肺循环的途径:右心室→肺动脉→肺毛细血管→肺静脉→左心房。(参考记忆口诀:心脏结构,上房下室,房连静室连动,左室出右房进,右室出左房进)
8、血液成分及功能
水(91-92%)
蛋白质(7%)
无机盐(0.9%)
血浆 葡萄糖(0.01%)
(约55%) 尿素、尿酸等
血液成分
红细胞 350-500万/mm3
血细胞 白细胞 5000-10000万/mm3
(约45%) 血小板 10-30万/mm3
血液功能:⑴ 运输机能。血液能携带机体所需的氧和各种营养物质,并把它们运送到全身各部分的组织细胞;组织细胞的代谢产物,如二氧化碳、尿素等,也可由血液运送到肺、肾、皮肤和肠管而排出体外,使机体的新陈代谢机能得以顺利进行。
⑵ 维持内环境的相对稳定。
⑶ 防御和保护机能。血液中的白细胞对于外来微生物和体内坏死组织具有吞噬分解作用;在血浆中含有各种免疫物质,如抗毒素、溶菌素等,能对抗或消灭外来的细菌和毒素,使机体免于发生传染性疾病;当机体受损伤而出血时,血小板可促进止血和加速凝血,从而防止继续出血等。
⑷ 参与体液调节。体内各内分泌腺分泌的激素,由血液运送到身体各部分并作用于相应的细胞改变其活动。
9、尿的形成和排出
血浆 肾小球滤过作用 原尿 肾小管重吸收作用 尿液
肾小球 (肾小囊腔) 肾小管
二、拓展与提高
小肠的结构特点与其功能是相适应的。⑴小肠较长,这样食物在小肠内停留的时间也长;⑵胰腺的导管开口在十二指肠,胰腺分泌的胰液经导管流入小肠。总胆管的开口也在十二指肠,肝脏分泌的胆汁先流入胆囊,并贮存在胆囊中,进食后,胆囊收缩,胆汁经总胆管流入小肠。小肠内壁上还散布着许多肠腺,肠腺分泌的肠液进入小肠。这些消化液中的消化酶能帮助消化食物。⑶小肠内壁有许多环形皱襞,皱襞上又有大量的指状突起——绒毛,绒毛细胞顶端又有微绒毛,这样,小肠的表面积就比原来的表面积扩大了600倍左右,总的吸收面积约200平方米。⑷小肠绒毛内有丰富的毛细血管和毛细淋巴管。绒毛壁和毛细血管、毛细淋巴管的管壁都只有一层上皮细胞,很薄,有利于营养物质的吸收。其实生物体的结构总是与其功能相适应的。你能列出肺、毛细血管、肾脏、心脏等与其功能相适应的结构吗?
排泄和排遗。排泄是人体将代谢终产物如:二氧化碳、水、无机盐、尿素、尿酸等排出体外的过程。排遗是指食物消化后留下的残渣从消化道排出体外的过程(食物残渣未被吸收入机体的血液,所以残渣不是机体新陈代谢的终产物)。
人体将代谢终产物排出体外的特点:
结 构 形式 代谢终产物
皮 肤 汗液 一部分水,少量无机盐和尿素
呼吸系统 气体 CO2和少量的水
泌尿系统 尿液 除CO2外的大部分代谢终产物
3、血糖调节
人体血浆中的葡萄糖叫血糖,正常值约0.1%。当进食后,血糖浓度会升高,胰腺的内分泌部(胰岛)会分泌激素——胰岛素,促进血糖分解或加快血糖合成糖元,使血糖浓度接近正常值。如果胰岛素分泌异常,会引起代谢紊乱。(胰岛素分泌过多,会引起低血糖症;胰岛素分泌过少,会引起糖尿病)。1965年我国在世界上首次人工合成了胰岛素,是第一个人工合成的蛋白质,为医学作出了重大贡献。
4、循环系统由血液循环系统和淋巴系统组成。淋巴系统是血液循环系统的辅助部分。人体细胞生活在液体环境里,人体内细胞赖以生存的液体环境叫内环境。血浆、组织液和淋巴组成人体内环境。通过淋巴循环,可以调节血浆和组织液之间的平衡;可以把少量由毛细血管渗出的蛋白质运回血液。此外,淋巴系统还有保护和防御作用。
5、三种血管的区分:动脉管壁较厚,把血液从心脏输送到身体各部分,血流速度较快;静脉管壁较薄,把血液从全身各处运回心脏,血流速度较慢;毛细血管管壁非常薄,仅由一层上皮细胞构成,血流速度缓慢,在显微镜下观察,里面的红细胞呈单行通过。
6、血红蛋白的特点:在氧浓度高的地方易与氧结合,在氧浓度低的地方易与氧分离。血红蛋白具有携带氧和部分二氧化碳的功能。血红蛋白与一氧化碳的结合力比与氧的结合力大200倍,而且血红蛋白与一氧化碳结合后分离的速度很慢。因此大量的血红蛋白一旦与一氧化碳结合以后,氧就失去了与血红蛋白结合的机会,而发生呼吸障碍,这就是一氧化碳中毒(俗称煤气中毒)。
7、人体某一器官有病,常会使心脏的跳动发生快慢、强弱的变化,并在脉搏上表现出来。2000年前,我国医学家扁鹊就已经用“切脉”诊断疾病了。我们把手指放在腕部的桡动脉处,可以很明显地摸到脉搏。而量血压则在上臂肱动脉处。
8、人体新陈代谢过程中,既有物质的变化——物质代谢,又有能量的转换——能量代谢。人体物质代谢:
糖类代谢:食物中的淀粉、麦芽糖等在小肠内被消化分解成为葡萄糖等单糖才能被吸收。葡萄糖通过血液循环运输到人体的各个部分,向以下三个方面转变:①一部分氧化分解,最后生成二氧化碳和水,并释放能量,供生命活动需要;②一部分被合成糖元。合成糖元的主要器官是肝脏和骨骼肌。糖元在肝脏中作为能量暂时贮存,但在肌肉中则可直接供给肌肉活动的能量;③还有一部分转变为脂肪,贮存能量。同时体内原有的脂肪和糖元也有部分分解成葡萄糖,也可向上述三方面转变。
蛋白质代谢:食物中的蛋白质消化成各种氨基酸,吸收到体内以后,有以下四个方面的转变:①直接被用来合成各种组织蛋白质(如血浆蛋白、血红蛋白)和各种酶。②通过氨基转换作用,氨基可以转移给其他化合物,以形成新的氨基酸。③通过脱氨基作用被分解成含氮部分(即氨基)和不含氮部分。氨基可以转变成为尿素而排出体外,不含氮部分可以氧化分解,生成二氧化碳和水,并释放能量;也可以合成糖类、脂肪。④通过脱羧基作用可以产生各种胺类。体内原有的蛋白质也有部分被分解成氨基酸,也向上述四种途径转变。
脂肪代谢:食物中的脂肪在小肠内分解成甘油和脂肪酸,被吸收到体内,主要有两个方面的转化:①甘油和脂肪酸在体内重新合成脂肪,并主要在皮下、肠系膜、大网膜等处贮存起来。②甘油和脂肪酸在体内分解成二氧化碳和水,并释放能量,或者转变成肝糖元等。体内原有的部分脂肪同时分解成甘油和脂肪酸,也向上述两个方面转化。
水、无机盐等代谢不作详解。
人体能量代谢:指在人体物质代谢过程中伴随的能量释放、转移和利用。食物成分的七大营养物质中,含有丰富能量的,主要是蛋白质、糖类和脂肪这三种物质。据测定,蛋白质、糖类和脂肪在体内氧化分解所放出的热量,每克蛋白质平均为17.15千焦,每克糖类平均为17.15千焦,每克脂肪平均为38.91千焦。糖类是主要的供能物质,脂肪是主要的贮能物质。体内蛋白质、糖类和脂肪等物质在氧化分解时所放出的能量,不能被直接利用,只有当这些能量转移到ATP(三磷酸腺苷)中以后,才能成为可利用的能量。ATP是人体各项生命活动所需能量的直接能源。
三、例题精析
例1:以下是研究pH对人体唾液淀粉酶活性影响的实验。准备5支各装入2毫升浓度相同但pH不同的淀粉糊的试管,再分别加入1毫升浓度相同的唾液,充分振荡后置于25℃的水浴中。10分钟后,分别加一滴碘液,5支试管的显色结果如下表:(注:“+”表示蓝色的程度)
试管号 1 2 3 4 5
pH 5.6 6.2 6.8 7.4 8.0
结果(颜色) + + + 橙黄色 + + +
请分析回答:
(1)根据上表提供的信息,可知pH为 时,该酶的活性最强。
(2)提供一种能使实验在更短的时间内完成的方法: 。
(3)为确认淀粉糊的消失是由于酶的作用,还应再设计 实验。
分析:本题是图表信息题,关键是要知道淀粉酶能催化淀粉分解成麦芽糖,淀粉遇碘变蓝色,而麦芽糖遇碘不变蓝色。3号试管显色结果橙黄色,说明此试管中已没有淀粉,即pH=6.8时,唾液淀粉酶的活性最强。科学实验中为了排除其他因素的干扰,需要控制变量,因此应设计对照实验。
答:6.8;降低淀粉糊的浓度或升高酶的浓度或适当提高温度;对照或对比。
例2:小肠吸收的营养物质(如葡萄糖),到达人体组织细胞内,至少需要进出心脏几次,请叙述循环途径。
分析:本题主要考查血液循环的两大组成:体循环和肺循环,以及具体的循环路径。体循环:左心室→主动脉→各级动脉→全身毛细血管网→各级静脉→上、下腔静脉→右心房。肺循环:右心室→肺动脉→肺动脉分支→肺部毛细血管网→肺静脉→左心房。
答:小肠吸收的葡萄糖,到达人体组织细胞内,至少需要进出心脏两次,具体的路径:小肠毛细血管→各级静脉→下腔静脉→右心房→右心室→肺动脉→肺部毛细血管→肺静脉→左心房→左心室→主动脉→各级动脉→组织毛细血管→组织细胞。
例3:下列各消化过程从本质上看不属于化学性消化的是 ( )
A.淀粉在口腔内被消化成麦芽糖 B.蛋白质在小肠内分解成氨基酸
C.胆汁使脂肪变成脂肪微粒 D.脂肪微粒在小肠内分解成甘油和脂肪酸
分析:消化有物理性消化和化学性消化两种类型。物理性消化即通过牙齿的咀嚼和胃肠的蠕动将食物磨碎、搅拌并与消化液混合,食物的化学成分不发生改变,是一个物理变化过程。而化学性消化是指通过消化液中的消化酶把食物中营养物质转化成小分子物质,食物的化学成分发生了改变,是一个化学变化的过程。此题的关键是了解胆汁的作用,肝脏分泌的胆汁不含消化酶,对脂肪的作用只是乳化,即把脂肪变成脂肪微粒,其化学成分不发生改变。
答:C
例4: 如右图所示,图中的曲线表示人体血管中血液内O2和C02含量的变化。图中H为肺动脉,据图回答下列问题:
(1)曲线a表示的是 在血液中含量的变化。(2)曲线b在I段血管处迅速升高是由于 。
(3)曲线b所表示的气体在血液内的主要存在方式 是 。 (4)I代表的血管类型是 。
分析:由于H为肺动脉,则I段一定是肺泡外的毛细血管,当肺动脉中的静脉血流经肺泡后,静脉血中的气体与肺泡中的气体发生了气体交换,其中肺泡中的O2通过肺泡壁和毛细血管壁扩散到血液,血液中的C02扩散到肺泡,因此肺动脉的血流经肺泡后,血液中O2含量上升,C02含量下降,所以可判断a曲线表示C02气体,b曲线表示O2气体。氧气在血液中主要与红细胞中的血红蛋白结合,以氧合血红蛋白形式存在于血液中并随之运输。
答:(1) C02 (2)肺泡内的O2扩散进入血液 (3)氧合血红蛋白 (4)肺泡外的毛细血管
四.能力训练
1.在下列腺体中,属于消化腺一项的是 ( B )
①唾液腺 ②胃腺 ③汗腺 ④肝脏 ⑤皮脂腺 ⑥肠腺 ⑦胰腺
A. ①②③⑥⑦ B. ①②④⑥⑦ C. ②④⑤⑥ D. ①②④③⑦
2。小肠是人体吸收营养物质的主要场所,下列结构中与吸收功能无关的是( D )
A. 小肠绒毛大大扩大了小肠的内表面积 B. 小肠绒毛内有丰富的毛细血管
C. 小肠内壁有许多环形的皱襞 D. 小肠内含有多种消化腺分泌的消化液
3.如果一个人患有肝病,肝功能不正常,分泌胆汁少,对食物中营养物质的消化影响最大的是 ( C )
A. 淀粉 B. 蛋白质 C. 脂肪 D. 维生素
4.小红最近常常头晕、面色苍白、容易疲劳,她去体检后发现:每100毫升血液中血红蛋白的含量为8.1克,医生说是贫血。如果你是医生,你会建议她平时多吃一些
( A )
A. 含蛋白质和铁质较多的食物 B. 含糖类和维生素较多的食物
C. 含无机盐和维生素较多的食物 D. 含水和脂肪较多的食物
5.夏季,高温作业的工人要喝点淡盐水是因为 ( D )
A.降温 B.补充水分 C.清洁 D.维持水分和无机盐的代谢平衡
6. 胰岛素是由胰岛分泌的一种激素,它是含51个氨基酸组成的小分子蛋白质。下图为进食后,血糖浓度和胰岛素浓度随时间而变化的曲线图。请分析回答:
根据上图判断,下列说法中正确的 ( B )
A.血糖浓度随着胰岛素浓度的升高而升高 B.胰岛素浓度随着血糖浓度的升高而升高
C.血糖浓度随着胰岛素浓度的降低而降低 D.胰岛素浓度随着血糖浓度的降低而降低
说明: A点为血糖浓度开始升高 B点为胰岛素浓度开始升高 C点为血糖浓度恢复正常 D点为胰岛素浓度恢复正常
7.临床检测尿液中一定时间内的含氮量,即可粗略估计下列哪一种营养物质在该段时间内的氧化分解的量 ( A )
A. 蛋白质 B.脂肪 C.糖类 D.维生素
8.毛细血管的特点是 ( A )
①管内只流动着含氧较多的血液②管壁由一层扁平上皮细胞构成③血管的起始部位总是与最小的静脉相连④管内血流最快⑤毛细血管的两端分别连着动脉和静脉⑥红细胞呈单行通过
A. ②⑥ B. ①②③⑤ C. ①②④⑤⑥ D. ②③⑥
9.甲状腺吸收碘的能力很强,将放射性碘的制剂注入肱静脉后,首先能测到放射性碘的部位是 ( D )
A. 甲状腺动脉 B. 甲状腺静脉 C. 主动脉 D. 肺动脉
10.与肺泡气体交换功能无关的结构是 ( B )
A. 肺泡壁与毛细血管壁很薄 B. 肺泡中有尘细胞,能吞噬吸入肺泡的粉尘
C. 弹性纤维包绕肺泡,使肺泡有良好的弹性回缩力D. 肺泡数量多,总面积大
11.下列不属于排泄的是 ( B )
A. 排尿 B. 排便 C. 呼出二氧化碳 D. 呼出水蒸气
12.由小肠到肝这段血管称肝门静脉,流经肝门静脉的血液特点是 ( B )
A. 含氧少,含营养物质少 B. 含氧少,含营养物质多
C. 含氧多,含营养物质少 D. 含氧多,含营养物质多
13.人体中,下列哪种血管内流动着含尿素最少的静脉血 ( D )
A. 肺动脉 B. 肺静脉 C. 下腔静脉 D. 肾静脉
14.人吃进的葡萄糖变成血糖以及吃进的蛋白质变成血液中的蛋白质,这两个过程分别是 ( C )
A. 消化和吸收 B. 消化和同化 C. 吸收和同化 D. 吸收和异化
15.心脏内由于瓣膜的作用,保证了血液流向由 ( B )
A. 静脉→心室→心房 B. 心房→心室→动脉
C. 心房→心室→静脉 D. 心室→心房→动脉
16.下列有关人体代谢的叙述正确的是 ( B )
A.食物中的淀粉通过人体消化、吸收以及血液的运输,在肝细胞内转变成肝糖元的过程属于异化作用
B.人的正常体温约37℃,这是人体内大多数酶发挥催化作用的最适宜温度
C.人体对各种维生素和矿物质的需求量极少,因此人体不摄入维生素和矿物质也不影响健康
D.剧烈运动时,人体肌肉细胞内的有机物分解,为肌细胞收缩提供能量,这一过程属于同化作用
17.血液中的钙离子在血液凝固过程中起重要作用,缺乏则血液不能凝固。草酸钾溶液与血液中的钙离子能发生反应形成草酸钙沉淀。科研工作者在实验室进行了以下实验:在甲、乙两支试管中分别加入等量的草酸钾溶液和生理盐水,立即将等量的新鲜血液分别滴入甲、乙试管中,一段时间后,观察到甲、乙试管中血液的凝固情况是 ( C )
A.甲试管血液凝固、乙试管血液不凝固 B.甲、乙试管血液都凝固
C.甲试管血液不凝固、乙试管血液凝固 D.甲、乙试管血液都不凝固,
18.人体进行生命活动所需的能量主要来自糖元的分解,血糖的来源除了食物外,还可以由蛋白质和脂肪转化而来。
19.人在剧烈运动时,处于暂时缺氧状态下的骨骼肌可以通过无氧呼吸获得少量能量,此时,葡萄糖分解为乳酸,因此肌肉会感到发酸。
20.依据右上图所示的平衡膳食金字塔分析:
(1)人每天摄取最多的食物是谷类。(2)每天人摄取最少的食物应是含油脂类较多的食物。(3)蛋白质是生长发育的基础,青少年每天应比成年人多摄取含蛋白质较多的食物,即金字塔由下到上第3层的食物。(4)李伯伯近期患了冠心病,你帮他分析一下,他在饮食中应尽量减少油脂类食物,适当多吃金字塔由下到上第2层的食物。(5)如果你是一个热爱运动的人,你认为要多吃哪类的食物,为什么
多吃谷类,因为谷类食物是能量的主要来源
21.一些患肥胖症的病人,在医生的指导下,通过适当的运动,使体重下降,恢复到正常水平。根据有关新陈代谢的概念,回答下列问题: (1)一个人体重不断增加,此时在他的新陈代谢过程中,占优势的是 同化作用 。(2)为了治疗肥胖症.每天进行适当的运动,这样,可以使 异化 作用占优势。(3)治疗肥胖症有许多方法。不管哪种方法,原理都是一样的,就是要在不危害身体健康的前提下,通过各种方法,使 异化作用 占优势。
22.患甲状腺功能亢进的病人,甲状腺激素分泌过多,患者食量虽然大增,而身体却逐渐消瘦。由此推断甲状腺素能促进新陈代谢,提高物质代谢率。为证明上述推论,某校生物学兴趣小组决定进行实验探究。
实验室中可供选用的材料、用具有:一批体重20g左右的健康成年鼠、普通饲料、清水、甲状腺素注射液、手术器械,可促进动物生长的饲料添加剂。
实验过程如下: ①小鼠的处理:选取体重大致相似的成年鼠若干,随机分为数量相等的A、B、c三组,其中将A组鼠手术切除甲状腺;B组鼠不作任何处理;C组鼠每天注射适量的甲状腺素。②小鼠的饲养:从实验的要求来分析,你认为A、B、C三组饲养条件是否应该一致 请简要说明理由 ③实验记录:实验开始时称重,以后每周称重1次,记录每组的平均体重,5周结束实验。
实验结果记录如下表:
╲重量(g)组别╲ 开始重量 第1周 第2周 第3周 第4周 第5周
20 19 17 15 13.8 12.5
20 22 28 30 32 35
20 20.1 20.8 21 21.5 22
由于记录同学的粗心,记录中组别忘记填写,请你根据题目提供信息,填上正确组别符号。
依据表中的数据将实验结果用直角坐标图表示出来。(注明组别符号)
平均体重(g)
22.(1)C A B(2 )如图
30 A
20 B
10 C
0 1 2 3 4 5 时间(周)