生物体内的信息传递

不应期：
产生动作电位需
1 ms
再加上恢复到原来静息电位状态 3－5ms
所以在一个刺激作用后，
直至恢复到静息电位状态，总共 4－6ms
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?
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,。
3、例二：血糖水平的调控的复杂网络 肾上腺： 肾上腺素 胰岛： 胰岛素 胰脏： 胰高血糖素
主 要 的 神 经
内 分 泌 通 路
甲状旁腺素 （PTH）
降血钙素
钙
（Calcitonin）
吸
收
的
调
节
嘿！
下 课 了
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
信
号生
传 递
长 因
的子
开受
端体
磷
酸
化
是
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
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。
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 为靶细胞有专一结合某种激素的受体。
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：
在激素作用下，胞内最早反映出 浓度变化。 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。
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
轴突
短而分支 无髓鞘 接受和传入刺激
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。
经
信 号 的 细
突 触 是
胞神
之经
间细
的胞
连和
接 处
接 受
神
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。
钙调蛋白结合 Ca 2+ 后活化起来，进
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。
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
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。
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 为激素。
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。
神经递质 neurotransmitters 乙酰胆碱 正肾上腺素 －氨基丁酸 5－羟色胺
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
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，最后使血糖 上升。
水 溶 性 激 素 信 号 途 径
cAMP
甲状腺 甲状旁腺 胸腺
肾上腺（髓 质、皮质） 胰腺 （兰氏小岛）
（卵巢）
睾丸
生
长
巨 人 和
激 素 异 常
侏
儒
长 激 素 异
肢常 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
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、 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
外雄
雌蛾
蛾的
发触
出 的 气 味
角
可
以 “嗅” 到
突
触
信是 号神 的经 细细 胞胞 之和 间接 的受 连神 接经
处
化学突触的前后两层细胞膜之 间间隙较大，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。
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
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
协调内、外
内分泌系统 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）。
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 2 nm
20 nm
传导 电位
神经递质
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。
同突 一触 神后 经细 递胞 质是 可肌 引细 起胞 不或 同腺 反细 应胞
（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
十
一
公
里
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
神经调节物 neuromodulates 内啡肽 类啡肽 等等
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。
神
经 递 质 与 受 体
若 突 触 后 细
结胞
合是
可神
改经
变 电 位
细 胞
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
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。
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
信息交流
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