第5章细胞信息传递

1、第第5 5章章细胞的信息传递细胞的信息传递 生命与非生命物质最显著的区别生命与非生命物质最显著的区别在于生命是一个完整的自然的信息在于生命是一个完整的自然的信息系统。系统。 生命现象是信息在同一或不同时生命现象是信息在同一或不同时空传递的现象，生物的进化实质上空传递的现象，生物的进化实质上就是就是信息系统信息系统的进化。的进化。 概念：概念：要保证生物体各组分之间要保证生物体各组分之间或环境之间相互影响和相互协调一致，或环境之间相互影响和相互协调一致，必须有信息的传递和交流，即必须有信息的传递和交流，即细胞通细胞通讯讯。 信息分类：信息分类：细胞通讯的信息类型细胞通讯的信息类型可分为可分为3类

2、：类：环境信息、遗传信息和环境信息、遗传信息和神经信息神经信息。细胞通讯：细胞通讯：第第1 1节节环境信息的传递环境信息的传递当我们用手触摸含当我们用手触摸含羞草的叶子时，那羞草的叶子时，那么它的所有小叶都么它的所有小叶都会收缩合拢。会收缩合拢。含羞草含羞草跳舞草跳舞草给跳舞草唱歌，跳舞草就会翩翩起舞。给跳舞草唱歌，跳舞草就会翩翩起舞。紫薇紫薇用手触摸紫薇花的树干，树的全身会动起来。用手触摸紫薇花的树干，树的全身会动起来。环境刺激的信息如何被细胞感受并环境刺激的信息如何被细胞感受并进一步引发生物反应的呢？进一步引发生物反应的呢？一一 胞间信号胞间信号 人与人之间的信息交流可以通过多种人与人之间

3、的信息交流可以通过多种方式进行，如面对面交谈、打电话、写方式进行，如面对面交谈、打电话、写信、发电子邮件、上网聊天等。这些方信、发电子邮件、上网聊天等。这些方式的实现要依靠一些具体的信号，如声式的实现要依靠一些具体的信号，如声波、文字、电磁波等。波、文字、电磁波等。 外界环境与生物体之间及细胞之间的外界环境与生物体之间及细胞之间的信息交流也要通过一些具体的信号才能信息交流也要通过一些具体的信号才能实现。实现。在细胞间通讯（生物信息传递）中在细胞间通讯（生物信息传递）中起信号作用的是什么呢？起信号作用的是什么呢？一一 胞间信号胞间信号阅读与分析：阅读与分析：乙烯，植物激素乙烯，植物激素 仔细阅读

4、书上的两组资料，你认为起信号传仔细阅读书上的两组资料，你认为起信号传递作用的物质分别是什么？递作用的物质分别是什么？资料资料1 1：一箱未成熟的苹果放上两个星期变化也不一箱未成熟的苹果放上两个星期变化也不大。如果在其中放入一只成熟的苹果，整箱苹果大。如果在其中放入一只成熟的苹果，整箱苹果很快就变得美味可口了。这是由于成熟的苹果能很快就变得美味可口了。这是由于成熟的苹果能释放出释放出乙烯乙烯，乙烯能使苹果很快成熟。，乙烯能使苹果很快成熟。一一 胞间信号胞间信号资料资料2 2：当人或动物摄取糖的量有很大波动时，血当人或动物摄取糖的量有很大波动时，血液中的葡萄糖浓度仍能保持相对稳定。我们都知道液中的

5、葡萄糖浓度仍能保持相对稳定。我们都知道只是胰岛素作用的结果。胰岛素是由胰腺细胞分泌只是胰岛素作用的结果。胰岛素是由胰腺细胞分泌出来的，其释放速率随血液中葡萄糖浓度的升高而出来的，其释放速率随血液中葡萄糖浓度的升高而加快。当胰岛素分子随血流到达肝脏或肌肉细胞时，加快。当胰岛素分子随血流到达肝脏或肌肉细胞时，就能把信息传递给它们，就能把信息传递给它们，“通知通知”它们从血液中吸它们从血液中吸收葡萄糖，以糖原的形式贮藏起来，或利用消耗掉。收葡萄糖，以糖原的形式贮藏起来，或利用消耗掉。随着血液中葡萄糖浓度恢复正常，胰腺细胞释放胰随着血液中葡萄糖浓度恢复正常，胰腺细胞释放胰岛素的速率也随之减慢或暂停，以

6、减慢葡萄糖的转岛素的速率也随之减慢或暂停，以减慢葡萄糖的转移和利用，从而保持血糖浓度的稳定。移和利用，从而保持血糖浓度的稳定。胰岛素，动物激素胰岛素，动物激素一一 胞间信号胞间信号胞间信号：胞间信号：通过通过化学物质化学物质，把代谢信息传，把代谢信息传递给了目的细胞，完成了细胞与细胞间的递给了目的细胞，完成了细胞与细胞间的通讯联络任务，从而影响代谢过程，这种通讯联络任务，从而影响代谢过程，这种化学物质叫胞间信号。化学物质叫胞间信号。（1）胞间信号（第一信使）的种类：）胞间信号（第一信使）的种类：激素、激素、神经递质、生长因子及神经递质、生长因子及NO。（2）作用部位：）作用部位：主要在细胞间起

7、作用。主要在细胞间起作用。（3）功能：）功能：作为信号，把代谢信息传递给目作为信号，把代谢信息传递给目的细胞。的细胞。二二 胞间信号的受体胞间信号的受体受体：受体：细胞表面或内部存在类似天线的物细胞表面或内部存在类似天线的物质（如质（如糖蛋白、脂蛋白糖蛋白、脂蛋白等），用来接收胞等），用来接收胞间信号分子，这种物质被称为受体。间信号分子，这种物质被称为受体。（1）化学本质：）化学本质：糖蛋白、脂蛋白等。糖蛋白、脂蛋白等。（2）存在部位：）存在部位：存在于细胞表面或内部。存在于细胞表面或内部。（3）生理作用：）生理作用：识别并特异地与化学信号分子识别并特异地与化学信号分子（配体）结合成复合物，从

8、而启动一系列生物化学（配体）结合成复合物，从而启动一系列生物化学反应，最后导致该信号物质产生特定的生物效应。反应，最后导致该信号物质产生特定的生物效应。（4 4）特点：）特点：受体是细胞表面或内部的一种受体是细胞表面或内部的一种生物生物大分子物质大分子物质； 特异性特异性：识别并特异地与化学信：识别并特异地与化学信号分子（配体）结合。号分子（配体）结合。二二 胞间信号的受体胞间信号的受体细胞表面受体模式图细胞表面受体模式图细胞核细胞核三三 胞内信号胞内信号1.产生：产生：第一信使与膜上的受体结合，激第一信使与膜上的受体结合，激活膜上的信号转换机制，从而产生了细胞活膜上的信号转换机制，从而产生了

9、细胞内识别的内识别的“语言语言”环腺苷酸环腺苷酸（cAMP），），因此把胞外信息传到了胞内。环腺苷酸即因此把胞外信息传到了胞内。环腺苷酸即为胞内信号物质（第二信使）。为胞内信号物质（第二信使）。2.主要类型：主要类型：除环腺苷酸（除环腺苷酸（cAMP）外，还）外，还有如有如Ca2+、1,2-二酰甘油（二酰甘油（DAG），），1,4,5-三磷酸肌醇（三磷酸肌醇（IP3）等。）等。三三 胞内信号胞内信号3.功能：功能：4.特性：特性：具有明显的通用性。具有明显的通用性。(1)(1)激活一些酶及非酶蛋白的活性，由此控制激活一些酶及非酶蛋白的活性，由此控制细胞的生命活动；细胞的生命活动；(2)(2)传

10、递细胞外信息，调节不同生理生化过程。传递细胞外信息，调节不同生理生化过程。包括：葡萄糖的摄取和利用、脂肪的贮存和移动、细胞产物的分泌、细胞的增殖、分化和生存等。四四 细胞的信号转导细胞的信号转导细胞的信号转导：细胞的信号转导：胞间信号发挥生理功能胞间信号发挥生理功能的第一步是与相应的受体结合，然后产生的第一步是与相应的受体结合，然后产生胞内信号，将其携带的信息由膜传递到细胞内信号，将其携带的信息由膜传递到细胞内，最终导致生理效应的表现。胞内，最终导致生理效应的表现。1 1、基本过程：、基本过程：胞间信号（第一信使）胞间信号（第一信使）与受体结合与受体结合胞内信号（第二信使）胞内信号（第二信使）

11、携带信息携带信息细胞内细胞内生理效应的表现生理效应的表现2 2、研究的中心问题、研究的中心问题细胞感受、转导环境刺激、调节代谢反应的分子途径细胞感受、转导环境刺激、调节代谢反应的分子途径四四 细胞的信号转导细胞的信号转导思考与讨论：思考与讨论：当人们受到惊吓或突然遇到紧急情况时，会产生应激反应，其中包括立即分泌肾上腺素进入血液、血压升高、心率加快及心输出量增加、糖原分解等。糖原分解为单糖是动物运动所必需的，因为单糖分解可产生肌肉收缩所需的能源物质ATP。那么，这种应激反应是如何发生的？此应激反应的信号转导过程又是怎样的呢？四四 细胞的信号转导细胞的信号转导3 3、实例、实例应激反应应激反应内分

12、泌腺内分泌腺外界刺激外界刺激肾上腺素肾上腺素血液运输血液运输肝细胞或肌细胞肝细胞或肌细胞(细胞膜上的肾上腺素受体细胞膜上的肾上腺素受体)胞内信号胞内信号环腺苷酸（环腺苷酸（cAMP）增加增加血液或肌细胞中的葡萄糖浓度血液或肌细胞中的葡萄糖浓度产生产生更多的能量更多的能量采取行动采取行动应对突发事件应对突发事件细胞信号转导模式图细胞信号转导模式图 细胞识别周围环境中存在的各细胞识别周围环境中存在的各种化学、物理及生物信号，并将种化学、物理及生物信号，并将其转换为细胞内各种分子活性的其转换为细胞内各种分子活性的变化，从而改变细胞的某些代谢变化，从而改变细胞的某些代谢过程，甚至影响细胞的基因表达，过

13、程，甚至影响细胞的基因表达，最终影响细胞的生长、发育或适最终影响细胞的生长、发育或适应性。应性。四四 细胞的信号转导细胞的信号转导第第2 2节节遗传信息的传递遗传信息的传递问题探讨问题探讨 俗话说：俗话说：“龙生龙，凤生凤，老鼠龙生龙，凤生凤，老鼠的儿子会打洞的儿子会打洞 。” 遗传基因携带的遗传信息在很大程遗传基因携带的遗传信息在很大程度上决定了生物体的代谢过程和性状度上决定了生物体的代谢过程和性状的表达，那么遗传信息如何传递，又的表达，那么遗传信息如何传递，又是怎样控制生物体性状的表达呢？是怎样控制生物体性状的表达呢？一一 细胞核在遗传信息传递中的作用细胞核在遗传信息传递中的作用1831年

14、，年，布朗布朗首次发现了细胞核首次发现了细胞核除了除了人与哺乳动物的成熟红细胞人与哺乳动物的成熟红细胞和和植物的筛管细胞植物的筛管细胞等等极少数细胞外，多数真核细胞都有细胞核。极少数细胞外，多数真核细胞都有细胞核。植物的筛管细胞植物的筛管细胞人与哺乳动物成熟的红细胞人与哺乳动物成熟的红细胞一一 细胞核在遗传信息传递中的作用细胞核在遗传信息传递中的作用任何有核细胞，去核以后就会失去固有的生活任何有核细胞，去核以后就会失去固有的生活能力，很快趋于死亡。能力，很快趋于死亡。人及哺乳动物的红细胞人及哺乳动物的红细胞成熟以后失去核，就不能再繁殖。这些现象表成熟以后失去核，就不能再繁殖。这些现象表明细胞核

15、在生命活动中具有重要作用。明细胞核在生命活动中具有重要作用。那么，细胞核的主要功能是什么呢？那么，细胞核的主要功能是什么呢？一一 细胞核在遗传信息传递中的作用细胞核在遗传信息传递中的作用仔细阅读并分析以下实验，仔细阅读并分析以下实验，你认为形成伞藻再生你认为形成伞藻再生“帽帽”的遗传信息贮存于细胞的的遗传信息贮存于细胞的什么结构中？什么结构中？阅读与分析：阅读与分析：伞藻的每一个藻体就是一个伞藻的每一个藻体就是一个细胞，由假根、柄和帽组成，细胞，由假根、柄和帽组成，细胞核位于假根中。伞藻具细胞核位于假根中。伞藻具再生能力，如果将伞藻帽切再生能力，如果将伞藻帽切除后，从柄上还可长出一个除后，从柄

16、上还可长出一个新的伞藻帽。乙伞藻的柄嫁新的伞藻帽。乙伞藻的柄嫁接在甲伞藻的假根上，结果接在甲伞藻的假根上，结果长出了甲伞藻的长出了甲伞藻的“帽帽”。资料资料资料资料2 2美西螈核移植实验美西螈核移植实验白白美西螈美西螈卵细胞卵细胞黑美西螈黑美西螈胚胎细胞胚胎细胞去细胞核去细胞核取核取核黑色个体黑色个体一一 细胞核在遗传信息传递中的作用细胞核在遗传信息传递中的作用资料 变形虫切割、核移植实验死亡死亡一段时间后一段时间后植入细胞核植入细胞核死亡死亡正常生活正常生活正常生活正常生活无核部分无核部分有核部分有核部分取出核取出核死亡死亡一一 细胞核在遗传信息传递中的作用细胞核在遗传信息传递中的作用一一

17、细胞核在遗传信息传递中的作用细胞核在遗传信息传递中的作用以上实验表明，细胞核是细胞内一个非常重要的以上实验表明，细胞核是细胞内一个非常重要的结构，在细胞的生命活动中起结构，在细胞的生命活动中起主导作用主导作用。细胞核的功能：细胞核的功能：细胞核是细胞核是贮存贮存和和复制复制遗传信息的遗传信息的主要主要场所场所。细胞核是细胞遗传特性和细胞代谢活细胞核是细胞遗传特性和细胞代谢活动的动的控制中心控制中心。细胞核在细胞的生命活动中起着决定细胞核在细胞的生命活动中起着决定性的作用。性的作用。一一 细胞核在遗传信息传递中的作用细胞核在遗传信息传递中的作用凡是无核的细胞，既不能生长也不能分裂，如凡是无核的细

18、胞，既不能生长也不能分裂，如人成熟的红细胞。人工去核的细胞，一般不能人成熟的红细胞。人工去核的细胞，一般不能存活太久。存活太久。细胞核的细胞核的结构与功能是相适应的结构与功能是相适应的。细胞核的形。细胞核的形态结构在细胞生活周期的不同阶段变化很大。态结构在细胞生活周期的不同阶段变化很大。典型的细胞核的结构包括典型的细胞核的结构包括核被膜核被膜、核仁核仁、染色染色质（染色体）质（染色体）和和核基质核基质4部分。部分。细胞核在很大程度上控制着细胞的分裂、生长、分化、发细胞核在很大程度上控制着细胞的分裂、生长、分化、发育和繁殖等活动，保证遗传信息能稳定地代代传递下去。育和繁殖等活动，保证遗传信息能稳

19、定地代代传递下去。一一 细胞核在遗传信息传递中的作用细胞核在遗传信息传递中的作用核被膜：核被膜：双层膜，为选择透双层膜，为选择透过性膜过性膜。核被膜是。核被膜是唯一唯一可以可以让某些生物大分子物质（如让某些生物大分子物质（如mRNA）自由通过的生物膜，）自由通过的生物膜，因为上面有核孔。因为上面有核孔。两层膜之间的空隙称为两层膜之间的空隙称为核周腔。核周腔。外膜与内质网相连，上外膜与内质网相连，上有核糖体。有核糖体。一一 细胞核在遗传信息传递中的作用细胞核在遗传信息传递中的作用核仁：核仁：与核糖体的形成有关。蛋白质合成旺盛，与核糖体的形成有关。蛋白质合成旺盛，生长活跃的细胞核仁大。生长活跃的细

20、胞核仁大。核被膜和核仁在细胞分裂过程中都表现出周期核被膜和核仁在细胞分裂过程中都表现出周期性地消失与重建。性地消失与重建。一一 细胞核在遗传信息传递中的作用细胞核在遗传信息传递中的作用核基质核基质核孔核孔一一 细胞核在遗传信息传递中的作用细胞核在遗传信息传递中的作用染色质和染色体是同一物染色质和染色体是同一物质在细胞不同时期（即分质在细胞不同时期（即分裂间期和分裂期）的两种裂间期和分裂期）的两种形态。形态。染色质和染色体染色质和染色体染色质染色质( (细胞分裂结束时细胞分裂结束时) )染色体染色体( (细胞分裂期细胞分裂期) ) 染色质和染色体是染色质和染色体是同一种物质同一种物质在细胞在细胞

21、不同时期的两种存在状态不同时期的两种存在状态。高度螺旋、变短变粗高度螺旋、变短变粗解开螺旋、恢复细长丝状解开螺旋、恢复细长丝状染色质染色质染色体染色体一一 细胞核在遗传信息传递中的作用细胞核在遗传信息传递中的作用 染色体染色体DNA蛋白质蛋白质染色质染色质染色质与染色体的异同点染色质与染色体的异同点染色质染色体相相同同点点不不同同点点成分成分主要是和蛋白质主要是和蛋白质易被碱性染料染成深色易被碱性染料染成深色遗传信息的主要载体遗传信息的主要载体特性特性功能功能出现时期出现时期形态形态分裂间期分裂间期分裂期分裂期细长丝状细长丝状圆柱状圆柱状或杆状或杆状一一 细胞核在遗传信息传递中的作用细胞核在遗

22、传信息传递中的作用二二 遗传信息的传递过程遗传信息的传递过程细胞核是细胞核是贮存遗传信息贮存遗传信息的场所。的场所。细胞核中细胞核中的染色体是遗传信息的载体的染色体是遗传信息的载体。染色体的主。染色体的主要成分是要成分是DNA，遗传信息就存在于，遗传信息就存在于DNA上。上。DNA不能直接影响性状，直接影响不能直接影响性状，直接影响性状的是蛋白质。性状的是蛋白质。那么那么DNA中的遗传信息又是怎样传递到中的遗传信息又是怎样传递到蛋白质，从而控制表现出来的外部性状的蛋白质，从而控制表现出来的外部性状的呢？呢？二二 遗传信息的传递过程遗传信息的传递过程1、转录、转录（1）场所场所：细胞核细胞核中进

23、行；中进行；（2）过程过程：DNA上的遗传信息传递到上的遗传信息传递到mRNA上的过程。上的过程。2、翻译、翻译（1）场所场所：细胞质细胞质的核糖体上进行；的核糖体上进行；（2）过程过程：mRNA指导合成蛋白质的过程指导合成蛋白质的过程称为翻译。翻译需要转运称为翻译。翻译需要转运RNA(tRNA)。二二 遗传信息的传递过程遗传信息的传递过程遗传信息由遗传信息由DNA流向流向mRNA，再由，再由mRNA流向蛋白质，蛋白质使生物体的形流向蛋白质，蛋白质使生物体的形态及功能得以实现。同时，态及功能得以实现。同时，DNA还可以还可以进行自我复制，从而将遗传信息传递给新进行自我复制，从而将遗传信息传递给

24、新生成的细胞。生成的细胞。DNAmRNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译复复制制遗传信息的传递遗传信息的传递第第3 3节节神经信息的传递神经信息的传递神经系统是由神经系统是由神神经细胞经细胞构成的。构成的。神经细胞又叫神神经细胞又叫神经元经元，是神经信，是神经信息传送的息传送的结构基结构基础础。 神经调节的基本方式是神经调节的基本方式是反射反射。 反射的结构基础是反射的结构基础是反射弧反射弧。 神经信息的传递都是通过神经信息的传递都是通过反射弧反射弧来实来实现的，反射弧由现的，反射弧由感受器、传入神经、神感受器、传入神经、神经中枢、传出神经和效应器经中枢、传出神经和效应器5部分组成的。部分组成的。

25、神经信息的传递：神经信息的传递：感受器感受器传入神经传入神经神经中枢神经中枢传出神经传出神经效应器效应器反射弧的结构反射弧的结构感受器感受器效应器效应器传入神经传入神经传出神经传出神经神经中枢神经中枢反射必须依靠完整的反射弧完成。反射必须依靠完整的反射弧完成。神经信息的传送路线神经信息的传送路线一一 神经信息在神经纤维上的传导神经信息在神经纤维上的传导静息电位：静息电位：细胞未受刺激时，即处于细胞未受刺激时，即处于“静息静息”状状态下细胞膜两侧所存在的态下细胞膜两侧所存在的电位差电位差叫膜电位，又称叫膜电位，又称为静息电位。为静息电位。静息电位：静息电位：外正内负（膜外带正电，膜内带负电）。外

26、正内负（膜外带正电，膜内带负电）。动作电位：动作电位：当神经细胞受到当神经细胞受到适当刺激适当刺激时，由于受到时，由于受到刺激部位的细胞膜对刺激部位的细胞膜对离子的透性离子的透性的改变而产生瞬间的改变而产生瞬间可传导的电位变化，叫动作电位（可传导的电位变化，叫动作电位（神经冲动神经冲动）。）。在神经细胞，动作电位一经产生便会以波的形式在神经细胞，动作电位一经产生便会以波的形式沿细胞膜快速传导，即沿细胞膜快速传导，即动作电位的传导动作电位的传导。神经细胞是以神经细胞是以生物电生物电的形式传导信息的的形式传导信息的。二二 神经信息在神经细胞间的传递神经信息在神经细胞间的传递当动作电位经传导到达轴突末端时，末端部位释当动作电位经传导到达轴突末端时，末端部位释放一种特殊的化学物质即放一种特殊的化学物质即神经递质神经递质。乙酰胆碱是乙酰胆碱是一种最普遍的神经递质。一种最普遍的神经递