从一道高考试题看反馈调节的核心概念“反馈调节”(2校)

1从一道高考试题看反馈调节的核心概念“反馈调节”钟琪洪秀娟（安徽省淮南第二中学232038）摘要：结合实例从生命系统不同层次对“反馈调节”核心概念进行了分析。关键词：核心概念反馈调节分析核心概念是学生将学科的事实和现象忘记之后，仍然留在记忆中并能应用的概念性知识，是位于学科中心的知识，包括了重要概念、原理、理论等的基本理解和解释，这些内容能够展现当代学科图景，是学科知识的主干部分[1]。学生科学思维能力的发展需要以理解重要科学概念作为基础，因此以核心概念为代表的科学知识在课堂教学中应该处于非常重要的地位。2013年安徽省理综生物学科试题一个重要特点就是注重考查学生对生物学核心概念的理解和运用，这可能是今后生物学科高考命题的趋势，更为今后的课堂教学指明了重要方向。其中，第2题原题：细胞代谢受酶的调节和控制。下列叙述正确的是（B）A.激素都是通过影响细胞内酶活性来调节细胞代谢B.代谢的终产物可反馈调节相关酶活性，进而调节代谢速度C.同一个体各种体细胞酶的种类相同、数量不同，代谢不同D.对于一个细胞来说，酶的总类和数量不会发生变化此题中的B选项看似考察酶活性，实则以酶的知识为基础考查学生对反馈调节核心概念的理解，是一种对学生思维理解能力较高层次的考查。本文结合实例从不同层次对核心概念“反馈调节”进行了分析如下。1反馈调节是重要的核心概念生命是一个开放的系统，需要不断地与它所处的外部环境进行交流，通过信息的传递和反馈调节，这个系统维持着自身的稳态。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，这种调节方式叫做反馈调节。它包括负反馈和正反馈，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；正反馈加速系统最初所发生的变化，使系统向着更好或更坏的方向发展，即人们常说的良性循环和恶性循环。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。2生命系统不同层次的反馈调节2.1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的调节。生物体内的代谢调节机制随着生物的进化而发展，而最原始也是最基本的代谢调节，则是酶活性和酶含量的调节。2.1.1酶活性调节在生物代谢过程中，许多代谢途径的产物对反应中的某一步关键反应表现出调控作用，这种作用属于反馈调节。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，从而减缓了ATP的产生，维持了ATP含量的稳定并避免了能量的浪费。反之，当ATP含量降到一定程度，ADP浓度上升时，ADP就激活了磷酸果糖激酶的活性，刺1,6—二磷酸果糖磷酸果糖激酶6—磷酸果糖葡萄糖丙酮酸电子传递链和化学渗透Krebs循环ATP抑制图12激了更多的ATP的合成（图1）。2.1.2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。例如，在胆固醇的生物合成中，β－羟－β－甲基戊二酰辅酶A（HMG—CoA）还原酶是关键酶，它受胆固醇的反馈阻遏。当胆固醇过量时，HMG—CoA还原酶的mRNA量降低，因此产生的酶也减少。胆固醇的缺乏将增强还原酶的mRNA的合成[2]。细胞内酶的调节是一种快速、精细的反馈调节方式。通过对代谢的调节，细胞内一般不会积累大量的代谢产物,使代谢过程处于相对稳定的状态。2.2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。个体水平的调节在高中生物教材中实例较多。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。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，一方面促进糖元的合成和贮藏，以及各种组织对血糖的利用；另一方面抑制肝糖元的分解与异生，结果是血糖浓度下降。但是胰岛素并不是无限度的分泌，血糖浓度也不是无限度地下降。当血糖降到一定水平时，就通过负反馈作用而制止胰岛素的分泌，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。3.3生态系统中的反馈调节生态系统普遍存在着反馈现象。种群数量的变化——“S”曲线中，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，这种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。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，反过来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一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，反过来不是抑制而是加速最初发生变化的成分所发生的变化，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。主要参考文献[1]张颖之，刘恩山.核心概念在理科教学中的低位和作用[J].教育学报，2010,6(1):57-61[2]王镜岩.生物化学（下册）[M].北京：高等教育出版社，2002:288-292作者简介：钟琪（1981-），安徽省淮南第二中学，男，教育硕士，中教一级，[e-mail]13855491065洪秀娟（1980-）安徽省淮南第二中学，女，大学本科，中教一级，[e-mail]13966473181