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生命系统中的“反馈调节”有哪些?     

生命系统中的“反馈调节”有哪些?

来源:《高中生物疑点通》

 

生命系统的层次性表现在多个方面,从细胞到生物圈每一层次都可以成为独立的生命系统,都发生着与环境的交流,都存在着稳态,都存在着反馈调节。在一个系统中系统本身的工作效果,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。反馈调节可分为负反馈调节和正反馈调节。负反馈能使最初发生的那种变化向相反的方向发展,使系统达到和保持相对稳定(图1),正反馈加速系统最初所发生的变化使系统向着偏离最初状态的方向发展,即人们常说的良性循环和恶性循环。

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1. 细胞内的反馈调节

生物体内的各种代谢变化都由酶驱动,细胞代谢主要受到酶活性和酶含量的调节。由于许多催化生物代谢的酶或酶系都具有变构酶的特性,在反馈调节中,很多产物都可以起变构剂的作用,从而改变酶活性。例如,在呼吸作用过程中,当细胞有了足够量的ATP后,磷酸果糖激酶的活性会被抑制,导致关键反应停止,从而减缓ATP的产生,维持ATP含量的稳定并避免能量的浪费。反之,当ATP含量降到一定程度,ADP浓度上升时,ADP就激活磷酸果糖激酶的活性,刺激更多的ATP合成(图2)。

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酶含量调节代谢反应的终产物不但可通过变构调节直接抑制酶体系中的关键酶,有时还可阻遏这些酶的合成。

动作电位形成时的正反馈(图3):按照离子学说,局部反应和动作电位都是钠离子内流的结果。但在局部反应期间,膜的通透性还没有剧烈变化,钠离子内流还很有限,不足以引起动作电位。随着携带正电荷的钠离子的流动,使膜进一步去极化,越来越多的钠离子通道开放,从而导致越来越多的钠离子内流(正反馈)。当刺激强度增强到阈电位水平时,膜对钠离子的通透性突然显著增大(约为钾离子通透性的600倍),钠离子迅速大量内流,进步促使膜去极化,而膜去极化又使剩余的大量钠离子通道相继开放,钠离子内流进一步增高(正反馈)。当达到钠离子平衡电位(膜内为正,膜外为负)时,形成动作电位的上升支。

2. 个体水平的反馈调节

个体水平的稳态与神经调节、体液调节等息息相关,该水平的反馈调节在教材中实例较多。例如,通过反馈调节作用,使血糖浓度维持在正常的相对稳定的水平(图4)。

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当血糖浓度升高时,通过对胰岛B细胞的刺激使其产生胰岛素,胰岛素通过血流作用于肝脏和其他各种组织,一方面促进糖原的合成和贮藏,以及各种组织对血糖的利用,另一方面抑制肝糖原的分解,使血糖浓度下降。但是,胰岛素并不是无限度分泌的,血糖浓度也不是无限度下降的。当血糖降到一定水平时,将通过负反馈作用抑制胰岛素的分泌,从而使血糖浓度相对恒定。除此以外,水盐平衡的调节、体温调节、甲状腺激素分泌的调节以及排尿反射、分娩等都与反馈调节密不可分。个体水平的反馈调节与细胞内分子水平的反馈调节紧密相连,如激素的调节最终依赖于改变细胞内酶的种类、数量和活性而完成。

正反馈在反射活动中也有表现(图5)。

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例如,排尿反射,当膀胱排尿时,尿液刺激膀胱壁和尿道内的感受装置,冲动信息经传入神经传向中枢,通过中枢和传出神经的活动,膀胱通过尿肌收缩加强使尿液排出加强,传入刺激也随之加强(正反馈联系),最终导致排尿过程越来越强烈,直到尿液排完为止。在这个过程中每一个反射活动都是连锁反射,当一个刺激发动一个反射后,反射的效应又成为新的刺激,引起继发性反射活动,这个继发性反射对维持和纠正反射活动的进行有着重要的作用。

3. 生态系统中的反馈调节

生态系统普遍存在着反馈调节现象。在种群数量的变化——¨S”型增长,种群增长率与种群自身密度之间存在着反馈机制,种群密度越高,反馈对种群增长率的抑制作用就越大,当种群增长率为零时,种群达到了一个稳定的平衡状态(图6)。

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当生态系统中某一成分发生变化的时候,它必然会引起其他成分出现一系列的相应变化,这些变化最终又反过来影响最初发生变化的那种成分。如图7所示,如果草原上的食草动物因为迁入而增加,植物就会因为受到过度啃食而减少,植物数量减少以后,就会抑制动物的数量。这是一个负反馈调节过程,它的作用是能够使生态系统达到和保持平衡状态或稳态,反馈的结果是抑制和减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化。如果一个湖泊受到了污染,鱼类的数量就会因为死亡而减少,鱼体死亡腐烂后又会进步加重污染并引起更多鱼类死亡。这是一个正反馈调节过程,它的作用刚好与负反馈相反,即生态系统中某一成分的变化所引起的其他一系列的变化,其作用不是抑制而是加速最初发生变化的成分的变化。因此,正反馈的作用常常使生态系统远离平衡状态或稳态。结果由于正反馈的作用,污染会越来越重,鱼类的死亡速度也会越来越快。通过反馈调节,尤其是负反馈调节,无论是在细胞水平还是群体水平,能够使生命系统达到和保持平衡或稳定,只有生命系统处于相对稳定的状态,生命才能延续。而正反馈的存在对系统的发展演化有着不可替代的作用。


小甘老师音频

音频来源:https://www.ximalaya.com/youshengshu/36023392/


 

 

 

 1  已被阅读了439次  楼主 2020-05-05 09:07:05
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li19821228
2F
li19821228Lv0 
注射胰岛素导致体内胰岛素分泌减少不是反馈调节的原因?体内甲状腺激素少时,促进下丘脑和垂体分泌相关激素这句话对吗?


 0   2020-05-21 06:54:38  回复

回复:生命系统中的“反馈调节”有哪些?

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