IB Biology HL 动物生理学（HL 拓展）— 完整学习指南

适用对象：备考 IB Biology HL 的中国学生。

本章覆盖：IB Topic 11（仅 HL）— 抗体生成与免疫应答、肾脏功能与渗透调节、月经周期激素、肌肉收缩（滑动丝模型）。

关于练习题的说明：下文练习题均为我们按 IB Biology HL 风格原创的教学题。

1. 为什么 HL 动物生理学重要

Topic 11（仅 HL）扩展 SL Topic 6（人体生理）加机制：免疫细胞如何造抗体、肾脏如何过滤再吸收、激素如何控制生殖、肌肉收缩的分子机理。占 HL Paper 1+2 的 8-12%。

2. 抗体生成与免疫

病原体（细菌、病毒、真菌）携抗原 — 免疫系统识别的分子。

特异性免疫两臂：

体液免疫（抗体介导）：

1. 巨噬细胞吞病原 → MHC II 上展示抗原。
2. 受体匹配的辅助 T 细胞结合 → 激活。
3. 辅助 T 激活有匹配 B 细胞受体的 B 细胞。
4. B 细胞增殖 → 多数分化为产生抗体的浆细胞；部分成记忆 B 细胞应付未来感染。

细胞免疫：细胞毒性 T 细胞杀死表面 MHC I 呈递抗原的感染细胞。

疫苗 = 引入弱化/灭活抗原 → 产生记忆细胞 → 未来暴露快速二次响应（更快、抗体滴度更高）。

单克隆抗体：源自单个 B 细胞克隆 → 全相同、高度特异。用于妊娠测试、肿瘤治疗。

3. 肾脏功能与渗透调节

肾单位是功能单位。每肾约 100 万个。

阶段：

1. 超滤（Bowman 囊）：血压把小分子从肾小球毛细血管挤入囊。细胞与血浆蛋白留在血。
2. 选择性重吸收（近曲小管）：葡萄糖、氨基酸、盐、~70% 水主动重吸入小管周毛细血管。
3. Henle 袢：逆流倍增。下行支可透水（水离开）；上行支泵出 Na⁺/Cl⁻（水不能跟）。在髓质形成盐梯度。
4. 远曲小管：精调 Na⁺、K⁺、水重吸收（激素调节）。
5. 集合管：终末水重吸收，依 ADH（抗利尿激素）。

渗透调节：

• 高血渗透压（脱水）→ 下丘脑 → 后垂体释 ADH → 集合管壁透水增 → 多重吸水 → 浓缩尿。
• 低渗透压 → 少 ADH → 稀尿。

尿崩症 = ADH 缺乏 → 大量稀尿。

4. 性激素

月经周期（~28 天），4 种激素交互：

• FSH（卵泡刺激素）：来自垂体。刺激卵巢卵泡生长。
• LH（黄体生成素）：来自垂体。触发排卵；把破卵泡转为黄体。
• 雌激素：来自卵泡。建子宫内膜。
• 孕酮：来自黄体。维持子宫内膜。

阶段：

1. 卵泡期（1-13 天）：FSH ↑ → 卵泡长 → 雌激素 ↑。
2. 排卵（约第 14 天）：高雌激素 → LH 高峰 → 排卵。
3. 黄体期（15-28 天）：黄体造孕酮 → 维持内膜。
4. 月经（下周期 1-5 天）：若无着床，黄体退化 → 孕酮降 → 内膜脱落。

若怀孕：胚胎产 hCG 维持黄体 → 孕酮维持 → 不来月经。

IVF（体外受精）：激素诱导多卵泡发育 → 取卵 → 实验室受精 → 胚胎植入。

5. 肌肉收缩 — 滑动丝模型

骨骼肌横纹，由 Z 盘间的肌节构成。肌节构件：

• 粗丝（肌球蛋白）：中央。头部伸出。
• 细丝（肌动蛋白）：连 Z 盘。原肌球蛋白与肌钙蛋白调节肌球蛋白结合位点。

收缩循环（每转使肌节略缩短）：

1. 钙释放：Ca²⁺ 从肌浆网释 → 结合肌钙蛋白 → 原肌球蛋白移位 → 露出肌动蛋白上的肌球蛋白结合位点。
2. 横桥形成：肌球蛋白头结合肌动蛋白。
3. 力冲程：肌球蛋白头转动，把肌动蛋白拉向肌节中心。释放 ADP + Pi。
4. 解离：ATP 结合肌球蛋白 → 头释放肌动蛋白。
5. 重置：ATP 水解 → 肌球蛋白头回到高能位，准备下一循环。

运动神经元停止激发时，Ca²⁺ 泵回 SR → 原肌球蛋白重盖结合位点 → 肌肉舒张。

ATP 需求：收缩（横桥循环）、舒张（Ca²⁺ 泵）、维持膜电位。ATP 用尽 → 横桥卡住 → 抽筋。

6. 例题精讲

I 型糖尿病患者注射胰岛素。

(a) 解释胰岛素如何在细胞水平降血糖。 (b) 比较 I 型与 II 型糖尿病。 (c) I 型糖尿病为什么必须注射而不能口服胰岛素？

解答。

(a) 胰岛素（肽激素，~51 氨基酸）结合肝、肌、脂肪细胞膜上的胰岛素受体。受体激活触发 GLUT4 葡萄糖转运体从胞内囊泡移到质膜。GLUT4 易化葡萄糖从血进入细胞。肝也把葡萄糖以糖原储存。净效应：血糖下降。

(b) I 型：自身免疫破坏胰岛 β 细胞 → 不产生胰岛素。治疗：胰岛素替代。多儿童期发病。 II 型：胰岛素抵抗 — 细胞对胰岛素响应差。β 细胞先代偿增产，最终衰退。治疗：生活方式、口服降糖药、有时胰岛素。多成年期，与肥胖相关。

(c) 胰岛素是肽；口服会被胃蛋白酶消化（拆成氨基酸，失功能）。注射绕过消化道。

7. 易错点

• B 细胞 vs T 细胞角色：B 造抗体（体液）；T 帮（辅助 T）或杀（细胞毒性 T）。别混。
• ADH 不是胰岛素：ADH 调节水重吸收；胰岛素调血糖。不同腺体、不同靶。
• 滑动丝 — 丝不变长：肌动蛋白与肌球蛋白彼此滑过。肌节缩短但单个丝不缩。
• LH 与 FSH 来源：都来自前垂体，不是卵巢。

8. 练习题

1. 肾损伤为何有时需透析？透析复制了肾单位的哪些功能？
2. 怀孕女性在妊娠 3 周与 12 周时各自移除黄体，激素变化如何？
3. 在分子水平解释为何死后僵硬（rigor mortis）发生。

9. 速查表

• B 细胞 → 抗体（体液）。细胞毒性 T → 杀感染细胞（细胞免疫）。
• 疫苗 → 记忆细胞 → 二次响应更快。
• 肾单位：超滤 → 选择性重吸收 → Henle 袢（逆流）→ DCT → 集合管（ADH 调）。
• 月经周期：FSH → 卵泡/雌激素 → LH 高峰 → 排卵 → 黄体 → 孕酮。
• 肌肉：ATP + Ca²⁺ → 横桥循环 → 肌节缩短。

10. 下一步

动物生理是 HL 最后扩展 topic。连接 Topic 6（SL 人体生理） 消化/呼吸/循环 与 Topic 8（代谢） 肌肉 ATP 需求。具体生理题可问小欧。