细胞的信息传递.ppt

授课教师：张尧,生命与非生物物质最显著的区别在于生命是一个完整的自然的信息系统。生命现象是信息在同一或不同时空传递的现象，生物的进化实质上就是信息系统的进化。,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，必须有信息的传递和交流，即细胞通讯。细胞通讯的信息类型可分为3类：环境信息、遗传信息和神经信息。,问题探究,当我们用手触摸含羞草的叶子时，那么它的所有小叶都会收缩合拢。给跳舞草唱歌，跳舞草就会翩翩起舞。用手触摸紫薇花的树干，树的全身会要动起来。,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？,一 胞间信号,人与人之间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，如声波、文字、电磁波等。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实现。,在细胞间通讯（生物信息传递）中起信号作用的是什么呢？,一 胞间信号,阅读与分析：,乙烯，植物激素,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？,资料1：一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，整箱苹果很快就变得美味可口了。这是由于成熟的苹果能释放出乙烯，乙烯能使苹果很快成熟。,一 胞间信号,资料2：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，“通知”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。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，以减慢葡萄糖的转移和利用，从而保持血糖浓度的稳定。,胰岛素，动物激素,一 胞间信号,胞间信号：通过化学物质，把代谢信息传递给了目的细胞，完成了细胞与细胞间的通讯联络任务，从而影响代谢过程，这种化学物质叫胞间信号。,胞间信号（第一信使）的种类：激素、神经递质、生长因子及NO。,另外，一些物理信号（如冷、热刺激）和生物信号（如病原菌侵染）也可以作为胞间信号向细胞传递信息，引起细胞发生保护性应答反应，避免自身受到伤害。,二 胞间信号的受体,受体：细胞表面或内部存在类似天线的物质（如糖蛋白、脂蛋白等），用来接收胞间信号分子，这种物质被称为受体。,受体的特点：,受体是细胞表面或内部的一种生物大分子物质；,特异性：受体可以识别并特异地与化学信号分子（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。,二 胞间信号的受体,细胞表面受体模式图,三 胞内信号,1.产生：第一信使与膜上的受体结合，激活膜上的信号转换机制，从而产生了细胞内识别的“语言”环腺苷酸（cAMP），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）。,2.主要类型：除环腺苷酸（cAMP）外，还有如Ca2+、1,2-二酰甘油（DAG），1,4,5-三磷酸肌醇（IP3）等。,三 胞内信号,3.功能：,4.特性：具有明显的通用性。,(1)激活一些酶及非酶蛋白的活性，由此控制细胞的生命活动；,(2)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 细胞的信号转导,细胞的信号转导：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。,1、基本过程：,胞间信号（第一信使）,胞内信号（第二信使）,细胞内,生理效应的表现,2、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,四 细胞的信号转导,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 细胞的信号转导,3、实例应激反应,内分泌腺,肾上腺素,肝细胞或肌细胞(细胞膜上的肾上腺素受体),环腺苷酸（cAMP）,血液或肌细胞中的葡萄糖浓度,更多的能量,应对突发事件,细胞信号转导模式图,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过程，甚至影响细胞的基因表达，最终影响细胞的生长、发育或适应性。,四 细胞的信号转导,问题探讨,俗话说：“龙生龙，凤生凤，老鼠的儿子会打洞。”,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？,一 细胞核在遗传信息传递中的作用,1831年，布朗首次发现了细胞核,除了人与哺乳动物的成熟红细胞和植物的筛管细胞等极少数细胞外，多数真核细胞都有细胞核。,植物的筛管细胞,人与哺乳动物成熟的红细胞,一 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能力，很快趋于死亡。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？,一 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，你认为形成伞藻再生“帽”的遗传信息贮存于细胞的什么结构中？,阅读与分析：,伞藻的每一个藻体就是一个细胞，由假根、柄和帽组成，细胞核位于假根中。伞藻具再生能力，如果将伞藻帽切除后，从柄上还可长出一个新的伞藻帽。乙伞藻的柄嫁接在甲伞藻的假根上，结果长出了甲伞藻的“帽”。,资料,资料2美西螈核移植实验,去细胞核,取核,黑色个体,一 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,一段时间后,植入细胞核,正常生活,死亡,一 细胞核在遗传信息传递中的作用,一 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结构，在细胞的生命活动中起主导作用。,细胞核的功能：贮存和复制遗传信息的主要场所，是细胞遗传特性和细胞代谢活动的控制中心，因此，它是细胞结构中最重要的部分。,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。,一 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，如人成熟的红细胞。人工去核的细胞，一般不能存活太久。,细胞核的结构与功能是相适应的。细胞核的形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核被膜、核仁、染色质（染色体）和核基质4部分。,一 细胞核在遗传信息传递中的作用,核被膜：双层膜，为选择透过性膜。核被膜是唯一可以让某些生物大分子物质（如mRNA）自由通过的生物膜，因为上面和核孔。,两层膜之间的空隙称为核周腔。,外膜与内质网相连，上有核糖体。,一 细胞核在遗传信息传递中的作用,核仁：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。,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。,一 细胞核在遗传信息传递中的作用,核基质,核孔,一 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质在细胞不同时期（即分裂间期和分裂期）的两种形态。,染色质和染色体,染色质(细胞分裂结束时),染色体(细胞分裂期),高度螺旋、变短变粗,解开螺旋、恢复细长丝状,染色质和染色体是同一种物质在细胞不同时期的两种存在状态。,染色质,染色体,一 细胞核在遗传信息传递中的作用,染色体,DNA,蛋白质,染色质,染色质与染色体的异同点,成分,主要是和蛋白质,易被碱性染料染成深色,遗传信息的主要载体,特性,功能,出现时期,形态,分裂间期,分裂期,细长丝状,圆柱状或杆状,一 细胞核在遗传信息传递中的作用,二 遗传信息的传递过程,细胞核是贮存遗传信息的场所。细胞核中的染色体是遗传信息的载体。染色体的主要成分是DNA，遗传信息就存在于DNA上。DNA不能直接影响性状，直接影响性状的是蛋白质。,那么DNA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呢？,二 遗传信息的传递过程,科学家发现，如果将巨型伞藻切成两半，没有细胞核的那半能够保持正常的蛋白质合成达一个多月之久。这表明蛋白质的合成是在细胞质中进行的。真核生物的DNA主要集中在核中，而像DNA这样的大分子是无法通过核孔进入细胞质中的，因此，科学家推测，必然有一种物质，充当DNA和蛋白质间的信使，将DNA中的遗传信息带到合成蛋白质的场所。最后研究发现具备这种功能的是信使RNA（mRNA）。,二 遗传信息的传递过程,1、转录,（1）场所：细胞核中进行；,（2）过程：DNA上的遗传信息传递到mRNA上的过程。,2、翻译,（1）场所：细胞质的核糖体上进行；,（2）过程：mRNA指导合成蛋白质的过程称为翻译。翻译需要转运RNA(tRNA)。,二 遗传信息的传递过程,遗传信息由DNA流向mRNA，再由mRNA流向蛋白质，蛋白质使生物体的形态及功能得以实现。同时，DNA还可以进行自我复制，从而将遗传信息传递给新生成的细胞。,遗传信息的传递,选学,人体或动物通过神经系统感受并传送环境刺激的信息，从而做出各种应答反应，以保证机体各部分的协调及与环境的统一。神经系统是如何感受和传送环境刺激信息的呢？,问题探讨,神经系统是由神经细胞构成的。神经细胞又叫神经元，是神经信息传送的结构基础。,思考与讨论,听到电话铃响，你就会去接电话。下图显示了这个反应的神经信息的传送路线。由图可以看到，神经信息的传送分两种情况：一是神经信息在一个神经元内部的传送；二是神经信息需要跨细胞传送。二者传送的机制是否相同呢？,神经信息的传送路线,一 神经信息在神经纤维上的传导,阅读与分析：,仔细阅读下列材料，并回答问题：,1、什么是膜电位和动作电位？神经细胞在受到刺激时会发生怎样的变化？,2、神经细胞以什么形式传送环境中的信息的？,许多无脊椎动物，如乌贼、虾、蟹等，都有极粗的神经纤维，直径可达1mm，称为巨轴突。霍奇金等选择枪乌贼的巨轴突为研究对象，利用一个灌注海水的玻璃毛细管作为电极直接插入巨轴突膜内，另一电极置于膜外，两电极之间只隔一层细胞膜，以此来测定膜电位。将两电极接到放大器和示波器上，直接记录膜电位（膜内为负，膜外为正）。霍奇金在神经纤维的一端记录膜电位的同时，在另一端给予刺激，经过极短时间的潜伏期后，记录电极部位就会在膜电位的基础上出现一个快速的生物电变化，即产生了一个瞬间的动作电位。,一 神经信息在神经纤维上的传导,一 神经信息在神经纤维上的传导,静息电位：细胞未受刺激时，即处于“静息”状态下细胞膜两侧所存在的电位差叫膜电位，又称为静息电位。,静息电位：外正内负（膜外带正电，膜内带负电）。,动作电位：当神经细胞受到适当刺激时，由于受到刺激部位的细胞膜对离子的透性的改变而产生瞬间可传导的电位变化，叫动作电位（神经冲动）。,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，即动作电位的传导。,神经细胞是以生物电的形式传导信息的。,二 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，末端部位释放一种特殊的化学物质即神经递质。乙酰胆碱是一种最普遍的神经递质。神经递质又可刺激后面的神经细胞产生冲动，使神经信息继续向下传递。依次类推，神经信息沿反射弧定向传送，最终到达效应器，产生生理反应。,神经递质的释放,二 神经信息在神经细胞间的传递,兴奋传递过程：,细胞不停地进行着物质代谢、能量代谢和信息传递。那么细胞中各种不同的、独立的组成结构是如何完成复杂的代谢过程的？物质代谢、能量代谢和信息传递之间又存在怎样的关系呢？,问题探讨,一 细胞的整体性,1、组成生物体的化合物不是杂乱无章地堆聚在一起，而是有机地结合；,2、各种细胞器之间并不是孤立的，它们虽有分工，却又相互配合、密切联系。,例如：分泌蛋白的合成及分泌的过程可以说明结构、功能之间的关系。,二 物质代谢、能量代谢和信息传递间的联系,1、新陈代谢的基础：物质代谢、能量代谢和信息传递。,2、相互联系：,(1)外界环境刺激和胞间信号分子作用于细胞后，通过信号转导过程诱导基因表达并引起物质代谢和能量代谢的变化。,(2)物质代谢包括合成反应和分解反应两方面。合成反应贮存能量，分解反应通常释放能量。,二 物质代谢、能量代谢和信息传递间的联系,2、相互联系：,(3)在细胞中，能量被用于移动物质、建造复杂的分子及形成和维持细胞内的有序状态。因此，物质代谢的同时总是伴随着能量代谢的过程。,(4)细胞内物质代谢和能量代谢之所以能协调低进行，信息传递起着调节和控制的作用。另外，物质代谢和能量代谢又为信息传递提供物质和能量的基础。,再见,