3.1 激素调节是体液调节的主要形式（教学课件）生物沪科版选择性必修1

激素调节是体液调节的主要形式 沪科版高中生物学选择性必修1《稳态与调节》第3章第1节 科学思维：通过 分析促胰液素发现 史的实验逻辑，训 练假说-演绎、对比 归纳的思维能、 力；准确归纳激素 调节的核心特点。 生命观念：形成 稳态与平衡观，明确 激素调节、其他体液 液因子调节共同参与 内环境稳态的维持， 理解生命活动调节 节的系统性。 科学探究：分析 促胰液素发现的对 照实验设计，明确 变量控制逻辑，体 会科学探究中敢于 疑、实证求真的精 神。 社会责任：科普 青少年糖尿病防控 法、激素滥用危害， 认知激素药物使用 规范，主宣传健康 生活理念。 【学习目标】 《稳态与调节》第3章第1节：激素调节是体液调节的主要形式 【情境目录】双线并行的探索之旅 核心问题：为什么说激素调节是体液调节的主要形式?体液调节如何参与人体稳态的维持? 分情境一：促胰液素发现与内分泌系统的组成(历史溯源) 分情境二：胰岛素的作用与激素调节的特点(机制探究) 分情境三：运动后的呼吸调节与体液调节的概念(概念建构) 分情境四：迁移应用与健康生活(社会责任) 主情境双线：1902年促胰液素发现的科学探究史 ×1型糖尿病患者小宇的日常治疗记录 主情境双线：中备履意与时间钓空的强验疗对话 1902 科学史 小宇病历 第一部分 促胰液素发现与内分泌系统的组成 探究问题：打破“神经调节主导”的固有认知，寻找生命体内的“化学信使”。 胰腺 食物刺激 权威观点：当时的生理学巨匠巴甫洛夫及其团 队坚信，食物刺激小肠神经，通过反射弧引起 胰液分泌。 思考：科学真理往往在质疑中诞生，这个“共 识”真的无懈可击吗? 背景知识：胃酸进入小肠后，胰腺会分泌胰液 进入小肠，参与消化。 19世纪的学术共识：“胰液分泌是神经调节主 导的反射活动”。 【情境导入】19世纪学术界的共识 传 入 神 经 食物刺激 小肠神经 神经中枢 传出神经 神经反射弧控制胰液分泌 ●沃泰默的实验设计 · 步骤：切除狗小肠的所有神经，仅保留血管连接。 ● 操作：向小肠内注入稀盐酸。 ·结果：胰液仍旧分泌! ●沃泰默的解释 ·这是一个十分顽固的神经反 射，小肠上的微小神经没有 剔除干净。 ? 驱动问题：如果你 是当时的科学家， 面对“切除神经后 有反应”的结果， 你认为还有什么可 能的解释? 胰液分泌 【情境导入】沃泰默的实验与“固执” 【文字内容】: ■ 敢于质疑：斯他林和贝利斯读到沃泰 默的论文后，敏锐地察觉到其中的 逻辑漏洞。 ■提出假说： > 这不是神经反射! >而是化学调节：小肠黏膜在盐酸 激下，产生了一种化学物质。 >这种物质进入血液，随着血流被 运输到胰腺。 >最终引起胰液的分泌。 ■科学精神：不迷信权威，基于事实 提出大胆假设。 【深度探究】斯他林和贝利斯的破局假说 小肠黏膜(产生物质) 血管(血液运输) 胰腺(促进分泌) 如何验证假说? 必须彻底排除神经的干扰! 斯他林和贝利斯的实验操作： 1. 提取：刮下狗的小肠黏膜，加入稀盐酸和 砂子一起研磨。 2. 过滤：制成含有该“化学物质”的提取液。 3. 注射：将提取液直接注射到同一只狗的静 脉中。 实验现象：观测到胰液分泌明显增加! 关键创新：体外研磨彻底切断了神经联系， 验证了化学物质调节的独立性。 【深度探究】巧妙的实验设计 彻底切断 神经联系 2.过滤 HCI 犬狗 小肠膜 1.提取 实验现象：胰液分泌增加 实 验 逻 辑 梳 理1: 昆自变量 是否含有小肠黏膜在盐酸刺激 下产生的化学物质(提取液) 因变量 胰液是否分泌 无关变量 控制 同一只狗、注射量、提取液的 纯净度等 核心突破：体外研磨彻底破坏了神经结构， 证明了胰液分泌可以完全脱离神经调节， 仅靠血液中的化学物质即可完成。 【深度探究】实验变量与逻辑分析 第 9 页 【概念建构】促胰液素的发现与意义 命名：斯他林和贝利斯将这种小肠黏膜分泌的化学物质命名为 促胰液素 运输途径 作用靶点 血液(体液)。 胰腺。 科学意义：打破了“生命活动仅由神经调节”的固有认知，开启了内分泌学的新纪元。 人类发现的第一种激素! 比较项目 内分泌腺 外分泌腺 有无导管 无导管 有导管 分泌物去向 直接进入腺体内的毛细血管 (体液) 通过导管排出体表或进入消化道 分泌物名称 激素 汗液、唾液、消化液等 代表腺体 垂体、甲状腺、 胰岛等 汗腺、唾液腺、胃腺等 疑问：促胰液素由小肠黏膜细胞分泌，没有专门的导管，它和我们学过的唾液腺、汗腺有什么不同? 内分泌腺(Endocrine Glands) 外分泌腺(Exocrine Glands) 毛细血管 激素物一 包细管 【关键问题】内分泌腺 vs 外分泌腺 对比归纳： 无导管 有导管 Page 11 【知识梳理】人体主要内分泌腺及其分布 内分泌系统的组成： · 由相对独立的内分泌腺以及分布在其他器官 中的内分泌细胞组成。 人体主要内分泌腺： · 下丘脑：分泌促激素释放激素等。 · 垂体：分泌生长激素、促激素等。 · 甲状腺：分泌甲状腺激素。 · 肾上腺：分泌肾上腺素等。 · 胰岛：分泌胰岛素、胰高血糖素。 · 性腺：分泌性激素(雄激素/雌激素)。 下丘脑 垂体 甲状腺 胰岛 8 情境链接 胰岛B细胞 小宇 --- 口服药片 为什么不能口服? 1型糖尿病患者小宇胰 岛B细胞受损，需要 定期注射胰岛素，为什 么不能口服? 2.氨基酸衍生物 【知识梳理】激素的化学本质与给药途径 1.蛋白质/多肽类 例：胰岛素、生 长 激素、促激素 小分子，能被消化道直接 吸收。可注射也可口服! 3.脂质类(固醇类) 例：性激素 大分子，口服会被消化道 内的蛋白酶分解而失效。 特点 只能注射! 激素的化学本质分类 激素的化学 本质分类 例：甲状腺激素、肾上腺素 特点 一 第二部分 胰岛素的作用与激素调节的特点 探究问题：微量的激素如何精准调控庞大的人体系统? 小宇的日常记录： · 剂量极小：每次仅需注 射4~8单位(微克级 别)的胰岛素。 · 效果显著: 注射后30分 钟 ，血 糖 从12 mmol/L 迅速下降到7 mmol/L 左右(正常范围)。 · 专一性强：注射胰岛素 后，心率、呼吸、消化等 其他生理活动没有受到 明显影响。 驱动问题 · 极低剂量的胰岛素就能起到明 显的降血糖效果，且只影响 血糖水平，这体现了激素调节 【情境导入】小宇的胰岛素注射记录 的哪些特点? 注射后时间(分钟) 血 糖 浓 度 ( m m o l / L ) 极低的浓度就能产生巨大的生理效应。 10-10 mol/L 特点归纳：微量和高效 激素在血液中的含量极低(通常在 资料分析：正常人 空腹血液中胰岛素 浓度仅为4~20 mlU/L (约10-10 mol/L)。 意义 激素是体内的高效 能生物活性物质， 微量的改变即可引 起细胞代谢的显著 变化，维持稳态。 特点归纳：微量和高效 激素在血液中的含量极低(通常在 10-12～10-⁹mol/ L之间)。 10-12～10-9 mol/ L之 间 ) 。 极低的浓度就能产生巨大的生理效应。 【深度探究】激素调节特点一：微量和高效 ■运输机制 · 内分泌腺没有导管。 ·激素分泌后直接弥散到体液中。 ·随着血液循环被运输到全身各处。 ■临床应用 ·既然激素随血液运输到全身，我们在临 床上如何检测某人的激素水平是否正常? ·答案：抽取静脉血进行化验(如甲状腺功 能七项、性激素六项等)。 ● 激素小光点 静脉 【深度探究】激素调节特点二：通过体液进行运输 静脉血检测激素水平 沪科版高中生物学选择性必修1《稳态与调节》第3章第1节 【深度探究】激素调节特点三：作用于靶器官、靶细胞 【画面描述】作用原理(特异性) 矛盾点：激素随血液运输到全 身所有部位，为什么胰岛素只 影响血糖，不影响心率? 资料揭秘：胰岛素受体仅分布 在肝脏、肌肉、脂肪等特特定 细胞的细胞膜上，心肌细胞等 没有对应的受体。 特点归纳：特异性 ·激素只能作用于特定的器官 或细胞。 ·这些被激素特异性作用的器 官/细胞称为靶器官/靶细胞。 其他细胞 (非靶细胞) 肝脏细胞 凹槽 肝脏细胞 (靶细胞) 产生反应：降血糖 心肌细胞 (非靶细胞) 无反应 【难点突破】特异性原理：受体机制 “钥匙与锁”的精准匹配： · 激素=携带信息的“钥匙” · 受体=靶细胞上的“锁”(通常是糖蛋白) 作用机制： · 只有当激素的空间结构与受体完美契合时， 才能传递信息。 ● 靶细胞之所以成为靶细胞，是因为其表面或 内部表达了特异性受体。 注意：激素运输没有特异性(全身运输),但 作用具有特异性。 第19页 灭活机制：激素一经靶细胞接受并起作用后， 就会被灭活 (分解)。 意义：保证生命活动调节的灵活性，避免调节 过度，维持内环境稳态。 特点归纳：作为信使传递信息 ● 激素不组成细胞结构。 ● 激素不提供能量。 ●激素不参与具体的细胞代谢反应。 ● 它仅仅作为“信使”传递调节代谢的信息。 【深度探究】 激素调节特点四：作为信使传递信息 思考：胰岛素发挥降糖作用后，它去哪儿了? 会一直起作用吗? 细胞 不干活 不组成 信使邮递员 激素(信使) 转身离开并消失(灭活) · 微量和高效： ·极低浓度即可产生 显著调节效应 ·作为信使传递信息： ·不供能、不组构、不催 化，作用后即被灭活 信使 (灭活 核心本质：激素调节是一种信息传递过程， 是维持机体稳态的重要机制 ·通过体液进行运输： · 分泌后弥散到体液中， 随血液流向全身 作用于靶器官、靶细胞： ·依赖特异性受体，精准 激素调节特点 【知识归纳】 定位 巨大数 第三部分 运动后的呼吸调节与体液调节的概念 常规 升高到 62 血液CO₂浓度 mmHg。 恢复时间：休息3分钟 后，呼吸逐渐恢复平稳。 休息3分钟 【情境导入】小宇的体测记录：运动与呼吸 体测实况：小宇完成800米跑后，大汗淋 生理数据变化 驱动问题：剧烈运动后呼吸加快，除了神经调节 的参与，血液中升高的CO₂ 扮演了什么角色? 呼吸频率：从16次/分钟 飙升至40次/分钟。 血液CO₂浓度：从40 mmHg 升高到62 漓，呼吸急促。 静息状态 16次/分钟 飙升至 40 次/分钟 呼吸频率 40 mmHg mrnHg CO₂ 的调节路径： 1. 剧烈运动导致细胞呼吸旺盛，产生大量CO₂。 2.CO2 进入血液，导致血液CO₂ 浓度升高。 3. 高浓度CO2随血液循环流经脑干。 4. 刺激脑干的呼吸中枢。 5. 呼吸中枢发出神经冲动，使呼吸肌运动加深 加快。 6. 肺通气量增加，排出多余 CO₂ , 维持血液 CO₂浓度稳定。 肺部(呼吸加快排出CO₂) CO₂浓度升高 脑干呼吸中枢 维持血液CO₂ 浓度稳定 (感受刺激) 神经冲动 呼吸中枢 结论：代谢产物 CO₂ 也能通过体液运输参与生 命活动的调节! 【深度探究】CO₂调节呼吸的机制 肌肉细胞(产生CO₂) 血管(运输) 血管(运输) 25 【概念建构】体液调节的核心概念 什么是体液调节? · 调节因子：激素、CO₂、H+、NO等化学物质。 · 运输途径：通过体液(主要是血液)传送。 · 作用方式：对人和动物体的生理活动进行调节 对比分析： · 激素调节：由专门的内分泌腺/细胞分泌。 : CO₂ 调节：由全身所有进行有氧呼吸的细胞产生。 激素 CO₂、H+卡等 其他化学物质 体液调节 八 【对比归纳】激素调节是体液调节的主要形式 · 激素调节是体液调节中最重要、最主 要的形式。 ·为什么激素调节是主要形式? ·激素种类繁多，分工明确。 · 【文字内容】: · 包含关系： ·体液调节是一个更广泛的概念。 · 拥有专门的内分泌系统作为结构基础。 · 调控范围广，几乎涉及生长、发育、生 殖、代谢等所有生命活动。 CO₂ 、H+ 等其他因 子调节 激素调节 体液调节 第四部分 迁移应用与健康生活 探究问题：学以致用，用生物学知识守护自身与家人的健康。 【迁移应用】长效胰岛素的研发思路 【真实热点：我国自主研发的新型长效胰岛素，患者从“每天注射1次”升级为“每周仅需注射1 1次”即可稳定控糖。 【学以致用：结合“激素发挥作用后会被灭活”的特点，推测长效胰岛素的研发思路是什么? 【科学解析： ※ 痛点：天然胰岛素作用后迅速失活，半衰期极短。 ※ 研发思路：通过蛋白质工程修饰胰岛素分子的空间结构，或者将其与载体蛋白结合，减缓其在 血液中的释放速度，或增强其抵抗降解酶的能力，从而延长作用时间。 1 2 3 4 5 ⑥ ⑦ 8 9 10 11 12 13 14 15 6 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 传统注射笔(日历上每天画圈) 新型长效注射笔(日历上每周画图) 修饰过程：胰岛素被“保护壳”包裹 ① ② ③ 4 5 6 ⑦ ⑧ ⑨ 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 早 【社会责任】青少年糖尿病防控与激素滥用危害 数据警示 国家卫健委数据显示，我国青少年2型糖尿病发病率10年上涨了2倍! 现象：部分违规减肥食品添加过量甲状腺激素。 危害：打破内环境稳态，导致心悸、甲亢、内分泌系统 紊乱，乱，严重危及生命。 防控建议(行动指南) 减少高糖饮料摄入，避免 胰岛B细胞长期超负荷工作 保持健康体重，预防肥胖 导致的胰岛素抵抗 坚持规律运动，提高靶 细胞对胰岛素的敏感性 警惕激素滥用 主要形式： 激素调节 其他调节因子 蛋白/多肽类：只能注射不能口服 如胰岛素、生长激素、促激素 氨基酸衍生物/脂质类：可注射可口服 如甲状腺激素、性激素、肾上腺素 代表者：下丘脑、垂体、 甲状腺、胰岛等 小肠粘粘膜的分泌细胞 唾液腺、汗腺、胰腺外分泌部 内分泌腺 散在内分泌细胞 *VS外分泌腺 激素调节特点 CO₂ 人体主要激素 功能与化学本质 体液运输 H+ H 结构基础： 内分泌系统 特异性 NO等 体液调节 高效性 信使作用 $