【生物】激素调节的过程第1课时教学设计 2023-2024学年高二上学期生物人教版选择性必修1.docx

第2节 激素调节的过程第1课时 血糖平衡的调节教学设计案例教材分析10学科网（北京）股份有限公司目标素养1. 通过探讨马拉松运动员比赛过程中糖类的消耗和能量供应，明确血糖的来源与去路，并能够用示意图表示。2. 通过学习血糖平衡的调节过程，能够阐述机体如何通过胰岛素和胰高血糖素的作用维持血糖平衡，并能从系统的稳态和反馈调节角度阐明意义。重点难点重点1.理解血糖的来源与去路，并能够用示意图表示。2.阐述机体如何通过胰岛素和胰高血糖素的作用维持血糖平衡。难点1.血糖平衡的调节过程2.血糖平衡调节中的反馈调节。【教学设计】教学准备教师准备1.制作课件。2.调查血糖调节异常引起的疾病，收集整理症状、病因、治疗方案资料。学生准备1.调查亲友中糖尿病患者的饮食、用药等情况。2.预习血糖平衡的调节过程。导入新课导入一：问题探讨导入马拉松比赛是赛程超过 40 km、历时 2 h 以上的极限运动，运动员每小时消耗 300 g糖类。血糖可以补充肌肉因运动而消耗的糖类。正常人的血糖含量为 3.96.1 mmol/L，全身的血量大约为 5 L。1.请计算：仅靠血液中的葡萄糖，运动员能跑多长时间？（1 mmol 葡萄糖的质量是 180 mg）提示：正常人血液中葡萄糖为3.515.49 g，能让运动员跑0.71.1 min。2.长跑过程中大量消耗葡萄糖，会导致血糖含量下降吗？为什么？提示：可能会略有下降，但不会持续下降，应该在正常范围内波动；运动过程中，因消耗血糖为运动提供能量，血糖含量有所下降，同时机体会随时分解储能物质转化成葡萄糖补充消耗，维持血糖的相对稳定。3.运动员比赛过程中如何保证血糖稳定和能量供应？导入二：实例引入我们很多同学都有过这样的体验：上午第三节课后突然有一种强烈的饥饿感，心慌、手抖，这是我们的血糖降低了。过了十几分钟，尽管没有进食，饥饿感却消失了，我们的血糖恢复正常了。如果因为消化系统疾病或者其他原因导致24h没有进食，我们的血糖水平还能正常吗？事实上，无论是在运动还是安静的状态下，人体的血糖浓度总是维持在一定的水平，血糖含量取决于血糖的来源和去向，人体内有各种可以使血糖含量增加或减少的途径。研究表明，血糖的调节主要依靠激素的作用。血糖有哪些来源？血糖有哪些去路？血糖调节的机制是怎样的？教学过程环节一：血糖的来源和去路【师生】过渡：糖类是主要的能源物质，食物中的糖类经过消化吸收进入血液，血糖就是血液中的糖，主要是葡萄糖。正常情况下，血糖的来源和去路保持动态平衡，使血糖浓度维持在一个相对稳定的水平。那么，血糖有哪些来源和去路呢？1.血糖的来源【教师】俗话说：人是铁，饭是钢，一顿不吃饿得慌，这句俗语说明食物的消化、吸收是血糖最主要的来源。【教师】用PPT演示资料1、2资料1：糖原分解时不能直接产生葡萄糖，而是葡萄糖6磷酸，葡萄糖6磷酸通过葡萄糖6磷酸酶才能转变为葡萄糖，进而释放进血液。而肌纤维中缺乏此酶。资料2：东北虎的食物中蛋白质和脂肪的含量很高，糖类比较少，但东北虎体内的葡萄糖浓度（4.8-6.9mmol/L）与人体相当。讨论：(1)糖原分解都能提高血糖吗？提示：肝糖原的分解可以使血糖升高。肌糖原分解产生的葡萄糖只能在肌肉细胞内参与代谢，不能升高血糖。(2)东北虎体内的葡萄糖可能由什么转化而来？提示：脂肪酸等非糖物质可以转化成葡萄糖。【学生】分析资料，说出血糖的来源：食物中糖类的消化吸收（血糖的主要来源）；肝糖原分解（空腹时血糖的重要来源）；脂肪酸等非糖物质转化。【教师】糖类是细胞的主要能源物质，血液中的葡萄糖被组织细胞摄取后经过细胞呼吸释放能量是血糖最主要的去路。血糖可以合成及转化成哪些物质？【教师】用PPT演示资料3资料3：肝脏是营养物质代谢的主要器官，据测定人在饭后，从肝门静脉流入肝脏的血液中葡萄糖含量为7.7 mmol/L，从肝门静脉流出肝的血液中葡萄糖含量约为6.1 mmol/L。【学生】分析资料3，推测血糖可以合成肝糖原。【教师】血糖可以在肝细胞内合成肝糖原，还可以在及细胞合成肌糖原，另外过多的血糖还可以在肝细胞、脂肪细胞转化为甘油三酯和某些氨基酸等。【学生】结合以上资料分析，通过思考血糖的功能、血糖可以合成及转化成哪些物质， 构建血糖的来源和去路模型。【教师】对学生构建的模型进行投屏和评价，并归纳总结：(1)食物中的糖类经消化、吸收进入血液，是血糖的主要来源；肝糖原分解成葡萄糖进入血液，是空腹时血糖的重要来源。(2)血糖平衡的调节过程：调节血糖的来源和去向，使其处于平衡状态。【设计意图】教师设置情境引导进行资料分析，结合学生已有的知识和生活经验，构建血糖的来源和去路的模型，为下一环节血糖平衡的调节奠定基础。环节二：血糖平衡的调节思路一1.血糖平衡调节的激素【教师】过渡：胰腺中有两种组织，一种是腺泡组织，分泌消化酶；一种是胰岛组织，分散在腺泡组织中，像小岛那样。人胰腺中分布着几十万个胰岛，但仅占胰腺总体积的1%。胰岛A细胞分泌胰高血糖素，胰岛B细胞分泌胰岛素。胰岛素和胰高血糖素在维持血糖平衡的过程中发挥重要作用。【教师】演示资料4-6，引导学生以血糖来源和去路的模型为基础构建血糖平衡的调节模型。资料4 胰岛素是由51个氨基酸形成的两条肽链所组成的蛋白质，是已知的唯一能降低血糖的激素。胰岛素能促进组织细胞加速摄取、储存和利用葡萄糖，抑制非糖物质转化成葡萄糖。资料5 胰高血糖素是由29个氨基酸脱水缩合形成的多肽，它与胰岛素的作用正好相反，即两者有拮抗作用。胰高血糖素可以促进肝糖原分解，使非糖物质转化为葡萄糖。资料6 除了胰高血糖素之外，肾上腺素、糖皮质激素等也具有升高血糖的作用。【学生】阅读资料，了解胰岛素和胰高血糖素的化学本质及生理作用，在血糖来源和去路的模型基础上构建血糖平衡的调节模型。小组间进行交流和评价。【教师】拓展1 胰岛素降血糖的机理当胰岛素结合在胰岛素受体的亚基上，会导致蛋白构象改变，进而激活亚基并实现自身磷酸化，完成活化。胰岛素受体活化后，陆续活化一系列激酶，形成阶梯状串联效应，实现转导信号的放大。参与这一过程有多种激酶、蛋白等，总的说来，涉及蛋白质、糖类、脂类代谢和生长调控的多条信号通路在胰岛素信号通路中，信息分子一方面触发富含葡萄糖转运蛋白4(Glut4)的小泡以胞吐的形式经由高尔基体向细胞表面转运，增加细胞表面的Glut4，调节肌细胞、脂肪细胞和肝细胞对葡萄糖的摄取；另一方面引发一系列酶的磷酸化，葡萄糖进入细胞后，可以继续进行氧化分解，合成糖原，合成脂肪等等，血糖的浓度得以下降。胰岛素通过调节细胞的代谢反应，起到了降血糖的作用。拓展2 胰高血糖素升血糖的机理胰高血糖素与受体结合后通过cAMP-PK系统，激活肝细胞的磷酸化酶，加速糖原分解。糖异生增强是因为激素加速氨基酸进入肝细胞，并激活糖异生过程有关的酶系。胰高血糖素还可激活脂肪酶，促进脂肪分解，同时又能加强脂肪酸氧化，使酮体生成增多。2.血糖平衡的反馈调节【教师】用PPT演示血糖平衡的主要过程示意图并进行讲解胰岛素的分泌决定于血糖浓度。血糖直接作用于胰岛以调节胰岛素的分泌。当血糖升高时，胰岛B细胞释放的胰岛素增加，胰岛素通过调节细胞代谢，促进细胞对血糖的利用，从而降低血糖浓度。血糖浓度降低，胰岛B细胞分泌的胰岛素减少，使血液中胰岛素浓度随之下降。血糖浓度下降时，这一信号直接作用于胰岛A细胞引起胰高血糖素分泌，使血糖升高。血糖升高作为信号又会反馈调节胰岛A细胞，使其减少分泌胰高血糖素。在血糖调节的过程中，胰岛素的作用结果会反过来影响胰岛素的分泌，胰高血糖素也是如此。像这样，在一个系统中，系统本身工作的效果，反过来又作为信息调节该系统的工作，这种调节方式叫作反馈调节。【学生】在血糖平衡的主要过程示意图中指出反馈调节的过程及结果，理解血糖平衡的负反馈调节机制。小组成员相互指导和评价。【教师】补充反馈调节的两种形式正反馈和负反馈(1)正反馈：使输出起到与输入相似的作用，使系统偏差不断增大，使系统振荡，可以放大控制作用。如：排尿反射(如下图中的虚线部分)。(2) 负反馈：使输出起到与输入相反的作用，使系统输出与系统目标的误差减小，系统趋于稳定。内环境稳态调节主要是负反馈，生态系统的稳态调节基础也是负反馈。3.自主神经调节胰岛的活动【教师】演示资料7，引导学生对血糖平衡调节的模型进行补充。资料7 胰岛受自主神经的直接支配，当自主神经的活动发生变化时，胰岛素和胰高血糖素的分泌也会发生相应变化，以快速适应机体代谢活动的需要。例如，当机体的体力活动或精神活动增强时，交感神经兴奋使胰高血糖素分泌增多，促进肝糖原分解使血糖升高。反之，当机体安静时，副交感神经兴奋水平提高，使胰岛素分泌增多，促进组织细胞摄取和利用葡萄糖。【学生】阅读资料，在血糖调节模型中添加自主神经对血糖调节的影响。【教师】对学有余力的班级进行拓展与血糖调节有关的激素除了教材中介绍的胰岛素和胰高血糖素外，还有肾上腺素、甲状腺素、糖皮质激素、生长激素等，这些激素相互协调、相互影响，共同完成对血糖水平的调节。其中，胰岛素是惟一能够降低血糖含量的激素，其他的激素则通过不同的代谢途径而使血糖含量升高。(1)肾上腺素肾上腺素的作用是促进肝糖原分解为葡萄糖、促进糖异生作用、抑制糖原的合成等，因此，它的作用效果是使血糖含量升高。(2)生长抑素生长抑素是由胰岛D细胞分泌的，它抑制胰岛素和胰高血糖素的分泌，同胰岛素的作用相反，因此可作为一个制动器以维持胰岛素分泌的速度与血糖含量相适应。(3)甲状腺激素甲状腺激素可促进小肠黏膜对葡萄糖的吸收，同时促进糖原分解及糖异生作用（升高血糖），它还可以促进糖的氧化分解（降低血糖）。在胰岛素存在的条件下，小剂量甲状腺激素促进糖原合成，大剂量则促进糖原分解，并同时增强肾上腺素、胰高血糖素、生长素等的升糖作用，因此，有升高血糖的趋势。(4)生长激素生长激素可以促进非糖物质转化为葡萄糖、抑制组织细胞对葡萄糖的利用等，因而具有抗胰岛素样作用，升高血糖水平。(5)糖皮质激素糖皮质激素主要通过它的抗胰岛素样作用（使胰岛素与其受体的结合受到抑制）抑制组织对葡萄糖的利用（但心脏和脑组织除外，这样在应激情况下可以保证心、脑组织对葡萄糖的需要），还促进糖异生作用及糖原的分解，结果使血糖含量升高。【设计意图】本环节主要完成对血糖平衡调节的建模，在此基础上拓展胰岛素、胰高血糖素的作用机制，帮助学生更好地理解它们的生理功能。补充参与血糖调节的其它激素及自主神经系统对胰岛的作用，帮助学生建立血糖平衡调节的较为完整的认识。思路二【教师】用PPT演示资料，指导学生说出胰岛素和胰高血糖素在调节血糖中的作用。资料4：对禁食24小时的小鼠（25g左右）腹腔注射2单位的胰岛素后小鼠会出现低血糖并发展为休克。遂将上述小鼠出现低血糖症状时，立即腹腔注射1mL50%的葡萄糖溶液，可以观察其症状得到缓解和消失。资料5：严重的低血糖会造成立即机体损伤以及暂时或持久的神经系统的损害，甚至可引起脑水肿和死亡。对血糖低于2.8mmoL/L的患者可以口服葡萄糖进行治疗，也可以皮下注射胰高血糖素进行治疗。【学生】结论：胰岛素具有降低血糖的作用；胰高血糖素具有升高血糖的作用。资料6 切除动物的整个胰腺，动物就会出现严重的高血糖和尿糖，并且在短时间内死亡。切除动物的大部分胰腺，动物仍可保持正常血糖，但在一段时间内给予过量葡萄糖，则可使动物出现高血糖，并伴随胰岛 B 细胞的损伤；切除大部分胰腺的同时，如果给予胰岛素和葡萄糖，则可避免高血糖的出现和胰岛 B 细胞的损伤。讨论：(1)切除整个胰腺的动物出现高血糖和尿糖，并且难以存活的原因是什么？(2)保留小部分胰腺的动物被给予过量葡萄糖会引起胰岛B细胞损伤并出现高血糖的原因是什么？【学生】阅读分析资料，进行讨论，解释现象。提示：(1)动物被切除整个胰腺后，胰岛素的降血糖作用消失，在各种升血糖激素的作用下会出现严重的高血糖，当血糖过高时，就会从肾脏排出而出现糖尿。此外，因为机体缺乏胰岛素，葡萄糖不能被组织细胞吸收、利用，而葡萄糖是组织细胞的主要供能物质，所以被切除胰腺的动物在短时间内就会因能源耗竭而死亡。(2)被切除大部分胰腺的动物，在各种调节机制作用下，保留的胰岛所分泌的胰岛素和胰高血糖素仍可维持正常的血糖水平，但是在给予过量葡萄糖的情况下，剩余的胰岛 B细胞活动过度而损伤，致使胰岛素分泌不足而引起高血糖。【教师】在血糖的来源和去路的模型基础上讲解血糖升高时血糖平衡的调节过程：血糖升高，胰岛素分泌增加，促进葡萄糖从血液进入细胞中在细胞中氧化分解供能，在肝细胞中转化为肝糖原，在骨骼肌细胞中转化为肌糖原，咋肝细胞和脂肪细胞中参与合成脂肪，同时抑制肝糖原分解和非糖物质转化为糖，进而降低血糖。【教师】布置学生活动：说出血糖降低时血糖平衡的调节过程。思考调节的结果对胰高血糖素素的分泌有什么作用。提示：血糖降低，胰高血糖素分泌增加，促进肝糖原分解成葡萄糖，非糖物质转化，释放到血液中。使血糖升高。【学生】完成血糖降低时升高血糖的调节过程，思考调节的结果对胰高血糖素素的分泌有什么作用。【教师】用PPT演示血糖平衡的反馈调节示意图反馈调节：在一个系统中，系统本身工作的效果，反过来又作为信息调节该系统的工作，这种调节方式叫作反馈调节。意义：是生命系统中非常普遍的调节机制，对于机体维持稳态具有重要意义。【教师】除了胰高血糖素之外，肾上腺素、糖皮质激素等也具有升高血糖的作用。糖皮质激素属于类固醇激素糖皮质激素因升高血糖效应而得名，它促进肝细胞将氨基酸转化为葡萄糖，与胰岛素有拮抗作用。【教师】补充：胰岛也受神经调节。血糖浓度升高除直接作用于胰岛外，也作用于胰岛组织中的神经末梢或血管内感受器，反射性地引起胰岛素的分泌。胰岛受交感神经和副交感神经双重支配。副交感神经促进胰岛素的分泌，交感神经抑制胰岛素的分泌。血糖平衡主要受胰岛素和胰高血糖素的调节，而胰岛素和胰高血糖素的分泌受神经系统激素与血糖浓度的多重调节。胰高血糖素还可以直接作用于胰岛B细胞促进胰岛素的分泌；而胰岛素也可以直接作用于胰岛A细胞，抑制胰高血糖素的分泌。(1)胰岛A细胞受到以下因素的调节：血糖浓度变化 下丘脑神经支配 胰岛素(2)胰岛B细胞受到以下因素的调节：血糖浓度变化 下丘脑神经支配 胰高血糖素【学生】小组合作，根据本环节学习的内容建构血糖调节的模型【设计意图】通过展示实验数据，分析胰岛素和胰高血糖素在血糖平衡调节中的作用，分析调节结果，引出反馈调节。教师补充拓展其他升糖激素的作用、神经调节对血糖调节的作用、胰岛素与胰高血糖素分泌之间的关系，引导学生建立血糖调节的模型，深化对血糖平衡机制的理解。环节三：血糖失衡的实例【教师】人体血糖的正常含量为空腹血糖浓度3.96.1mmol/L，维持正常的血糖浓度是保持内环境稳态的重要方面。1.低血糖空腹血糖浓度低于2.8mmol/L称为低血糖。脑细胞主要以葡萄糖作为供能物质，低血糖会引起头晕，严重时会失去知觉。(1)轻度低血糖：通常会有饥饿感，还会出现心慌、手颤、头昏眼花、虚弱无力、出冷汗、面色苍白、注意力难以集中等症状。(2)中度低血糖：除了具有上述症状外，还可能出现一些古怪的行为，比如喜怒无常、随地大小便、无理取闹、精神错乱等。(3)重度低血糖：昏迷、抽搐、肢体痉挛、小便失禁、心律失常、脑血管意外等，甚至危及生命。治疗：人体出现低血糖症状应及时补充葡萄糖等糖类。2.高血糖：空腹血糖浓度大于6.1mmol/L，餐后两小时血糖大于7.8mmol/L。【教师】尿糖是什么原因？一定是糖尿病吗？肾糖阈：肾小管能重吸收原尿中全部葡萄糖的临界血糖浓度（8.9-10.0mmol/L ）尿糖：当血糖超过了肾糖阈，部分血浆葡萄糖不能被重吸收，出现在尿液中。注：尿中含糖时未必都是糖尿病，如一次食糖过多或肾小管重吸收障碍时均可导致尿中含糖，但持续性的尿糖一般就是糖尿病。3.糖尿病(1)糖尿病的类型及发病原因：1型糖尿病的发病原因：胰岛B细胞受到破坏或免疫损伤导致的胰岛素绝对缺乏。2型糖尿病的发病原因：机体组织细胞对胰岛素敏感性降低(可能与细胞膜上胰岛素受体受损有关)。(2) 糖尿病的症状：“三多一少”(多尿、多饮、多食、体重减少)(3) 危害：往往引起多种并发症，如糖尿病酮症酸中毒、糖尿病肾病、糖尿病视网膜病变、糖尿病神经病变等。目标测评1. 机体内血糖浓度受多种激素共同调节。某实验小组探究了三种激素单独或联合作用调节血糖的效应，实验前血糖浓度为5.0mmol/L，血糖浓度随激素处理时间的变化如图。下列有关叙述正确的是（ ）A激素单独作用时，0.5h内升高血糖最快的激素是肾上腺素B3h时，三种激素联合作用升高血糖的效应大于各自效应的总和C肾上腺素和胰高血糖素对血糖的调节作用表现出相抗衡的关系D血糖浓度受肾上腺素、胰高血糖素和皮质醇调节，不受甲状腺激素调节2. 某研究小组探究胰岛素的分泌机制，进行了如下实验：实验一：从结扎狗的胰腺致胰腺萎缩、胰岛完好的胰腺中获取提取液，注入摘除胰腺而息糖尿病的狗身上，狗的血糖迅速下降。实验二；用低糖培养液培养胰岛A细胞获得滤液X，将甲组胰岛B细胞在含滤液X低糖培养液中培养，乙组胰岛B细胞在不含滤液X低糖培养液中培养，一段时间后检测，发现甲组培养液的胰岛素含量明显大于乙组。下列分析中错误的是（）A实验一可以证明胰岛素是由胰岛B细胞分泌的B给实验一中患糖尿病的狗注射胰岛素制剂可以缓解高血糖症状C实验二证明胰高血糖素能促进胰岛素的分泌D如果实验二中乙组胰岛B细胞在不含滤液X高糖培养液中培养，预测胰岛素含量会增加3. 血糖浓度升高时，机体启动三条调节途径：血糖直接作用于胰岛B细胞；血糖作用于下丘脑，通过兴奋迷走神经(参与内脏活动的调节)支配胰岛B细胞；兴奋的迷走神经促进相关胃肠激素释放，这些激素作用于胰岛B细胞。下列叙述错误的是()A和均增强了胰岛B细胞的分泌活动B和均体现了神经细胞与内分泌细胞间的信息交流C和调节胰岛素水平的方式均为体液调节D血糖平衡的调节存在负反馈调节机制答案与解析1.B【解析】据图分析，激素单独作用时，0.5 h 内升高血糖最快的激素是胰高血糖素， A错误；3h时，三种激素联合作用升高血糖的效应为12.8-5.0=7.8( mmol/L )，三种激素各自效应的总和为（6.9-5.0)+(5.7-5.0)+(5.2-5.0)=2.8( mmol/L )，前者明显大于后者， B正确；肾上腺素和胰高血糖素都能升高血糖，二者在调节血糖方面表现出协同作用， C错误；实验结果可证明血糖浓度受肾上腺素、胰高血糖素和皮质醇调节，但实验结果不能证明血糖浓度不受甲状腺激素调节， D错误。2.A【解析】实验一可以证明胰岛素是由胰岛细胞分泌的，但不能证明就是由胰岛B细胞分泌的，A错误；实验一中的糖尿病狗注射了胰腺中获取的提取液（含有胰岛素）后，血糖浓度迅速下降，说明该狗患糖尿病是因为胰岛素分泌不足，所以给该狗注射胰岛素制剂可以缓解高血糖症状，B正确；实验二中用低糖培养液培养胰岛A细胞获得滤液X，X中含有胰高血糖素，甲组胰岛素含量多于乙组，说明胰高血糖素可以促进胰岛素的分泌，C正确；高血糖可以刺激胰岛B细胞分泌胰岛素，所以实验二中乙组胰岛B细胞在不含滤液X高糖培养液中培养，预测胰岛素含量会增加，D正确。3.C【解析】是兴奋迷走神经释放的神经递质与胰岛B细胞上的受体结合支配胰岛B细胞，兴奋的迷走神经促进相关胃肠激素释放，也是通过神经递质与胃肠上的相应受体结合进行调节的，二者都体现了神经细胞与内分泌细胞间的信息交流，B正确；调节胰岛素水平的方式是体液调节，调节胰岛素水平的方式是神经体液调节，C错误；在血糖调节过程中，胰岛素的作用结果会使血糖水平下降到正常水平，此时血糖水平会反过来抑制胰岛素的进一步分泌，防止血糖过度下降；胰高血糖素也是如此，故在血糖调节过程中存在负反馈调节，D正确。11学科网（北京）股份有限公司