幾種常見激素調控作用的比較與分析

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激素屬于信號分子，從產生部位運輸?shù)桨屑毎?，會與靶膜上的特異性受體結合(受體也有可能存在于細胞內，如性激素可以跨膜進入細胞，它與受體的結合發(fā)生在細胞內)并將信息傳入細胞，進而引發(fā)細胞內一系列相應的連鎖變化，最后表達出對機體生命活動的調節(jié)作用。本文主要講述了抗利尿激素、胰島素、生長素和脫落酸的調控作用方式與簡要過程。

一、抗利尿激素的作用機理

抗利尿激素是由下丘腦神經(jīng)分泌細胞合成的激素，由垂體后葉釋放，學生們知道它的主要作用是提高腎小管和集合管對水的通透性，促進水的重吸收。學生們也知道重吸收水的方式是協(xié)助擴散，需要借助水通道蛋白；但并不知道兩者是如何建立聯(lián)系的。因此提供抗利尿激素作用原理的有關信息，能夠深化學生對激素生理效應的理解，對生物學現(xiàn)象產生縱橫整合的認知觀。復習時可以引導學生逆推：①協(xié)助擴散的運輸效率受到哪些因素影響? 學生可知是通道蛋白的數(shù)量限制了速率。②如要增加通道蛋白的數(shù)量，細胞需要發(fā)生什么行為? 學生知道蛋白質是基因表達的產物，增加產物的量則需要增強基因的表達強度。③水通道蛋白基因主要在哪些細胞表達? 只有這些細胞含有該基因嗎? 學生知道腎小管和集合管上皮細胞的細胞膜上分布有水通道蛋白，這是基因選擇性表達的結果，并不是它們特有的。④表達后的水通道蛋白如何運送到腎小管和集合管上皮細胞的細胞膜上安裝? 學生可知膜蛋白的運送依賴于囊泡。老師可繼續(xù)設問：⑤當抗利尿激素水平降低時，靶細胞上的水通道蛋白數(shù)量是否會發(fā)生改變? 可能存在的機制是怎樣的呢? 學生根據(jù)穩(wěn)態(tài)的維持可知，抗利尿激素缺乏時是不利于水分子的重吸收。由此可以逆推出靶細胞膜上的水通道蛋白應該減少。老師補充知識：水通道蛋白可在細胞膜的凹陷處集中，然后形成吞飲小泡進入細胞內[1]。經(jīng)過幾個問題串的引導，層層遞進，聯(lián)系了很多生物學知識點，從而理清了抗利尿激素的作用過程。

二、胰島素的作用機理

胰島素是含有兩條肽鏈的蛋白質類激素，由胰島B 細胞分泌。它是目前已知的人體內唯一能降低血糖的激素。復習胰島素降低血糖的內容時，可以設置一系列問題串幫助學生鞏固知識：①組織細胞如何吸收葡萄糖? 學生知道紅細胞通過協(xié)助擴散吸收葡萄糖，而小腸上皮細胞通過主動運輸吸收葡萄糖。說明葡萄糖進入組織細胞依賴轉運蛋白。②葡萄糖轉運蛋白(GLUT4)如何影響葡萄糖的吸收效率? 學生可知是轉運蛋白的數(shù)量飽和性限制了物質運輸效率，故能推知增加組織細胞膜上的葡萄糖轉運蛋白數(shù)量，即可加速組織細胞攝取葡萄糖。③如何增加細胞膜上的GLUT4 轉運蛋白? 學生可知需增強基因表達效果。老師繼續(xù)追問④基因表達的調控過程較慢，如何快速發(fā)揮作用? 學生會聯(lián)想到突觸內儲存大量囊泡，內含神經(jīng)遞質，推測組織細胞中也可能有類似情況。老師補充：當胰島素和組織細胞的特異性受體結合時，會激發(fā)一系列的信號轉導過程。比如觸發(fā)富含GLUT4 的囊泡移向細胞膜并發(fā)生膜融合，然后GLUT4 被安裝定位到細胞膜上，從而增強細胞對葡萄糖的通透性[2]。當血液中胰島素含量降低時，GLUT4 蛋白又可通過胞吞作用，由囊泡包裹從細胞膜返回進入細胞內。

三、生長素的對基因的活化作用

生長素是最早發(fā)現(xiàn)的促進植物生長的激素，它最明顯的作用是促進生長，但對莖、芽、根生長的促進作用因濃度而異。生長素與植物細胞膜上的受體結合后，可以調節(jié)多個基因的表達。一方面生長素通過間接誘導植物源蛋白，如擴展蛋白等的合成來促進生長[3]。另一方面，IAA 與受體結合能刺激細胞增加細胞壁的可塑性，最終促進細胞擴大。這里也可引導學生逆推：①植物細胞壁的伸縮性很差，其主要成分是多糖(纖維素)，而多糖在酸性條件下易水解，如何營造出酸性環(huán)境? 學生可能想到增加質膜外H+的濃度。②H+如何跨膜? 學生會聯(lián)想到溶酶體內部也是酸性環(huán)境，它依賴于膜上的質子泵，將H+主動轉運送入溶酶體。老師適當補充：IAA 與受體結合能刺激細胞內Ca2+的釋放，Ca2+能激活蛋白激酶，促進有關蛋白質的磷酸化，繼而提高ATP 酶活性把H+送到質膜之外，使細胞壁酸化，從而打斷細胞壁結構中對酸不穩(wěn)定的鍵。

四、脫落酸對氣孔關閉的促進作用

氣孔是由兩個保衛(wèi)細胞圍成的空腔，主要分布在植物葉片表皮。脫落酸(ABA)可調節(jié)氣孔的開放程度。老師預先提供信息：保衛(wèi)細胞的細胞壁厚度不均勻：靠近空腔的凹面，壁厚而彈性小，遠離空腔的外側細胞壁薄，相較易伸縮。此處設問：①請學生推測氣孔開張時，保衛(wèi)細胞的狀態(tài)? 學生可知氣孔張開時實際是因為薄的細胞壁部分能夠向外伸展，而壁厚的部分很少變形。氣孔閉合則是因為薄壁面收縮造成的。②根據(jù)所學知識推測什么情況會引起原生質體體積伸展? 學生可知是細胞滲透壓升高，細胞吸水時，原生質體體積增加，壓迫薄壁側向外伸展，氣孔開放。③ABA 調節(jié)氣孔關閉的可能原因是什么? 學生知曉ABA 是抗逆激素，在細胞失水時分泌增加，同時ABA 分泌可能引起保衛(wèi)細胞滲透壓降低，細胞失水體積變小，薄壁面收縮。④什么是滲透壓? 哪些因素會降低細胞內的滲透壓?學生知道滲透壓是溶質微粒對水的吸引力，溶質微粒越少，滲透壓越小，由此推測細胞內離子濃度下降。最后老師補充：ABA 與特異性受體結合后，會激活K+和Cl+的通道蛋白，促使這兩種離子外流，以此降低保衛(wèi)細胞的滲透壓[4]。

動植物激素的調控作用機理貫穿了物質運輸、信息傳遞和基因表達的綜合知識，可以引導學生發(fā)現(xiàn)生物學知識之間的邏輯關聯(lián)，幫助學生整合各種概念，內化形成生物學科體系，建立基本的科學觀，是很有價值的學習材料。