生物體內(nèi)的信息傳遞ppt課件

1、生命科學導論上海交通大學生命科學技術(shù)學院第七講 生物體內(nèi)的信息傳送一、 信息傳送是生命活動的重要內(nèi)容二、神經(jīng)系統(tǒng)在信息傳送中的作用三、激素系統(tǒng)和細胞信息傳送四、神經(jīng)、激素配協(xié)作用控制體內(nèi)穩(wěn)態(tài)一、信息傳送是生命活動的重要內(nèi)容1、生命活動中充溢著信息交流生命活動的根本內(nèi)涵是維持和延續(xù)生命，包括：尋食、繁衍和躲避危險等環(huán)節(jié)。信息交流生命活動的每個環(huán)節(jié)都充溢著信息的交流。獵食者和獵物之間雄性和雌性之間同一種群個體之間美洲獵豹用撒尿標志本人的領(lǐng)地雄松雞向雌松雞做求偶扮演蚜蟲接受警戒信號后逃避危險獵豹追逐狒狒2、生物體內(nèi)部的信息協(xié)調(diào)每個生物體都是信息發(fā)送源，又是信息接受體。信息的發(fā)送包括：光、形體動作、聲

2、、氣味等等物理的化學的信息發(fā)送信息接受長鼻蝙蝠靠發(fā)送超聲波, 折回后,再接受, 來探路章魚顯然看到了裝在玻瓶中的蝦雄蛾的觸角可以“嗅到十一公里外雌蛾發(fā)出的氣味生物體不僅接受外界環(huán)境的信息，用以調(diào)整內(nèi)部的代謝, 動作與行為，而且，生物體內(nèi)部組織器官之間，亦不斷的發(fā)出和接受信息，以協(xié)調(diào)整體的代謝形狀生命活動。這一講的主要內(nèi)容集中在協(xié)調(diào)個體內(nèi)部的生物信息傳送過程。人體各大系統(tǒng)泌尿系統(tǒng)消化系統(tǒng)呼吸系統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)人體協(xié)調(diào)內(nèi)部的生物信息過程主要涉及兩個系統(tǒng)：神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)分泌系統(tǒng)協(xié)調(diào)內(nèi)、外主要協(xié)調(diào)內(nèi)部哺乳動物和其他較為低等的動物亦有這兩個系統(tǒng)二、神經(jīng)系統(tǒng)在信息傳送中的作用1、神經(jīng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)生物體對外界的反響1人體

3、的一個簡單的反響膝跳反射。膝跳反射示意圖膝跳反射實踐上是兩個神經(jīng)細胞分別聯(lián)絡著感受器肌梭效應器橫紋肌。感受器和效應器2實踐上，人的神經(jīng)活動，都會不同程度的遭到腦的影響，所以，在大多數(shù)情況下, 神經(jīng)細胞之間聯(lián)絡要比上述協(xié)調(diào)膝跳反射更復雜一些。三種神經(jīng)元之間的聯(lián)系3神經(jīng)系統(tǒng)中擔負神經(jīng)傳導的根本構(gòu)造和功能單位是神經(jīng)細胞，即神經(jīng)元(Neuron)。另外，還有幾種神經(jīng)膠質(zhì)細胞，它們不擔負神經(jīng)傳導義務，主要是起著協(xié)助和支持神經(jīng)元的作用。神經(jīng)元神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)膠質(zhì)細胞2、神經(jīng)元的構(gòu)造神經(jīng)元的細胞構(gòu)造很特別，由以下幾部分組成：1細胞體：含有細胞核的膨大部分，還含有高爾基體、線粒體、尼氏體等。細胞體的外表膜有接受刺

4、激功能。神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)2樹突：短分支的突起。樹突的功能是接受刺激，傳入刺激。3軸突：每個神經(jīng)元，普通只需一條軸突,。軸突可以伸得很長。所以，人的神經(jīng)元可長達 1 m，鯨的神經(jīng)元可長達 10 m。軸突外面常包著充溢磷脂的髓鞘。軸突的主要功能是傳出神經(jīng)激動。樹突短而分支無髓鞘接受和傳入刺激軸突長/末端有分支有髓鞘傳出神經(jīng)激動4突觸：軸突的末梢有假設干分支，每個分支的末端膨大構(gòu)成小球狀，這是神經(jīng)元傳出神經(jīng)激動的終端; 通常，在小球后面，緊緊靠著另一個神經(jīng)元的樹突或細胞體，或緊緊靠著一個效應細胞例如肌肉細胞或腺細胞的細胞膜。突觸是神經(jīng)細胞和接受神經(jīng)信號的細胞之間的連接處3、神經(jīng)激動的產(chǎn)生和傳導1靜息電位

5、神經(jīng)元在靜息形狀時，即未接受刺激，未發(fā)生神經(jīng)激動時，細胞膜內(nèi)積聚負電荷，細胞膜外積聚著正電荷，膜內(nèi)外存在著70 mV 電位差。靜息電位呵斥靜息電位的緣由很多。其中一個主要緣由是細胞膜上存在 Na+,K+ATP 泵，這是一個具有 ATP 水解酶活性的蛋白質(zhì)，每水解一個 ATP 分子，可將3 個 Na+ 泵向膜外，同時將 2 個 K+ 泵向膜內(nèi)。Na+, K+ ATP 泵 工 作 原 理 圖2動作電位當神經(jīng)細胞遭到刺激時，細胞膜的透性急劇變化，大量正離子主要是 Na+由膜外流向膜內(nèi)，使膜兩側(cè)電位從 70 mV , 一下子跳到+35mV，這就是動作電位。動作電位的產(chǎn)生，意味神經(jīng)激動的產(chǎn)生。動作電位坐

6、標圖動作電位的產(chǎn)生與傳播具有以下特點：“全或無：刺激強度不夠，不產(chǎn)生動作電位，刺激到達或超越有效強度閾值，動作電位恒定為 +35 mV?？焖佼a(chǎn)生與傳播：動作電位的產(chǎn)生很快，大約僅需 1 ms 時間。動作電位一經(jīng)產(chǎn)生，很快從刺激點向兩側(cè)傳播，傳播速度可達 100 m/S。動作電位的傳播不應期：產(chǎn)生動作電位需再加上恢復到原來靜息電位形狀1 ms35ms所以在一個刺激作用后，直至恢復到靜息電位形狀，總共 46ms這段時間內(nèi)，神經(jīng)細胞對新的刺激無反響，稱為不應期。3神經(jīng)激動在突觸的傳導神經(jīng)激動沿著軸突, 根本上都是按照引起鄰段發(fā)生動作電位方式向遠端傳播，到了突觸的地方，如何跨越兩層細胞膜之間的空隙，傳

7、向后一個細胞?跨越細胞間隙傳導神經(jīng)激動的兩種方式：電突觸化學突觸間隙傳導逆向2 nm電位可以20 nm神經(jīng)遞質(zhì)不可以仍以引起后面的細胞產(chǎn)生動作電位方式，使神經(jīng)激動傳播下去，這種情況下的突觸稱為電突觸。電突觸的前后兩層細胞膜之間間隙甚小，缺乏2nm。電突觸常見于低等動物如：蚯蚓、蝦、海參等。神經(jīng)元在突觸處釋放化學物質(zhì)，稱為神經(jīng)遞質(zhì)。突觸后細胞的細胞膜上有特殊受體，與神經(jīng)遞質(zhì)特異結(jié)合而使神經(jīng)激動的信號傳播下去。這種情況下的突觸稱為化學突觸。突觸是神經(jīng)細胞和接受神經(jīng)信號的細胞之間的連接處化學突觸的前后兩層細胞膜之間間隙較大，約 20 nm?；瘜W突觸常見于高等動物，如：脊椎動物，人體。4神經(jīng)遞質(zhì)及其效

8、應1921 年德國科學家經(jīng)過一個巧妙的實驗第一次證明神經(jīng)遞質(zhì)的存在。又經(jīng)過 12年，到 1933 年由英國科學家Henry H. Dale 證明，這個化學物質(zhì)是乙膽堿。兩人因此項任務獲 1936年諾貝爾醫(yī)學生理學獎。證明存在神經(jīng)遞質(zhì)的實驗第一個蛙心臟的迷走神經(jīng)產(chǎn)物使第二個蛙心臟搏動減弱迄今已發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)遞質(zhì)已有十幾種，大多數(shù)是一些有機小分子。還發(fā)現(xiàn)一些小肽類物質(zhì)，作用于神經(jīng)細胞，調(diào)理神經(jīng)細胞對神經(jīng)遞質(zhì)的感受性，稱為神經(jīng)調(diào)理物。神經(jīng)調(diào)理物neuromodulates內(nèi)啡肽類啡肽等等神經(jīng)遞質(zhì)neurotransmitters乙酰膽堿正腎上腺素氨基丁酸5羥色胺神經(jīng)遞質(zhì)由突觸前細胞釋放，通過受體作用于突

9、觸后細胞，引起突觸后細胞的反響。假設突觸后細胞是神經(jīng)細胞神經(jīng)遞質(zhì)與受體結(jié)合可改變電位神經(jīng)遞質(zhì)受體 直接/間接翻開離子通道,改動膜電位神經(jīng)遞質(zhì)+受體 產(chǎn)生第二信使,改動胞內(nèi)代謝 引起收縮排放等突觸后細胞是肌細胞或腺細胞同一神經(jīng)遞質(zhì)可引起不同反應5一個神經(jīng)元就是一個整合器隨時接受成百上千個信息，進展加工，作出決議：興奮/抑制。隨時輸出大量信息至不同細胞。中樞神經(jīng)系統(tǒng)(腦 脊髓)在信息加工中起關(guān)鍵作用。人體神經(jīng)細胞體90 在腦/脊髓中10 在外周神經(jīng)節(jié)三、激素系統(tǒng)和細胞信息傳送1、內(nèi)分泌，旁分泌和自分泌激素系統(tǒng)的主要功能是堅持生物體個體內(nèi)部的協(xié)調(diào)運作。激素系統(tǒng)原來不斷稱為內(nèi)分泌系統(tǒng)。人有各種內(nèi)分泌系

10、腺，“激素是由內(nèi)分泌腺分泌的有機分子，由血循環(huán)帶至身體各部分，作用于特定的靶細胞，只需很低濃度即可引起靶細胞給出獨特的反響。松果腺下丘腦腦下垂體甲狀腺腎上腺髓質(zhì)、皮質(zhì)胰腺蘭氏小島卵巢睪丸甲狀旁腺胸腺生長激素異常巨人和侏儒生長激素異常肢端肥大癥埃及金字塔上的浮雕顯示，公元前9 2年統(tǒng)治埃及的法老能夠患有肢端肥大癥。激素特征：來源由內(nèi)分泌腺分泌傳播無特定管道，隨血流傳布作用特定靶細胞效應低濃度、強效應后來發(fā)現(xiàn)，不僅專門的內(nèi)分泌腺，人體許多細胞都有分泌激素的功能。例如，哺乳類的幾乎一切細胞都能分泌前列腺素，前列腺素能引起平滑肌收縮，血小板聚集，炎癥反響等多種生理效應。前體阿司匹靈前列腺素炎癥發(fā)熱 疼

11、痛還有一些細胞分泌激素，可作用于本身。這樣，從分泌細胞調(diào)理目的的角度來看，不僅有內(nèi)分泌，還有旁分泌和自分泌。這些細胞調(diào)理物統(tǒng)稱為激素。內(nèi)分泌旁分泌2、激素-兩類信號分子激素在體內(nèi)的生理作用，主要是調(diào)理細胞的代謝和行為。激素在濃度很低的情況下，就能起很強的調(diào)理作用，使靶細胞發(fā)生明顯的變化。所以，通常把激素稱為信號分子。有時候，神經(jīng)遞質(zhì)也被稱為信號分子。血流中普通激素的濃度10-8 M突觸間隙乙酰膽堿5 10-4 M按分子性質(zhì)可以把激素分為兩大類：脂溶性激素 性激素 (固醇類)腎上腺皮質(zhì)激素甲狀腺素水溶性激素 胰島素 (肽類)腎上腺素(氨基酸衍生物)睪酮胰島素由A鏈和B鏈組成3、受體專注結(jié)合信號分

12、子的蛋白質(zhì)激素可以特異地作用于靶細胞，因為靶細胞有專注結(jié)合某種激素的受體。這種激素受體復合物的構(gòu)成是靶細胞接受激素信號，作出一系列反響的開端。生長激素結(jié)合兩個受體分子4、脂溶性激素的信號傳送途徑固醇類激素的受體在細胞質(zhì)中/細胞核內(nèi)。固醇類激素直接進入細胞，和受體結(jié)合，受體活化后，能結(jié)合到DNA 的特定位置，調(diào)理基因表達。固醇類激素的受體又被稱為轉(zhuǎn)錄調(diào)理因子。固醇類激素信號途徑5、水溶性激素的信號傳送途徑腎上腺素與位于細胞膜上的受體相結(jié)合?；罨蟮氖荏w推進腺苷酸環(huán)化酶的活化，在該酶的催化下，產(chǎn)生出環(huán)狀腺苷酸 cAMP。cAMP 再繼續(xù)推進后面許多反應，使細胞出現(xiàn)總效應，最后使血糖上升。水溶性激素

13、信號途徑cAMP的產(chǎn)生1cAMP 被稱為第二信使后來，c GMP 、Ca2+ 等陸續(xù)被發(fā)如今細胞信號傳送中，起第二信使作用。經(jīng)過第二信使，推進后續(xù)多步反應。由第二信使推進的多步反響，還具有使激素效應放大的作用。第二信使的根本特征：可以推進后續(xù)反響。濃度一度升高后，能很快恢復，準備應付后一個刺激。在激素作用下，胞內(nèi)最早反映出濃度變化。鈣調(diào)蛋白結(jié)合 Ca 2+ 后活化起來，進而調(diào)理另一個酶。經(jīng)過第二信使，推進后續(xù)多步反響，還具有使激素效應放大的作用。2受體蛋白質(zhì)磷酸化也可以是信號傳送的開端。胰島素和一些生長因子與它們相應的受體結(jié)合，引起的第一步反響是使受體蛋白質(zhì)本身磷酸化磷酸結(jié)合在受體蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基上。生長因子受體磷酸化是信號傳遞的開端由磷酸化的受體，推進后面一步步反響，使信號經(jīng)過一個個蛋白質(zhì)傳下去，直