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1、生命科学导论生命科学导论生命科学导论 上海交通大学生命科学与技术学院 School of Life Science and Biotechnology Shanghai Jiao Tong University 第七讲第七讲生物体内的信息传递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 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一、信息传递是生命活动的重要内容 （本节见参考
2、书第153-164页）（本节见参考书第153-164页） 1、生命活动中充满着信息交流1、生命活动中充满着信息交流 生命活动的基本内涵是生命活动的基本内涵是维持维持和和延续延续生 命，包括：觅食、繁殖和躲避危险等环 节。 生 命，包括：觅食、繁殖和躲避危险等环 节。 信息交流信息交流 生命活动的每个环节都充满着信 息的交流。 生命活动的每个环节都充满着信 息的交流。 同一种群个体之间 雄性和雌性之间 猎食者和猎物之间 同一种群个体之间 雄性和雌性之间 猎食者和猎物之间 美洲猎豹美洲猎豹用撒尿用撒尿标记标记自己的领地自己的领地 雄松鸡向雌松鸡做求偶表演雄松鸡向雌松鸡做求偶表演 蚜虫接受警戒信号后
3、逃避危险蚜虫接受警戒信号后逃避危险 猎 豹 追 赶 狒 狒猎 豹 追 赶 狒 狒 每个生物体都是信息发送源，又是每个生物体都是信息发送源，又是信信 息接受体息接受体。 信息的发送包括：信息的发送包括： 光、光、 形体动作、形体动作、 声、声、 气味气味 等等等等 物理的物理的 化学的化学的 2、生物体内部的信息协调2、生物体内部的信息协调 信息发送信息发送 信息接受信息接受 长鼻蝙蝠靠发送超声波, 折 回后, 再接受, 来探路 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章鱼显然看到了装在玻瓶中的虾 雄蛾的触角可以雄蛾的触角可以“嗅”“嗅”到十一 公里外雌
4、蛾发出的气味 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。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协调个体内部的生物信息传递过程。 人 体 各 大 系 统 人 体 各 大 系 统 泌尿系统泌尿系统 消化系统消化系统 呼吸系统呼吸系统 循 环 系 统 人体协调内部的生物信息过程主
5、要人体协调内部的生物信息过程主要 涉及两个系统：涉及两个系统： 神经系统神经系统协调内、外协调内、外 激素系统主要激素系统主要协调内部协调内部 哺乳动物和其他较为低等的动物亦有哺乳动物和其他较为低等的动物亦有 这两个系统这两个系统 二、神经系统在信息传递中的作用二、神经系统在信息传递中的作用 （本节见参考书第164-184页）（本节见参考书第164-184页） 1、神经系统协调生物体对外界的反应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（1）人体的一个简单的反应 膝跳反射。膝跳反射。 膝跳反射示意图膝跳反射示意图 膝跳反射实际上是膝跳反射实际上是两个神经 元细胞 两个神经
6、元细胞分别联系着分别联系着 感受器（肌梭）感受器（肌梭） 效应器（横纹肌）效应器（横纹肌）。 感受器和效应器感受器和效应器 （2）实际上，人的神经活动，都会不（2）实际上，人的神经活动，都会不 同程度的受到同程度的受到脑脑的影响，所以，在大多的影响，所以，在大多 数情况下, 数情况下, 神经元细胞之间联系神经元细胞之间联系要比要比 上述协调膝跳反射更复杂一些。上述协调膝跳反射更复杂一些。 三种神经元之间的联 系 三种神经元之间的联 系 人的神经系统是世界上最复杂、最精密的信息处理系统。人的神经系统是世界上最复杂、最精密的信息处理系统。 大脑的收集、汇总、分析、处理信息的能力是当今任何最 先进的
7、计算机和网络系统所不可比拟的。 大脑的收集、汇总、分析、处理信息的能力是当今任何最 先进的计算机和网络系统所不可比拟的。 （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胞， 即 （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胞， 即神经元神经元。 另外，还有几种另外，还有几种神经胶质神经胶质细胞， 它们不担负神经传导任务，主要是起 着 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帮助和支持神经元的作用。 神经系统神经元 神经胶质细胞 的作用。 神经系统神经元 神经胶质细胞 2、2、神经元的结构神经元的结构 神经元的细胞结构很特别，由以下几部分组成：（1）
8、神经元的细胞结构很特别，由以下几部分组成：（1） 细胞体：细胞体：含有含有细胞核细胞核的膨大部分，的膨大部分，细胞体含细胞核和 线粒体、高尔基体、尼氏体等。尼氏体是粗面内质网 和游离核糖体的混合物。 细胞体含细胞核和 线粒体、高尔基体、尼氏体等。尼氏体是粗面内质网 和游离核糖体的混合物。细胞体的表面膜有细胞体的表面膜有接受刺激接受刺激 功能。功能。 重要重要 细胞体细胞体 轴突轴突树突树突 神经元的结构神经元的结构 （2）（2）树突树突：短短分支的突起。树突的功能是接分支的突起。树突的功能是接 受刺激，受刺激，传入刺激传入刺激。 （3）（3）轴突轴突：每个神经元，一般只有一条轴突,。：每个神经
9、元，一般只有一条轴突,。 轴突可以伸得很长。所以，人的神经轴突可以伸得很长。所以，人的神经 元可长达 1 m，鲸的神经元可长达 10 m。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轴突外面常包着充满磷脂的髓鞘髓鞘。轴轴 突的主要功能是传出神经冲动。突的主要功能是传出神经冲动。 树突轴突树突轴突 短而分支长/末端有分支短而分支长/末端有分支 无髓鞘有髓鞘无髓鞘有髓鞘 接受和传入刺激传出神经冲动接受和传入刺激传出神经冲动 （4）（4）突触突触：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 ：轴突的
10、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 靠着另一个神经元另一个神经元的树突或细胞体，或紧紧 靠着一个 的树突或细胞体，或紧紧 靠着一个效应细胞效应细胞（例如肌肉细胞或腺细胞） 的细胞膜。 （例如肌肉细胞或腺细胞） 的细胞膜。 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 是神经细胞和接受神经 信号的细胞之间的连接处 神经元神经元 突触的种类突触的种类 化学突触化学突触：通过化学物质来刺激效 应细胞的突触 ：通过化学物质来刺激效 应细胞的突触 电突触电突触：通过生物电来刺激效应细 胞的突触 ：通过生物电来刺激效应细 胞的突
11、触 不同神经元的 差异： 不同神经元的 差异：神经元 虽然形态各异， 但都是 神经元 虽然形态各异， 但都是由细胞 体和从细胞体 中延伸的突起 组成 由细胞 体和从细胞体 中延伸的突起 组成。 （1）静息电位（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 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 聚负电荷负电荷，细胞膜外积聚着，细胞膜外积聚着正电荷正电荷，膜内 外存在着 ，膜内 外存在着70 mV 70 mV 电位差。电位差。 3、神经冲动的产生和传导3、神经冲动的产生和传导 静息电位静息电位 造成静息电位的原因很多。其中一个主 要
12、原因是细胞膜上 造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存在Na+ +,K,K+ +ATP 泵ATP 泵，这是 一个具有 ，这是 一个具有 ATP水解酶活性ATP水解酶活性的蛋白质，每水解 一个 的蛋白质，每水解 一个 ATPATP分子，可将分子，可将 3 3个个Na+ Na+ 泵向膜外，同 时将 泵向膜外，同 时将 2 2个个K+K+泵向膜内。泵向膜内。 NaNa+ +, K, K+ + ATP 泵 工 作 原 理 图 ATP 泵 工 作 原 理 图 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 当神经细胞受到刺激时，细胞膜的透性 急剧变化，大量
13、正离子（主要是 Na+ +）由膜 外流向膜内，使膜两侧电位从 ）由膜 外流向膜内，使膜两侧电位从70mV70mV, 一下 子跳到 , 一下 子跳到 +35mV+35mV，这就是动作电位。，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 的产生，意味神经冲动的产生。 （2）动作电位（2）动作电位 动作电位坐标图动作电位坐标图 动作电位的产生与传播具有以下特点：动作电位的产生与传播具有以下特点： “全或无”“全或无”：刺激强度不够，不产生：刺激强度不够，不产生 动作电位，刺激达到或超过动作电位，刺激达到或超过有效强度（阈有效强度（阈 值）值），动作电位，动作电位恒定恒定为 +35
14、 mV。为 +35 mV。 快速产生与传播快速产生与传播：动作电位的产生很：动作电位的产生很 快，大约仅需 1 ms 时间。快，大约仅需 1 ms 时间。 动作电位一经产生，很快从刺激点向动作电位一经产生，很快从刺激点向 两侧传播，传播速度可达 100 m/S。两侧传播，传播速度可达 100 m/S。 神经纤维的某一点接 受刺激后，产生动作 电位，使膜电位 神经纤维的某一点接 受刺激后，产生动作 电位，使膜电位反极 化 反极 化。此处与其相邻的 一段神经纤维间存在 电位差，造成局部电 流，使相邻的一段神 经纤维的细胞膜内外 电位差减小，当达到 。此处与其相邻的 一段神经纤维间存在 电位差，造成
15、局部电 流，使相邻的一段神 经纤维的细胞膜内外 电位差减小，当达到 阈电位阈电位后可引发此段 神经纤维的动作电位。 由此神经冲动就可以 在一根神经纤维上传 递。 后可引发此段 神经纤维的动作电位。 由此神经冲动就可以 在一根神经纤维上传 递。 神经冲动传导是神经纤维上 顺序发生电化学变化的过程 神经冲动传导是神经纤维上 顺序发生电化学变化的过程 产生动作电位需1 ms产生动作电位需1 ms 再加上恢复到原来静息电位状态35ms再加上恢复到原来静息电位状态35ms 所以在一个刺激作用后，所以在一个刺激作用后， 直至恢复到静息电位状态，总共直至恢复到静息电位状态，总共46ms46ms 这段时间内，
16、这段时间内，神经细胞对新的刺激无反应神经细胞对新的刺激无反应，称，称 为为不应期不应期。 不应期：不应期： 神经冲动沿着轴突, 基本上都是按神经冲动沿着轴突, 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，播，到了突触的地方，如何跨越两层细如何跨越两层细 胞膜之间的空隙胞膜之间的空隙，传向后一个细胞?，传向后一个细胞? （3）神经冲动在突触的传导（3）神经冲动在突触的传导 跨越细胞间隙传导神经冲动的两跨越细胞间隙传导神经冲动的两 种方式：种方式： 电突触化学突触电突触化学突触 间隙2 nm 20 nm间隙2 nm 20 nm 传导电位神经递质传导电位神经递质 逆向可以不可以逆向可以不可以 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 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。电突触的前后两层细胞膜之间间 隙甚小，不足2nm。 。电突触的前后两层细
