第七講生物體內(nèi)的信息傳遞.ppt

第七講生物體內(nèi)的信息傳遞 一 信息傳遞是生命活動(dòng)的重要內(nèi)容二 神經(jīng)系統(tǒng)在信息傳遞中的作用三 激素系統(tǒng)和細(xì)胞信息傳遞四 神經(jīng) 激素配合作用控制體內(nèi)穩(wěn)態(tài) 一 信息傳遞是生命活動(dòng)的重要內(nèi)容 本節(jié)見參考書第153 164頁 1 生命活動(dòng)中充滿著信息交流生命活動(dòng)的基本內(nèi)涵是維持和延續(xù)生命 包括 覓食 繁殖和躲避危險(xiǎn)等環(huán)節(jié) 信息交流 圖 生命活動(dòng)的每個(gè)環(huán)節(jié)都充滿著信息的交流 獵食者和獵物之間雄性和雌性之間同一種群個(gè)體之間 美洲獵豹用撒尿標(biāo)記自己的領(lǐng)地 雄松雞向雌松雞做求偶表演 蚜蟲接受警戒信號(hào)后逃避危險(xiǎn) 獵豹追趕狒狒 返回 2 生物體內(nèi)部的信息協(xié)調(diào)每個(gè)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(dòng)作 聲 氣味等等 物理的 化學(xué)的 信息發(fā)送 信息接受 返回 長(zhǎng)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 返回 雄蛾的觸角可以 嗅 到十一公里 外雌蛾發(fā)出的氣味 返回 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(dòng)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)整體的代謝狀態(tài) 生命活動(dòng) 這一講的主要內(nèi)容集中在協(xié)調(diào)個(gè)體內(nèi)部的生物信息傳遞過程 人體各大系統(tǒng) 返回 返回 泌尿系統(tǒng) 消化系統(tǒng) 返回 呼吸系統(tǒng) 返回 循環(huán)系統(tǒng) 返回 人體協(xié)調(diào)內(nèi)部的生物信息過程主要涉及兩個(gè)系統(tǒng) 神經(jīng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)內(nèi) 外內(nèi)分泌系統(tǒng)主要協(xié)調(diào)內(nèi)部哺乳動(dòng)物和其他較為低等的動(dòng)物亦有這兩個(gè)系統(tǒng) 二 神經(jīng)系統(tǒng)在信息傳遞中的作用 本節(jié)見參考書第164 184頁 1 神經(jīng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)生物體對(duì)外界的反應(yīng) 1 人體的一個(gè)簡(jiǎn)單的反應(yīng) 膝跳反射 膝跳反射示意圖 返回 膝跳反射實(shí)際上是兩個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞分別聯(lián)系著感受器 肌梭 效應(yīng)器 橫紋肌 返回 感受器和效應(yīng)器 2 實(shí)際上 人的神經(jīng)活動(dòng) 都會(huì)不同程度的受到腦的影響 所以 在大多數(shù)情況下 神經(jīng)元細(xì)胞之間聯(lián)系要比上述協(xié)調(diào)膝跳反射更復(fù)雜一些 三種神經(jīng)元之間的聯(lián)系 返回 3 神經(jīng)系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)神經(jīng)傳導(dǎo)的基本結(jié)構(gòu)和功能單位是神經(jīng)細(xì)胞 即神經(jīng)元 另外 還有幾種神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞 它們不擔(dān)負(fù)神經(jīng)傳導(dǎo)任務(wù) 主要是起著幫助和支持神經(jīng)元的作用 神經(jīng)元神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞 2 神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)神經(jīng)元的細(xì)胞結(jié)構(gòu)很特別 由以下幾部分組成 1 細(xì)胞體 含有細(xì)胞核的膨大部分 還含有高爾基體 線粒體 尼氏體等 細(xì)胞體的表面膜有接受刺激功能 神經(jīng)元的結(jié)構(gòu) 返回 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(gè)神經(jīng)元 一般只有一條軸突 軸突可以伸得很長(zhǎng) 所以 人的神經(jīng)元可長(zhǎng)達(dá)1m 鯨的神經(jīng)元可長(zhǎng)達(dá)10m 軸突外面常包著充滿磷脂的髓鞘 軸突的主要功能是傳出神經(jīng)沖動(dòng) 樹突軸突短而分支長(zhǎng) 末端有分支無髓鞘有髓鞘接受和傳入刺激傳出神經(jīng)沖動(dòng) 4 突觸 軸突的末梢有若干分支 每個(gè)分支的末端膨大形成小球狀 這是神經(jīng)元傳出神經(jīng)沖動(dòng)的終端 通常 在小球后面 緊緊靠著另一個(gè)神經(jīng)元的樹突或細(xì)胞體 或緊緊靠著一個(gè)效應(yīng)細(xì)胞 例如肌肉細(xì)胞或腺細(xì)胞 的細(xì)胞膜 圖 突觸是神經(jīng)細(xì)胞和接受神 經(jīng)信號(hào)的細(xì)胞之間的連接處 返回 突觸的種類 化學(xué)突觸 通過化學(xué)物質(zhì)來刺激效應(yīng)細(xì)胞的突觸電突觸 通過生物電來刺激效應(yīng)細(xì)胞的突觸 3 神經(jīng)沖動(dòng)的產(chǎn)生和傳導(dǎo) 1 靜息電位神經(jīng)元在靜息狀態(tài)時(shí) 即未接受刺激 未發(fā)生神經(jīng)沖動(dòng)時(shí) 細(xì)胞膜內(nèi)積聚負(fù)電荷 細(xì)胞膜外積聚著正電荷 膜內(nèi)外存在著 70mV電位差 圖 靜息電位 返回 造成靜息電位的原因很多 其中一個(gè)主要原因是細(xì)胞膜上存在Na K ATP泵 這是一個(gè)具有ATP水解酶活性的蛋白質(zhì) 每水解一個(gè)ATP分子 可將3個(gè)Na 泵向膜外 同時(shí)將2個(gè)K 泵向膜內(nèi) 圖 Na K ATP泵工作原理圖 返回 2 動(dòng)作電位當(dāng)神經(jīng)細(xì)胞受到刺激時(shí) 細(xì)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 70mV 一下子跳到 35mV 這就是動(dòng)作電位 動(dòng)作電位的產(chǎn)生 意味神經(jīng)沖動(dòng)的產(chǎn)生 圖 動(dòng)作電位坐標(biāo)圖 返回 動(dòng)作電位的產(chǎn)生與傳播具有以下特點(diǎn) 全或無 刺激強(qiáng)度不夠 不產(chǎn)生動(dòng)作電位 刺激達(dá)到或超過有效強(qiáng)度 閾值 動(dòng)作電位恒定為 35mV 快速產(chǎn)生與傳播 動(dòng)作電位的產(chǎn)生很快 大約僅需1ms時(shí)間 動(dòng)作電位一經(jīng)產(chǎn)生 很快從刺激點(diǎn)向兩側(cè)傳播 傳播速度可達(dá)100m S 圖 動(dòng)作電位的傳播 返回 不應(yīng)期 產(chǎn)生動(dòng)作電位需1ms再加上恢復(fù)到原來靜息電位狀態(tài)3 5ms所以在一個(gè)刺激作用后 直至恢復(fù)到靜息電位狀態(tài) 總共4 6ms這段時(shí)間內(nèi) 神經(jīng)細(xì)胞對(duì)新的刺激無反應(yīng) 稱為不應(yīng)期 3 神經(jīng)沖動(dòng)在突觸的傳導(dǎo)神經(jīng)沖動(dòng)沿著軸突 基本上都是按照引起鄰段發(fā)生動(dòng)作電位方式向遠(yuǎn)端傳播 到了突觸的地方 如何跨越兩層細(xì)胞膜之間的空隙 傳向后一個(gè)細(xì)胞 跨越細(xì)胞間隙傳導(dǎo)神經(jīng)沖動(dòng)的兩種方式 電突觸化學(xué)突觸間隙2nm20nm傳導(dǎo)電位神經(jīng)遞質(zhì)逆向可以不可以 仍以引起后面的細(xì)胞產(chǎn)生動(dòng)作電位方式 使神經(jīng)沖動(dòng)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(xì)胞膜之間間隙甚小 不足2nm 電突觸常見于低等動(dòng)物如 蚯蚓 蝦 海參等 神經(jīng)元在突觸處釋放化學(xué)物質(zhì) 稱為神經(jīng)遞質(zhì) 突觸后細(xì)胞的細(xì)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)沖動(dòng)的信號(hào)傳播下去 這種情況下的突觸稱為化學(xué)突觸 圖 突觸是神經(jīng)細(xì)胞和接受神經(jīng) 信號(hào)的細(xì)胞之間的連接處 返回 化學(xué)突觸的前后兩層細(xì)胞膜之間間隙較大 約20nm 化學(xué)突觸常見于高等動(dòng)物 如 脊椎動(dòng)物 人體 4 神經(jīng)遞質(zhì)及其效應(yīng)1921年德國(guó)科學(xué)家通過一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)第一次證實(shí)神經(jīng)遞質(zhì)的存在 又經(jīng)過12年 到1933年由英國(guó)科學(xué)家HenryH Dale證實(shí) 這個(gè)化學(xué)物質(zhì)是乙酰膽堿 兩人因此項(xiàng)工作獲1936年諾貝爾醫(yī)學(xué)與理學(xué)獎(jiǎng) 圖 證明存在神經(jīng)遞質(zhì)的實(shí)驗(yàn) 第一個(gè)蛙心臟的迷走神經(jīng)產(chǎn)物使第二個(gè)蛙心臟搏動(dòng)減弱 返回 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(jī)小分子 還發(fā)現(xiàn)一些小肽類物質(zhì) 作用于神經(jīng)細(xì)胞 調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞對(duì)神經(jīng)遞質(zhì)的感受性 稱為神經(jīng)調(diào)節(jié)物 神經(jīng)遞質(zhì)神經(jīng)調(diào)節(jié)物neurotransmittersneuromodulates乙酰膽堿內(nèi)啡肽正腎上腺素等等 氨基丁酸5 羥色胺 神經(jīng)遞質(zhì)由突觸前細(xì)胞釋放 通過受體作用于突觸后細(xì)胞 引起突觸后細(xì)胞的反應(yīng) 若突觸后細(xì)胞是神經(jīng)細(xì)胞 神經(jīng)遞質(zhì)與受體結(jié)合可改變電位 返回 神經(jīng)遞質(zhì) 受體直接 間接打開離子通道 改變膜電位神經(jīng)遞質(zhì) 受體產(chǎn)生第二信使 改變胞內(nèi)代謝引起收縮排放等 返回 突觸后細(xì)胞是肌細(xì)胞或腺細(xì)胞 同一神經(jīng)遞質(zhì)可引起不同反應(yīng) 5 一個(gè)神經(jīng)元就是一個(gè)整合器隨時(shí)接受成百上千個(gè)信息 進(jìn)行加工 作出決定 興奮 抑制 隨時(shí)輸出大量信息至不同細(xì)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(xì)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(xì)胞信息傳遞 本節(jié)見參考書第184 189頁 1 內(nèi)分泌 側(cè)分泌和自分泌激素系統(tǒng)的主要功能是保持生物體個(gè)體內(nèi)部的協(xié)調(diào)運(yùn)作 激素系統(tǒng)原來一直稱為內(nèi)分泌系統(tǒng) 人有各種內(nèi)分泌系腺 激素是由內(nèi)分泌腺分泌的有機(jī)分子 由血循環(huán)帶至身體各部分 作用于特定的靶細(xì)胞 只需很低濃度即可引起靶細(xì)胞給出獨(dú)特的反應(yīng) 圖 松果腺 下丘腦 腦下垂體 甲狀旁腺 甲狀腺 腎上腺 髓質(zhì) 皮質(zhì) 胰腺 蘭氏小島 卵巢 睪丸 胸腺 生長(zhǎng)激素異常 巨人和侏儒 生長(zhǎng)激素異常 肢端肥大癥 埃及金字塔上的浮雕顯示 公元前1379 1362年統(tǒng)治埃及的法老可能患有肢端肥大癥 返回 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(xì)胞效應(yīng) 低濃度 強(qiáng)效應(yīng) 后來發(fā)現(xiàn) 不僅專門的內(nèi)分泌腺 人體許多細(xì)胞都有分泌激素的功能 例如 哺乳類的幾乎所有細(xì)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 炎癥反應(yīng)等多種生理效應(yīng) 圖 前體阿司匹林 對(duì)氨基水楊酸 前列腺素炎癥發(fā)熱疼痛 返回 還有一些細(xì)胞分泌激素 可作用于自身 這樣 從分泌細(xì)胞調(diào)節(jié)目標(biāo)的角度來看 不僅有內(nèi)分泌 還有旁分泌和自分泌 這些細(xì)胞調(diào)節(jié)物統(tǒng)稱為激素 圖 內(nèi)分泌旁分泌 返回 激素到底是什么 2 激素 兩類信號(hào)分子激素在體內(nèi)的生理作用 主要是調(diào)節(jié)細(xì)胞的代謝和行為 激素在濃度很低的情況下 就能起很強(qiáng)的調(diào)節(jié)作用 使靶細(xì)胞發(fā)生明顯的變化 所以 通常把激素稱為信號(hào)分子 有時(shí)候 神經(jīng)遞質(zhì)也被稱為信號(hào)分子 血流中一般突觸間隙激素的濃度乙酰膽堿10 8M5 10 4M 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 返回 胰島素由A鏈和B鏈組成 返回 3 受體 專一結(jié)合信號(hào)分子的蛋白質(zhì) 激素能夠特異地作用于靶細(xì)胞 因?yàn)榘屑?xì)胞有專一結(jié)合某種激素的受體 這種激素 受體復(fù)合物的形成是靶細(xì)胞接受激素信號(hào) 作出一系列反應(yīng)的開端 圖 生長(zhǎng)激素結(jié)合兩個(gè)受體分子 返回 4 脂溶性激素的信號(hào)傳遞途徑 固醇類激素的受體在細(xì)胞質(zhì)中 細(xì)胞核內(nèi) 固醇類激素直接進(jìn)入細(xì)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)節(jié)基因表達(dá) 固醇類激素的受體又被稱為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子 圖 固醇類激素信號(hào)途徑 返回 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子Flash 5 水溶性激素的信號(hào)傳遞途徑 腎上腺素與位于細(xì)胞膜上的受體相結(jié)合 活化后的受體推動(dòng)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)推動(dòng)后面許多反應(yīng) 使細(xì)胞出現(xiàn)總效應(yīng) 最后使血糖上升 圖 水溶性激素信號(hào)途徑 返回 cAMP的產(chǎn)生 1 cAMP被稱為第二信使后來 cGMP Ca2 等陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞信號(hào)傳遞中 起第二信使作用 通過第二信使 推動(dòng)后續(xù)多步反應(yīng) 由第二信使推動(dòng)的多步反應(yīng) 還具有使激素效應(yīng)放大的作用 圖 第二信使的基本特征 能夠推動(dòng)后續(xù)反應(yīng) 濃度一度升高后 能很快恢復(fù) 準(zhǔn)備應(yīng)付后一個(gè)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Ca2 后活化起來 進(jìn)而調(diào)節(jié)另一個(gè)酶 通過第二信使 推動(dòng)后續(xù)多步反應(yīng) 還具有使激素效應(yīng)放大的作用 返回 2 受體蛋白質(zhì)磷酸化也可以是信號(hào)傳遞的開端 胰島素和一些生長(zhǎng)因子與它們相應(yīng)的受體結(jié)合 引起的第一步反應(yīng)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 圖 返回 生長(zhǎng)因子受體磷酸化是 信號(hào)傳遞的開端 由磷酸化的受體 推動(dòng)后面一步步反應(yīng) 使信號(hào)通過一個(gè)個(gè)蛋白質(zhì)傳下去 直至活化能調(diào)節(jié)基因的蛋白質(zhì) 轉(zhuǎn)錄因子 圖 返回 Ra