《生物体内的信息传递》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物体内的信息传递（97页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
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送源，又是信息接受体。信息的发送包括：光、形体动作、声
2、、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
3、）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
4、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
5、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
6、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，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 ms35ms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
7、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较大，约 20 nm
8、。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neuromodulates内啡肽类啡肽等等神经递质neurotransmitters乙酰胆碱正
9、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：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
10、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，
11、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
12、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
13、苷酸 cAMP。cAMP 再继续推动后面许多反应，使细胞出现总效应，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端。胰岛素
14、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D3、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
