物质和能的获取.ppt

第五章 营 养 物 质 和 能 的 获 取, 营养方式：生物划分大类群的主要标准之一 自养营养：绿色植物（光合作用）； 某些细菌（化能合成作用） 异养营养 腐食性（吸收式、渗透式）营养 细菌、真菌； 某些内寄生动物（原生动物、绦虫等）； （书上提到的疟原虫 实为胞口吞噬摄食） 吞噬（动物式、全动式、掠食性）营养 动物（除某些寄生虫）、食虫植物（猪笼草等）,3,4,一、自养营养 绿色植物的营养 二、异养营养（动物的营养） （一）食物和营养素 （二）动物对食物的消化 （三）人的消化系统,一、自养营养绿色植物的营养 C、H、O & N、P、K etc. （一）二氧化碳的摄取 1叶的结构和功能 结构：表皮组织：气孔，保卫细胞 薄壁组织：叶肉，栅栏组织，海绵组织 维管组织：叶脉(leaf veins),维管束鞘(C4) 功能：光合作用、蒸腾作用,2气孔开关的机制和调节 机制：保卫细胞内侧壁厚 调节水份：机制 海绵组织细胞间隙中CO2浓度：高则气孔关闭； 保卫细胞中淀粉水解，水势降低而吸水，气孔张开； 保卫细胞中K+浓度：高则细胞吸水使气孔张开；低则反之。K+进入细胞是需能的主动运输过程；白天：光合使保卫细胞中CO2减少，H+泵出，K+逆向于细胞中积累，气孔张开。夜间则相反。 气孔开关对水分和光合的影响相反，如何解决这一矛盾？最终气孔的开关将由特定环境下的主要矛盾是水分还是光合来决定。,（二）对矿物质的需要 C, H, O, P, K, N, S, Mg, Ca 必需元素 （生物大分子成分或参与离子平衡） Fe, B, Cu, Zn, Mn, Cl, Mo 微量元素（酶、辅酶成分） V, Co, Se, Si, Al, Na, etc. 是否必需？,（三）水和矿物质的摄取 1. 根的结构和功能 功能：吸收（水、无机盐）； 固定（于土壤中）； 储存（糖类、其他营养物质）； 合成（AA、激素、生物碱等有机物）。 根系：直根系(tap root system) 须根系(fibrous root system) 不定根(adventitious) e.g. 榕树独木成林,10,主根 侧根 不定根,(1)根尖(root tip)： 根冠(root cup)； 分生区(meristem zone)； 延长区(elongation zone)； 根毛区(root hair zone)。 (2)初生结构： 表皮(epidermis)：根表一层细胞，根毛； 皮层(cortex)：多层薄壁细胞，排列疏松 (时有厚壁、厚角组织) 内皮层(endodermis)： 凯氏带(Casparian band)：四面或马蹄形加厚。 中柱(vascular cylinder)： 中柱鞘(pericycle)、木质部 、韧皮部、髓(pith)(草本),12,(3)次生结构： 形成层 次生木质部次生韧皮部 中柱鞘 木栓形成层：木栓+栓内层=周皮(次生保护组织) 2. 根吸收水和矿物质 根毛总表面积巨大，利于吸收土壤水分和矿物质。 (1)根毛区的吸收 主要途径 主动运输+表皮细胞表面渗入： 膜内外的 离子浓度， 电位差(Ca2+,SO42-,K+,NO3-,NH4+)。,(2) 共质体途经和质外体途经： 水、矿物质是如何从根表皮细胞到根中部的呢？ 一个可能途径： 按浓度梯度或主动运输等方式 透过细胞膜而进入中柱的木质部， 上行至叶（光合、蒸腾保持水势梯度） 该途径阻力大，速度慢，非主要途径。, 共质体途经： 共质体(symplast)： 细胞以胞间连丝相互连接而成为一个整体。 共质体途经： 水和无机盐离子在互相连通的共质体中， 顺离子的浓度梯度 穿过胞间连丝向根的中部运输。 质外体(apoplast)途经：比共质体途经重要 水渗入根毛和根表皮的细胞壁， 在相邻细胞的细胞壁和细胞间隙（非细胞质）中运行 (3) 菌根(mycorrhizae),二、异养营养（动物的营养） （一）食物和营养素 （二）动物对食物的消化 （三）人的消化系统,（一）食物和营养素 食物的作用 能源； 原材料：生长、发育、更新； 维生素, 营养素类型 糖； 脂类； 蛋白质； 维生素； 矿物质； 水； 膳食纤维素,1. 糖类 主要能源（ 50%）； 能源物质：糖； 脂肪； 蛋白质； 有机酸等,2. 蛋白质：(作用) 构成细胞的主要成分 氨基酸（Amino Acid） 必需、非必需AA； 能源 禁食的危害 脑唯一的能源 葡萄糖； 禁食：细胞内蛋白质、AAs 糖原、葡萄糖（供能） 细胞（身体）损伤,3. 脂肪 组成：甘油 + 脂肪酸 必需、非必需脂肪酸 能源 P120, 表 5 - 2 特点：浓缩 含水少； 高能 糖、蛋白质的2倍略多； 消化吸收慢 耐饥 最经济的储能形式 植物种子、果实、根； 动物脂肪 抗饥饿、冬眠,4. 维生素 定义：必需； 量极少； 自身不能合成； 从食物中摄取、共生微生物提供 作用：辅酶分子或其一部分； 不是供能物质 类型：水溶性维生素； 脂溶性维生素,(1) 水溶性维生素：维生素C、B P122 表5 - 3； 图5 - 14 维生素C（抗坏血酸） 作用： 细胞间质的发育； 胶原纤维的产生； 缺乏：坏血症 维生素B（B族维生素） 性质：化学结构不同, 功能很相似, 一类物质 作用：细胞呼吸 （接下页）,种类 B1 脚气病（人）、 多发性神经炎 B2 核黄素 烟酰胺 厚皮症 B5 泛酸 B6 吡哆素 B12 恶性贫血 叶酸 红细胞生长发育 核苷酸合成（细胞分裂）,(2) 脂溶性维生素 A、D、E、K P122 表5 - 3； P125 图5 - 15 无脊椎动物体内就存在 但无维生素作用 生物体结构、物质两种进化方式 产生新的器官、物质 执行新功能； 原有器官、物质改造 赋于新功能 举例：脂溶性维生素； 呼吸系统：鼻腔、口腔、肺； 基因 优、缺点：经济、快速；常不完善, 维生素A（视黄醛醇） 功能：上皮细胞 （特别视网膜上皮）健康 缺乏：干眼症； 夜盲症（甚至全盲） 维生素D 功能：促进小肠吸收Ca2+ 缺乏：骨骼畸形（佝偻病）； 蛋黄、鱼油； 阳光（紫外线）：固醇类物质 VD, 维生素E（生育酚） 功能：生育能力； 肌肉发育； 抗氧化 保护细胞膜； 维生素K：功能 血凝； (3) 维生素缺乏症的起因 食物中缺乏； 不能吸收； 不能转化为活性分子,5. 矿物质 定义 什么是矿物质？ C、H、O？ 类型 需要量大：Na，Cl，K，P，Mg，Ca 需要量少：Fe，Mn，I； 痕量（微量）：Cu，Zn，Mo，Se，Co,（二）动物对食物的消化 进化趋势: 细胞内消化 细胞外消化 1. 细胞内消化 内吞作用（吞噬作用） 单细胞动物（原生动物） 食物泡、溶酶体 P126 图16 - a 小型多细胞动物（海绵、腔肠） 高等动物 内吞（吞噬）作用普遍存在 白细胞、肠上皮等,2 . 过渡类型 腔肠动物 P126 图16 - b 细胞内消化为主, 细胞外消化为辅； 蜗虫（扁形动物门） P127 图5 - 17 不完全消化系统; 细胞外（消化道内）消化为主， 细胞内消化为辅；,3. 细胞外消化 蚯蚓、昆虫、高等动物 完全消化系统; 完全细胞外消化; 消化道产生分化; 机械消化：消化道蠕动； 砂囊（蚯蚓） P127 图5 - 18 口器（蝗虫）； 牙齿（高等动物） 4. 食物的储存：嗉囊（蚯蚓、昆虫）、 胃（高等动物） 储存食物的意义何在？,（三）人的消化系统 1. 消化系统的形态结构 2. 食物的酶消化（化学消化） 3. 食物的吸收 4. 肝脏,1. 消化系统的形态结构（略讲）P128 图5 - 19 (1) 口腔 (2) 消化道 (1) 口腔（自学为主） 牙齿 舌 唾液腺 吞咽反射, 牙齿（自学） P128， 图20 - 2 功能 结构 种类 按位置、功能划分 门齿 犬齿 前臼齿 臼齿 按生成时间划分 乳牙; 永久齿（恒齿）, 唾液腺（自学） 数目：3对 P129 图20 - 2 腮腺， 颌下腺， 舌下腺； 功能 湿润口腔、食物， 清洁口腔， 杀菌， 初步消化， 散热；, 吞咽反射（自学为主） P128 图5 - 21 吞咽与呼吸的矛盾何在？如何产生的？ （结合前述“进化方式”） 矛盾如何解决的？ 吞咽反射 软颚：上举 封闭鼻腔； 舌：上举 封闭口腔； 喉：上举 会厌软骨封闭气管,(2) 消化道 A. 管壁构造 四层（自学） P130 图5 - 23 粘膜层（上皮组织） 粘膜下层（疏松结缔组织） 肌肉层（肌肉组织） 浆膜（上皮组织）,B. 消化道组成 食道（自学） 胃 小肠 大肠 直肠（自学） 肛门（自学）,消化系统, 胃 功能 储存食物 消化食物 机械消化：肌肉质囊（压碎、搅拌） 化学消化（酶消化） 盐酸、胃蛋白酶,食物在胃中的消化很不彻底，淀粉只分解为双糖，蛋白只分解为多肽，脂肪尚未触及。,胃溃疡与胃炎的发病机理 幽门螺旋杆菌,反刍胃：牛、羊 P129 图5 - 22 骆驼 P216 图9 - 13B 四个部分 食道末端 特化 前三部分 瘤胃 共生细菌、原生动物 消化纤维素 网胃：作用同上 瓣胃：作用同上； 骆驼：特化 20-30个水囊 皱胃：真正的胃, 小肠（自学为主） 组成：十二指肠、空肠、回肠 功能：主要的消化、吸收器官 消化液：胆汁、胰液、肠液 形态特点 利于消化和吸收 肌肉发达：蠕动 机械消化; 长：食物停留时间最长 人 5-6 m, 最长的部分 长度与食性（草、肉、杂食）的关系 （接下页）, 表面积大 人：环状皱褶、绒毛、微绒毛， 600 倍 P130 图5 - 23 蚯蚓：肠沟（盲道） P127 图5 - 18B 鱼等：幽门盲囊 鲨鱼等：螺旋瓣 P131 图5 - 24 多种消化液：进入小肠； 小肠绒毛神经丛、毛细血管、淋巴管丰富； 进入小肠的食物多已初步消化为较小的分子, 大肠（升结肠、横结肠、降结肠） 盲肠、阑尾 马、兔 共生微生物（消化纤维素） 盲肠与反刍胃哪个更合理、先进？Why？ 特点：蠕动慢； 功能 回收水分、无机盐（钠盐）、某些维生素 腹泄（细菌、受凉等）； 便结 （蠕动太慢，多食纤维素食物） 排泄：多余Ca盐、Fe盐 共生菌：提供多种维生素、抑制有害菌,2. 食物的酶消化（化学消化） (1) 唾液消化； (2) 食物在胃中的消化； (3) 食物在小肠中的消化和吸收 (1) 唾液消化（自学） 作用小（Why？） 唾液淀粉酶 淀粉、糖原 双糖（麦芽糖）,(2) 食物在胃中的消化 胃液的成分及作用 胃壁的保护 胃液分泌的调控 胃液的成分及作用 盐酸 胃蛋白酶原 粘液 凝聚酶,盐酸：作用 激活胃蛋白酶原（无活性） 胃蛋白酶（结构变化 有活性）； 提供胃蛋白酶需要的酸性环境（pH 1.5-2.5）； 使蛋白质变性 易水解； 杀菌； 进入十二指肠后 促进胰液、肠液、胆汁的排放,胃蛋白酶 P132 图5 - 25 （肽链）内切酶 只能从肽链内部、某些特定的位置 切断（分解）肽链 多肽； （胃蛋白酶 酪AA、苯丙AA等） 不能从两端将肽链分解为单个的AA 凝聚酶：使乳中蛋白质凝聚成块 易消化； （非哺乳动物很少有） 为何严格讲凝聚酶不是酶？ 粘液：保护作用, 胃壁的保护（自学） 盐酸、胃蛋白酶为何不侵害胃壁自身？ 胃蛋白酶原 无活性 胃腔：胃酸作用 胃蛋白酶（激活） 粘液的保护作用 粘膜细胞的保护作用 排列紧密、分泌碱性粘液 胃溃疡 原因不明, 胃液分泌的调控 神经诱导（条件反射） 25% 激素诱导 75% 促胃液素（自学） 食物 刺激胃、小肠粘膜细胞 促胃液素 血液 胃壁 促进胃液分泌 肠抑胃素（自学） 脂肪 十二指肠 肠抑胃素 血液 胃壁 抑制胃液分泌 为何先进食高脂肪食物会降低食欲？ 什么叫颉抗作用？（不仅指促胃液素与肠抑胃素）,(3) 小肠中的消化 小肠：最重要的消化、吸收器官 （见前述：小肠结构特点） 消化腺：胰脏、小肠腺、小肠绒毛上皮 消化液 胰脏和胰酶; 小肠腺（及小肠绒毛上皮）,A. 胰脏和胰酶 胰脏的功能； 胰液分泌的控制； 胰液中的酶及其功能 胰脏的功能 分泌消化液：胰液 胰管 十二指肠； 分泌激素：胰岛（内分泌腺）（详见第12章）, 胰液分泌的控制 激素调控； 肠促胰液肽 小肠粘膜细胞分泌 酸性食物（胃酸，盐酸） 刺激 小肠粘膜细胞 肠促胰液肽 血液 胰脏 促进胰液分泌, 胰液中的酶及其功能 消化：淀粉（糖）、脂肪、蛋白质、核酸 胰淀粉酶； 胰蛋白酶原、胰糜蛋白酶原； 羧基肽酶、氨基肽酶； 脂酶； 核酸酶 胰淀粉酶 淀粉、糖原 双糖（麦芽糖）； 比唾液淀粉酶重要得多，Why？,胰蛋白酶原、胰糜蛋白酶原（无活性） 肠激酶（小肠分泌）的激活作用 胰蛋白酶原 胰蛋白酶（有活性） 胰糜蛋白酶原 胰糜蛋白酶（有活性） 内切酶 P132 图5 - 25 胰蛋白酶 赖AA 、精AA 胰糜蛋白酶 酪、亮、苯丙AA等,羧基肽酶、氨基肽酶 P132 图5 - 25 （肽链）外切酶 能分别从肽链两端（羧基端、氨基端） 顺序将AAs逐个地切（分解）下来 什么是内切酶和外切酶？ 两者作用有和不同？,脂酶 作用：消化脂肪 需要胆汁帮助 胆汁成分 胆固醇：排泄作用！ 胆色素：红细胞分解产物，排泄作用！ 胆盐：极性分子（见下）,胆盐的乳化作用 胆盐分子 极性分子 亲脂端 固醇类化合物； 与脂肪小滴结合 亲水端 羟基； 外露，分隔脂肪小滴 乳化作用 脂肪（不溶于水） 脂肪小滴 乳浊液, 脂肪的消化 乳化的脂肪 消化（脂酶的作用）； 脂肪 脂肪酸 + 二酸甘油脂； 脂肪酸 + 一酸甘油脂； 脂肪酸 + 甘油 脂肪酸：极性分子，进一步乳化脂肪 脂肪的吸收 包括甘油、脂肪酸、一酸甘油脂、二酸甘油脂 直接被肠上皮细胞吸收 胞饮作用； 脂肪的去向：肠上皮细胞内 合成脂肪 毛细血管、毛细淋巴管（乳糜管）, 核酸酶 核酸内切酶， 核酸外切酶； DAN、RNA 核苷酸,B. 小肠腺（及小肠绒毛上皮） 分泌： 肠激（活）酶； 分解蛋白质、淀粉及双糖的酶； 无分解脂肪的酶（胰液含脂酶） 肠激（活）酶（见前述） 激活胰蛋白酶原、胰糜蛋白酶原 分解蛋白质的酶 P132 图5 - 25； P134 图5 - 26 羧基肽酶、氨基肽酶：外切酶 二肽酶：专一性、多种 AAs的吸收：主动运输, 分解淀粉、双糖的酶 淀粉酶：淀粉、糖原 双糖（麦芽糖） 蔗糖酶：蔗糖 葡萄糖 + 果糖 乳糖酶：乳糖 萄糖糖 + 半乳糖 麦芽糖酶：麦芽糖 葡萄糖 至此，糖、脂肪、蛋白质充分消化 食物在消化道中的化学消化 P133，表5 - 4,3. 食物的吸收 (1) 口、咽、食道：无吸收能力（广告） (2) 胃：少量水分、酒精（微不足道） (3) 小肠 小肠结构和功能特点 见前述； 小肠吸收的物质 食物消化后的产物； 消化液（6-7升/天）中所含物质 否则： 物质、能量极大浪费； 严重影响内稳态 危及生命, 吸收方式 被动运输 扩散、渗透 水、部分无机盐、大部分维生素 小肠绒毛上皮细胞 毛细血管； 主动运输 耗能 ! 部分无机盐、少部分维生素； 单糖，AAs， 脂肪酸，甘油，乳化的一酸、二酸甘油脂及脂肪 运输途径 直接进入血液循环； 进入淋巴系统 胸导管 心脏 血循环,(4) 大肠的吸收作用 （见前述） 水； 无机盐（主要是钠盐）； 某些维生素,4. 肝脏 最大腺体、最重要的器官 功能：(1) 分泌胆汁； (2) 调节体液； (3) 合成物质； (4) 排泄； (5) 造血（胚胎时期）； (6) 贮存； (7) 解毒； (8) 吞噬,(1) 分泌胆汁 胆汁的作用（见前述） (2) 调节体液 A. 肝脏血液循环特点; B. 肝脏对糖类代谢的调节; C. 肝脏对脂类代谢的调节; D. 肝脏对AA代谢的调节； E. 肝脏对胆固醇的调节；,A. 肝脏血液循环特点 肝门脉系统 P135 图5 - 27 结构：动脉 消化道 1st 毛细血管网 静脉 肝门脉 肝脏 2nd 毛细血管网 肝静脉 大静脉 心脏 结构特点：2 个毛细血管网； 功能特点：2 个毛细血管网的作用不同 第1个：吸收已消化的物质； 第2个：物质交换 调节