生物体内的信息传递.ppt

《生物体内的信息传递.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物体内的信息传递.ppt（97页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、生命科学导论,上海交通大学生命科学技术学院,第七讲 生物体内的信息传递,一、 信息传递是生命活动的重要内容,二、神经系统在信息传递中的作用,三、激素系统和细胞信息传递,四、神经、激素配合作用控制体内稳态,一、信息传递是生命活动的重要,内容,1、生命活动中充满着信息交流,生命活动的基本内涵是维持和,延续生命，包括：觅食、繁殖和躲,避危险等环节。,信息交流,生命活动的每个环节都充满着信 息的交流。 猎食者和猎物之间,雄性和雌性之间 同一种群个体之间,美洲猎豹 用撒尿 标记,自己的领地,雄松鸡向雌松鸡做求偶表演,蚜虫接受警戒信号后逃避危险,猎豹追赶狒狒,2、生物体内部的信息协调 每个生物体都是信息发

2、送源，又 是信息接受体。 信息的发送包括：,光、 形体动作、 声、 气味 等等,物理的 化学的,信息发送,信息接受,长鼻蝙蝠靠发送超声波, 折回后, 再接受, 来探路,章鱼显然看到了装在玻瓶中的虾,雄 蛾 的 触 角 可 以 “嗅” 到 十 一 公 里,外 雌 蛾 发 出 的 气 味,生物体不仅接受外界环境的信,息，用以调整内部的代谢, 动作与行 为，而且，生物体内部组织器官之 间，亦不断的发出和接受信息，以协 调整体的代谢状态生命活动。,这一讲的主要内容集中在,协调个体内部的生物信息传递过程。,人 体 各,大 系 统,泌 尿 系 统,消 化 系 统,呼 吸 系 统,循 环 系 统,人体协调内

3、部的生物信息过程 主要涉及两个系统：,神经系统 内分泌系统,协调内、外 主要协调内部,哺乳动物和其他较为低等的动 物亦有这两个系统,二、神经系统在信息传递中的,作用,1、神经系统协调生物体对外界的反应,（1）人体的一个简单的反应,膝跳反射。,膝 跳,反 射,示 意 图,膝跳反射实际上是两个神经细,胞分别联系着,感受器（肌梭）,效应器（横纹肌）。,感受器和效应器,（2）实际上，人的神经活动，都,会不同程度的受到脑的影响，所,以，在大多数情况下, 神经细胞之,间联系要比上述协调膝跳反射更,复杂一些。,三 种 神 经 元 之 间 的 联 系,（3）神经系统中担负神经传导的,基本结构和功能单位是神经细

4、胞，,即神经元(Neuron)。,另外，还有几种神经胶质细胞，,它们不担负神经传导任务，主要是起 着帮助和支持神经元的作用。,神经元,神经系统,神经胶质细胞,2、神经元的结构,神经元的细胞,结构很特别，由以下几部分组成： （1）细胞体：含有细胞核的膨大部 分，还含有高尔基体、线粒体、尼氏体 等。 细胞体的表面膜有接受刺激功能。,神 经 元 的 结 构,（2）树突：短分支的突起。树突的,功能是接受刺激，传入刺激。,（3）轴突：每个神经元，一般只有,一条轴突,。,轴突可以伸得很长。所以，人的神经,元可长达 1 m，鲸的神经元可长达 10 m。,轴突外面常包着充满磷脂的髓鞘。轴,突的主要功能是传出神

5、经冲动。,树突 短而分支 无髓鞘 接受和传入刺激,轴突 长/末端有分支 有髓鞘 传出神经冲动,（4）突触：轴突的末梢有若干分,支，每个分支的末端膨大形成小球状， 这是神经元传出神经冲动的终端; 通 常，在小球后面，紧紧靠着另一个神经 元的树突或细胞体，或紧紧靠着一个效 应细胞（例如肌肉细胞或腺细胞）的细 胞膜。,突 触 是 神 经 细 胞 和 接 受 神,经 信 号 的 细 胞 之 间 的 连 接 处,3、神经冲动的产生和传导,（1）静息电位,神经元在静息状态时，即未接受,刺激，未发生神经冲动时，细胞膜内 积聚负电荷，细胞膜外积聚着正电 荷，膜内外存在着70 mV 电位差。,静 息 电 位,造

6、成静息电位的原因很多。其中一 个主要原因是细胞膜上存在 Na+,K+ ATP 泵，这是一个具有 ATP 水解酶活性 的蛋白质，每水解一个 ATP 分子，可将 3 个 Na+ 泵向膜外，同时将 2 个 K+ 泵向 膜内。,Na+, K+ ATP 泵 工 作 原 理 图,（2）动作电位,当神经细胞受到刺激时，细胞膜,的透性急剧变化，大量正离子（主要 是 Na+）由膜外流向膜内，使膜两侧 电位从 70 mV , 一下子跳到,+35mV，这就是动作电位。动作电位 的产生，意味神经冲动的产生。,动 作 电 位 坐 标 图,动作电位的产生与传播具有以下特,点：,“全或无”：刺激强度不够，不产生 动作电位，

7、刺激达到或超过有效强度 （阈值），动作电位恒定为 +35 mV。,快速产生与传播：动作电位的产生,很快，大约仅需 1 ms 时间。,动作电位一经产生，很快从刺激点 向两侧传播，传播速度可达 100 m/S。,动 作 电 位 的 传 播,不应期：,产生动作电位需 再加上恢复到原来静息电位状态,1 ms 35ms,所以在一个刺激作用后， 直至恢复到静息电位状态，总共 46ms 这段时间内，神经细胞对新的刺激无反应，称 为不应期。,（3）神经冲动在突触的传导,神经冲动沿着轴突, 基本上都是按,照引起邻段发生动作电位方式向远端传,播，到了突触的地方，如何跨越两层细,胞膜之间的空隙，传向后一个细胞?,跨

8、越细胞间隙传导神经冲动的 两种方式：,电突触,化学突触,间隙 传导 逆向,2 nm 电位 可以,20 nm 神经递质 不可以,仍以引起后面的细胞产生动作电,位方式，使神经冲动传播下去，这种 情况下的突触称为电突触。电突触的 前后两层细胞膜之间间隙甚小，不足 2nm。,电突触常见于低等动物如：蚯蚓、,虾、海参等。,神经元在突触处释放化学物质，,称为神经递质。突触后细胞的细胞膜 上有特殊受体，与神经递质特异结合 而使神经冲动的信号传播下去。这种 情况下的突触称为化学突触。,突 触,是 神 经 细 胞 和 接 受 神 经,信 号 的 细 胞 之 间 的 连 接 处,化学突触的前后两层细胞膜之,间间隙

9、较大，约 20 nm。,化学突触常见于高等动物，如：,脊椎动物，人体。,（4）神经递质及其效应,1921 年德国科学家通过一个巧妙,的实验第一次证实神经递质的存在。 又经过 12年，到 1933 年由英国科学,家Henry H. Dale 证实，这个化学物质,是乙胆碱。两人因此项工作获 1936年 诺贝尔医学生理学奖。,证 明 存 在 神 经 递 质 的 实 验,第一个蛙心脏的迷走神经产物,使第二个蛙心脏搏动减弱,迄今已发现的神经递质已有十几,种，大多数是一些有机小分子。还发,现一些小肽类物质，作用于神经细,胞，调节神经细胞对神经递质的感受,性，称为神经调节物。,神经调节物 neuromodu

10、lates 内啡肽 类啡肽 等等,神经递质 neurotransmitters 乙酰胆碱 正肾上腺素 氨基丁酸 5羟色胺,神经递质由突触前细胞释放，通,过受体作用于突触后细胞，引起突触,后细胞的反应。,若 突 触 后 细 胞 是 神 经 细 胞,神 经 递 质 与 受 体 结 合 可 改 变 电 位,神经递质受体 直接/间接打开离子,通道,改变膜电位,神经递质+受体 产生第二信使,改变,胞内代谢 引起收缩 排放等,突 触 后 细 胞 是 肌 细 胞 或 腺 细 胞,同 一 神 经 递 质 可 引 起 不 同 反 应,（5）一个神经元就是一个整合器,随时接受成百上千个信息，,进行加工，,作出决定

11、：兴奋/抑制。,随时输出大量信息至不同细胞。,中枢神经系统(脑 脊髓)在信,息加工中起关键作用。,人体神经细胞体 90 在脑/脊髓中 10 在外周神经节,三、激素系统和细胞信息传递,1、内分泌，旁分泌和自分泌,激素系统的主要功能是保持生,物体个体内部的协调运作。,激素系统原来一直称为内分泌系,统。人有各种内分泌系腺，“激素是 由内分泌腺分泌的有机分子，由血循 环带至身体各部分，作用于特定的靶 细胞，只需很低浓度即可引起靶细胞 给出独特的反应”。,松果腺 下丘脑,脑下垂体,甲状腺,肾上腺（髓 质、皮质）,胰腺,（兰氏小岛）,（卵巢）,睾丸,甲状旁腺 胸腺,生 长 激 素 异 常,巨 人 和 侏

12、儒,生 长 激 素 异 常,肢 端 肥 大 症,埃及金字塔 上的浮雕显 示，公元前 1379 1362 年统治埃及 的法老可能 患有肢端肥 大症。,激素特征：,来源由内分泌腺分泌,传播无特定管道，随血流传布,作用特定靶细胞,效应低浓度、强效应,后来发现，不仅专门的内分泌,腺，人体许多细胞都有分泌激素的功 能。例如，哺乳类的几乎所有细胞都 能分泌前列腺素，前列腺素能引起平 滑肌收缩，血小板聚集，炎症反应等 多种生理效应。,前体 阿司匹灵 前列腺素,炎症,发热 疼痛,还有一些细胞分泌激素，可作用,于自身。这样，从分泌细胞调节目标 的角度来看，不仅有内分泌，还有旁 分泌和自分泌。这些细胞调节物统称

13、为激素。,内分泌,旁分泌,2、激素-两类信号分子,激素在体内的生理作用，主要是,调节细胞的代谢和行为。激素在浓度 很低的情况下，就能起很强的调节作 用，使靶细胞发生明显的变化。所 以，通常把激素称为信号分子。有时 候，神经递质也被称为信号分子。,血流中一般 激素的浓度 10-8 M,突触间隙 乙酰胆碱 5 10-4 M,按分子性质可以把激素分为两大类：,脂溶性激素 性激素 (固醇类),肾上腺皮质激素 甲状腺素,水溶性激素 胰岛素 (肽类),肾上腺素,(氨基酸衍生物),睾,酮,胰 岛 素 由,A,链 和,B,链 组 成,3、受体专一结合信号分子,的蛋白质,激素能够特异地作用于靶细胞，因,为靶细胞

14、有专一结合某种激素的受体。,这种激素受体复合物的形成是靶,细胞接受激素信号，作出一系列反应的 开端。,生 长 激 素 结 合 两 个 受 体 分 子,4、脂溶性激素的信号传递途径,固醇类激素的受体在细胞质中/细,胞核内。固醇类激素直接进入细胞， 和受体结合，受体活化后，能结合到 DNA 的特定位置，调节基因表达。,固醇类激素的受体又被称为转录,调节因子。,固 醇 类 激 素 信 号 途 径,5、水溶性激素的信号传递途径,肾上腺素与位于细胞膜上的受体,相结合。活化后的受体推动腺苷酸环 化酶的活化，在该酶的催化下，产生 出环状腺苷酸 cAMP。,cAMP 再继续推动后面许多反,应，使细胞出现总效应

15、，最后使血糖 上升。,水 溶 性 激 素 信 号 途 径,cAMP,的 产 生,（1）cAMP 被称为第二信使,后来，c GMP 、Ca2+ 等陆续被发,现在细胞信号传递中，起第二信使作 用。通过第二信使，推动后续多步反 应。,由第二信使推动的多步反应，还具,有使激素效应放大的作用。,第二信使的基本特征：,能够推动后续反应。,浓度一度升高后，能很快恢复，准,备应付后一个刺激。,在激素作用下，胞内最早反映出,浓度变化。,钙调蛋白结合 Ca 2+ 后活化起来，进,而调节另一个酶。,通过第二信 使，,推动后续多 步反应，,还具有使激 素效应放大 的作用。,（2）受体蛋白质磷酸化也可以是信号 传递的开

16、端。,胰岛素和一些生长因子与它们相应,的受体结合，引起的第一步反应是使受 体蛋白质本身磷酸化磷酸结合在受 体蛋白质分子中氨基酸残基上。,生 长 因 子 受 体 磷 酸 化 是,信 号 传 递 的 开 端,由磷酸化的受体，推动后面一,步步反应，使信号通过一个个蛋白 质传下去，直至活化能调节基因的,蛋白质转录因子。,Ras 信 号 途 径,四、神经激素配合作用控制个体,体内稳态,1、下丘脑脑下垂体内分泌系统,形成调控通路。,激素的分泌受着神经系统的调控。,2、例一：钙的吸收和沉积受多种 因子调控。 甲状旁腺：甲状旁腺素,甲状腺：,降血钙素,食物中： 维生素D,3、例二：血糖水平的调控的复杂网络 肾上腺： 肾上腺素,胰岛： 胰脏：,胰岛素 胰高血糖素,主 要 的 神 经 内 分 泌 通 路,钙,吸,收 的 调 节,甲状旁腺素,（PTH）,降血钙素,（Calcitonin）,嘿！,下,课,了,