- explain what is meant by homeostasis and the importance of homeostasis in mammals
- explain the principles of homeostasis in terms of internal and external stimuli, receptors, coordination systems (nervous system and endocrine system), effectors (muscles and glands) and negative feedback
- state that urea is produced in the liver from the deamination of excess amino acids
- describe the structure of the human kidney, limited to: • fibrous capsule • cortex • medulla • renal pelvis • ureter • branches of the renal artery and renal vein
- Identify, in diagrams, photomicrographs and electron micrographs, the parts of a nephron and its associated blood vessels and structures, limited to: • glomerulus • Bowman’s capsule • proximal convoluted tubule • loop of Henle • distal convoluted tubule • collecting duct
- describe and explain the formation of urine in the nephron, limited to: • the formation of glomerular filtrate by ultrafiltration in the Bowman’s capsule • selective reabsorption in the proximal convoluted tubule
- relate the detailed structure of the Bowman’s capsule and proximal convoluted tubule to their functions in the formation of urine
- describe the roles of the hypothalamus, posterior pituitary gland, antidiuretic hormone (ADH), aquaporins and collecting ducts in osmoregulation
- describe the principles of cell signalling using the example of the control of blood glucose concentration by glucagon, limited to: • binding of hormone to cell surface receptor causing conformational change • activation of G-protein leading to stimulation of adenylyl cyclase • formation of the second messenger, cyclic AMP (cAMP) • activation of protein kinase A by cAMP leading to initiation of an enzyme cascade • amplification of the signal through the enzyme cascade as a result of activation of more and more enzymes by phosphorylation • cellular response in which the final enzyme in the pathway is activated, catalysing the breakdown of glycogen
- explain how negative feedback control mechanisms regulate blood glucose concentration, with reference to the effects of insulin on muscle cells and liver cells and the effect of glucagon on liver cells
- explain the principles of operation of test strips and biosensors for measuring the concentration of glucose in blood and urine, with reference to glucose oxidase and peroxidase enzymes
稳态
A-Level 生物 · 第 14 主题
14.1
哺乳动物的稳态
大纲
来源:剑桥国际大纲
稳态(homeostasis)意味着保持身体内部的条件稳定,即使外部改变。保持温度、水和血糖等稳定,让酶和细胞始终正常工作。
The principles of homeostasis
大多数稳态遵循同样的方案:
- 一个改变(一个内部或外部的刺激(stimulus))被一个受体(receptor)检测到。
- 一个协调系统传递这个消息——要么是神经系统(nervous system,用神经信号),要么是内分泌系统(endocrine system,用激素(hormones))。
- 一个效应器(effector,一块肌肉或一个腺体(gland))做出一个纠正这个改变的响应。
这通过负反馈(negative feedback)起作用:一个偏离正常水平的改变触发一个把它推回正常的响应。
探索
Homeostasis
negative feedback to a set point
Drag the disturbance. A change is corrected back to the set point — the basis of all homeostasis.
词汇表
训练
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| homeostasis | 稳态 | wěn tài |
| stimulus | 刺激 | cì jī |
| receptor | 受体 | shòu tǐ |
| nervous system | 神经系统 | shén jīng xì tǒng |
| endocrine system | 内分泌系统 | nèi fēn mì xì tǒng |
| hormone | 激素 | jī sù |
| effector | 效应器 | xiào yìng qì |
| gland | 腺体 | xiàn tǐ |
| negative feedback | 负反馈 | fù fǎn kuì |
14.1
肝脏与尿素
身体不能储存多余的氨基酸。在肝脏(liver)中,脱氨基作用(deamination)的过程从多余的氨基酸(amino acids)中移除氨基,而这被变成尿素(urea)。尿素在血液中被运到肾脏以被移除。
词汇表
训练
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| liver | 肝脏 | gān zàng |
| deamination | 脱氨基作用 | tuō ān jī zuò yòng |
| amino acid | 氨基酸 | ān jī suān |
| urea | 尿素 | niào sù |
| ion | 离子 | lí zi |
14.1
肾脏
肾脏(kidney)清洁血液并控制它的含水量。它的部分是:
- 一个外部的纤维囊(fibrous capsule),
- 一个外部区域,皮质(cortex),
- 一个内部区域,髓质(medulla),
- 一个中央空间,肾盂(renal pelvis),它收集尿液,
- 输尿管(ureter),它把尿液运到膀胱,
- 肾动脉(把血液带入)和肾静脉(把血液带出)的分支。
The nephron
每个肾脏容纳约一百万个叫肾单位(nephrons)的微小管。沿一个肾单位有:肾小球(glomerulus,一团毛细血管)、它周围的鲍曼囊(Bowman's capsule)、近曲小管(proximal convoluted tubule)、亨利环(loop of Henle)、远曲小管(distal convoluted tubule),以及集合管(collecting duct)。
Making urine
- 超滤(ultrafiltration)发生在鲍曼囊中。肾小球中的血液处于高压之下,所以水和小分子(葡萄糖(glucose)、离子(ions)、尿素)被推出到囊中,构成滤液(filtrate)。血细胞和大蛋白质太大而不能通过,所以它们留在血液中。
- 选择性重吸收(selective reabsorption)发生在近曲小管中。有用的物质被带回血液。所有的葡萄糖和大部分的水和离子在这里被重吸收。小管壁很适合这个:它的细胞有微绒毛(microvilli)以给一个大表面积,以及许多线粒体(mitochondria)以为主动运输(active transport)供能。
探索
Explore the nephron
Tap each part. Filtration happens at the top; the long tubule then reabsorbs what the body needs, leaving urine.
词汇表
训练
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| kidney | 肾脏 | shèn zàng |
| cortex | 皮质 | pí zhì |
| medulla | 髓质 | suǐ zhì |
| renal pelvis | 肾盂 | shèn yú |
| ureter | 输尿管 | shū niào guǎn |
| nephron | 肾单位 | shèn dān wèi |
| glomerulus | 肾小球 | shèn xiǎo qiú |
| Bowman's capsule | 鲍曼囊 | bào màn náng |
| proximal convoluted tubule | 近曲小管 | jìn qū xiǎo guǎn |
| loop of Henle | 亨利环 | hēng lì huán |
| distal convoluted tubule | 远曲小管 | yuǎn qū xiǎo guǎn |
| collecting duct | 集合管 | jí hé guǎn |
| ultrafiltration | 超滤 | chāo lǜ |
| filtrate | 滤液 | lǜ yè |
| selective reabsorption | 选择性重吸收 | xuǎn zé xìng zhòng xī shōu |
| microvilli | 微绒毛 | wēi róng máo |
| mitochondria | 线粒体 | xiàn lì tǐ |
| active transport | 主动运输 | zhǔ dòng yùn shū |
14.1
渗透调节
渗透调节(osmoregulation)控制血液的含水量。它由大脑运行:
- 下丘脑(hypothalamus)检测血液的水势(water potential)。
- 当血液太浓时,垂体(pituitary gland)释放抗利尿激素(antidiuretic hormone,ADH)。
- ADH 通过添加叫水通道蛋白(aquaporins)的水通道使集合管对水更通透。
- 更多的水随即被重吸收回血液,所以制造更少、更浓的尿液。这是负反馈。
探索
The ADH pathway
Step through it. When the blood gets too concentrated, ADH makes the kidney save water — classic negative feedback.
词汇表
训练
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| osmoregulation | 渗透调节 | shèn tòu tiáo jié |
| hypothalamus | 下丘脑 | xià qiū nǎo |
| water potential | 水势 | shuǐ shì |
| pituitary gland | 垂体 | chuí tǐ |
| antidiuretic hormone | 抗利尿激素 | kàng lì niào jī sù |
| aquaporin | 水通道蛋白 | shuǐ tōng dào dàn bái |
14.1
通过细胞信号传导调控血糖
当血糖下降时,激素胰高血糖素(glucagon)被释放。它显示一个激素如何把它的消息传入一个细胞——细胞信号传递(cell signalling):
- 胰高血糖素结合到肝细胞表面的一个受体,引起一个构象变化(conformational change,受体形状的一个改变)。
- 这激活一个 G蛋白(G-protein),它开启酶腺苷酸环化酶(adenylyl cyclase)。
- 腺苷酸环化酶在细胞内部制造一个第二信使(second messenger),叫环腺苷酸(cyclic AMP,cAMP)。
- cAMP 激活蛋白激酶A(protein kinase A),它启动一个酶级联反应(enzyme cascade)——一个酶(enzyme)通过磷酸化(phosphorylation)开启下一个。
- 因为每个酶开启许多下一个的,信号被大大放大(amplified)。
- 最终的酶把糖原(glycogen)分解成葡萄糖,这提高血糖水平。
Negative feedback and blood glucose
血糖由两种相互对抗的激素保持稳定:
- 当葡萄糖高时,胰岛素(insulin)使肌肉和肝细胞吸收葡萄糖并把它储存为糖原,降低水平。
- 当葡萄糖低时,胰高血糖素使肝细胞把糖原分解回葡萄糖,提高水平。
Measuring glucose
试纸(test strips)和生物传感器(biosensors)测量血液或尿液中的葡萄糖。它们用酶葡萄糖氧化酶(glucose oxidase)和过氧化物酶(peroxidase),它们与葡萄糖反应以给出一个颜色变化(或在一个生物传感器中一个电信号),它显示存在多少葡萄糖。
例题。 一个人喝了大量的水。追踪其稳态反应。血液的水势升高(负得更少)。下丘脑中的渗透压感受器察觉到这一点,于是垂体后叶释放更少的抗利尿激素。抗利尿激素减少,插入集合管膜上的水通道蛋白就更少,所以集合管对水的通透性下降。被重吸收的水减少,于是产生大量稀释的尿液,血液的水势回落到接近正常。这种回到设定点的过程正是负反馈 - 反应逆转了原来的变化。要写出感受器、激素、效应器和校正:从"喝水"直接跳到"尿多"的答案会跳过中间所有的得分点。
探索
Controlling blood glucose
Push blood glucose away from its set point, then watch negative feedback bring it back: insulin lowers a high level, glucagon raises a low one.
词汇表
训练
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| glucose | 葡萄糖 | pú táo táng |
| cell signalling | 细胞信号传递 | xì bāo xìn hào chuán dì |
| glucagon | 胰高血糖素 | yí gāo xuè táng sù |
| conformational change | 构象变化 | gòu xiàng biàn huà |
| G-protein | G蛋白 | G dàn bái |
| adenylyl cyclase | 腺苷酸环化酶 | xiàn gān suān huán huà méi |
| second messenger | 第二信使 | dì èr xìn shǐ |
| cyclic AMP | 环腺苷酸 | huán xiàn gān suān |
| protein kinase A | 蛋白激酶A | dàn bái jī méi A |
| enzyme cascade | 酶级联反应 | méi jí lián fǎn yìng |
| enzyme | 酶 | méi |
| phosphorylation | 磷酸化 | lín suān huà |
| amplification | 放大 | fàng dà |
| glycogen | 糖原 | táng yuán |
| insulin | 胰岛素 | yí dǎo sù |
| test strip | 试纸 | shì zhǐ |
| biosensor | 生物传感器 | shēng wù chuán gǎn qì |
| glucose oxidase | 葡萄糖氧化酶 | pú táo táng yǎng huà méi |
| peroxidase | 过氧化物酶 | guò yǎng huà wù méi |
14.2
植物的稳态
大纲
- explain that stomata respond to changes in environmental conditions by opening and closing and that regulation of stomatal aperture balances the need for carbon dioxide uptake by diffusion with the need to minimise water loss by transpiration
- explain that stomata have daily rhythms of opening and closing
- describe the structure and function of guard cells and explain the mechanism by which they open and close stomata
- describe the role of abscisic acid in the closure of stomata during times of water stress, including the role of calcium ions as a second messenger
来源:剑桥国际大纲
气孔(stomata)是一片叶子里的孔。植物打开和关闭它们以平衡两个需要:让二氧化碳(carbon dioxide)进来用于光合作用(photosynthesis),以及限制蒸腾作用(transpiration)的水分流失。气孔通常白天打开、夜间关闭,遵循一个日节律。
每个气孔由它周围两个保卫细胞(guard cells)打开和关闭:
- 要打开:保卫细胞泵入离子,所以它们的水势下降,水通过渗透(osmosis)进入。它们膨胀并弯开,打开孔。
- 要关闭:离子离开,水随之出去,保卫细胞变软,孔关闭。
当植物缺水时(水分胁迫(water stress)),激素脱落酸(abscisic acid)被释放。它使保卫细胞失去离子和水,所以气孔关闭,节省水。在这个信号传递中,钙离子(calcium ions)在保卫细胞内部充当一个第二信使。
探索
How a stoma opens
Step through it. Guard cells pump in ions, draw in water by osmosis, swell turgid and bend apart — opening the pore.
词汇表
训练
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| stomata | 气孔 | qì kǒng |
| carbon dioxide | 二氧化碳 | èr yǎng huà tàn |
| photosynthesis | 光合作用 | guāng hé zuò yòng |
| transpiration | 蒸腾作用 | zhēng téng zuò yòng |
| guard cell | 保卫细胞 | bǎo wèi xì bāo |
| osmosis | 渗透 | shèn tòu |
| abscisic acid | 脱落酸 | tuō luò suān |
| water stress | 水分胁迫 | shuǐ fèn xié pò |
| calcium ion | 钙离子 | gài lí zi |
14.2
考试技巧
- 把每个答案构造为负反馈:受体 → 协调者 → 效应器 → 纠正;命名每个部分。
- 血糖:胰岛素降低它(吸收、糖原生成),胰高血糖素提高它(糖原分解)——通过细胞信号传递解释。
- 肾脏:知道超滤(鲍曼囊)、选择性重吸收(近曲小管)以及 ADH 在渗透调节中的作用。
- 气孔在保卫细胞变得膨胀时打开(K+ 进入,水随之)。
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