第五章生命的自我调控

第五章生命的自我调控细胞间通讯神经系统的信息传递激素系统的信息传递免疫系统的信息传递

贝时璋教授这样解释生命：根据生物物理学的观点，无非是自然界三个量综合运动的表现，即物质、能量和信息在生命系统中无时无刻地在变化，这三个量有组织、有秩序的活动是生命的基础。信息流起着调节控制物质和能量代谢的作用。

薛定谔：“生命的基本问题是信息问题”

第一节细胞间通讯

在多细胞生物中，细胞能集合成组织，表现出整体性，细胞识别和通讯起了重要作用。一、细胞通讯的基本原理1、细胞是通过细胞信号和受体进行通讯的。细胞通讯是指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞并产生相应的反应。

细胞信号是指参与通讯的细胞产生的、能影响细胞的化学物质，包括激素、细胞因子、神经递质、气体分子和血管活性物质等。近年来最受注目的细胞信号是细胞因子（活细胞产生的多肽或蛋白质）和NO。

同一种信号引起的不同靶细胞的不同响应所有细胞只响应一种或几种细胞外信号

细胞受体是细胞表面或亚细胞组分中的一种分子，可以识别并特异地与有生物活性的化学信号物质（配体）结合，从而激活或启动一系列生物化学反应，最后导致该信号物质特定的生物效应。

受体必备的三个条件：①能识别和结合信号分子

（专一性、高亲和力、饱和性、可逆性）②能转导信号为细胞反应③能产生相应的生理效应受体在细胞内的分布、数量、种类具组织特异性。细胞只有通过受体才能识别并结合细胞信号分子，若受体蛋白缺损或功能不全将导致疾病。细胞受体的类型：G蛋白偶联受体：七次跨膜蛋白质。胞外结构识别信号分子，胞内结构与G蛋白偶联，通过G蛋白起动下游信号转导。酶偶联受体：单次跨膜蛋白。接受配体后二聚化和自磷酸化，起动下游信号转导。离子通道受体：由多个蛋白质亚基构成，受体本身为离子通道。细胞内受体：细胞质或细胞核内组分，接受进入细胞内的信号分子。2、细胞之间的通讯方式是周边通讯、内分泌通讯和突触能讯。

周边通迅：是一种相邻细胞的短距离通迅一个细胞只能影响它周围的细胞，也叫旁泌。

突触通迅：是一类依赖相邻细胞间特殊的突触结构的长距离通迅，它是神经元的通迅方式。

内分泌通迅：是在体液中进行的长距离通迅。二、细胞内信息转导途径与信息加工的神经网络原理1、细胞内信息传递途径受体门控离子通道：受体直接操纵离子通道的开和关，改变细胞膜对离子的通透性。是一种快速的信息传递通道。

受体G蛋白体系：第一信号（配体）与专一性受体识别并结合。受体-配体复合物激活细胞膜中腺苷酸环化酶。ATP在环化酶作用下形成cAMP。以cAMP为第二信号激活蛋白激酶A启动一系列胞内反应最终产生生物效应。受体酪氨酸激酶体系：结合的配体激活受体的酶活性，然后由激活的酶去激活产生第二信号的效应物。细胞内受体信息转导：细胞信号与受体结合将引起转录因子活化，因此细胞响应的方式是某些蛋白质的合成改变。（应该指出的是从细胞表面受体接收外部信号到最后作出综合应答，不仅是一个信号的转导过程，更重要的是将信号进行逐步放大的过程。）第二信使：由细胞表面受体接受信号后转换而来的细胞内信号称为第二信使。（cAMP、cGMP、Ca2+、磷酸肌醇、二酰甘油、花生四烯酸等）2、细胞信息传导的神经网络原理神经网络的高度内联式结构的效应是一旦它受到某项训练完成了一个任务，那么这套工作程序就不容易由于某个特殊单元被修改或被除去而消失。第二节神经系统的信息传递

一、神经系统概述

1、神经元的类型、结构、功能

类型：按神经元的突起分：单极神经元双极神经元多极神经元

按神经元的功能分：中间神经元感觉神经元动运神经元。结构：细胞体：代谢中心，信息接收和处理部位。树突：输入通道，接受其他神经元的信息。轴突：输出通道。突触：信息的输入输出接口。功能：时空整合功能：包括时间整合和空间整合。两种状态：兴奋和抑制。具脉冲和电位的转换：突触界面具脉冲和电位转换功能。神经纤维的传导速度：随纤维的粗细、髓鞘的有无的不同而不同。突触延时和不应期：两个相邻冲动需要一个时间间隔。学习、遗忘、疲劳：由于结构的可塑性，传递信息的强度是可变的，增强、减弱和饱和，所以细胞具学习功能，遗忘和疲劳效应。2、人脑的神经网络系统

辐射式聚合式连锁式环式3、人脑神经网络信息处理的特点分布存储与冗余性并行处理可塑性和自组织性鲁棒性二、神经信息的传递

神经系统产生两类形式的信息：神经冲动和神经递质。1、神经冲动：神经冲动是神经细胞产生的动作电位或者锋电位。是在神经细胞受到刺激后产生的。一个动作电位包括去极化、反极化和复极化过程。去极化：Na通道打开，Na离子进入细胞膜内电压变为零。反极化：Na离子大量进入细胞，膜内电位变正。复极化：Na通道关闭（在未达到极化状态时不会打开），K通道打开，K离子的外出使膜内电压降低。K、Na泵再度发挥作用，放Na吸K。所谓神经传导就是动作电位沿神经纤维按顺序发生。神经冲动在神经纤维上的传导具双向性、完整性、绝缘性和相对不疲劳性。神经冲动如何通过化学突触？2、神经递质

神经递质是神经细胞产生的化学信息。由突触前膜释放作用于突触后受体，在触发突触后功能效应后，迅即消失。①冲动引起Ca离子进入突触前膜末端。②突触前囊泡与质膜融合，释放递质。③递质与后膜受体结合，打开离子通道。④递质离开，通道关闭。由于突触的存在神经冲动只能沿着一个方向传递，即从一个神经元的树突、胞体、轴突到另下一个神经元的树突或胞体。神经递质的传递具单向、突触延时、总和、兴奋节律改变、后发放、受内环境影响、易疲等特点。神经调质：另一类神经信息，调节递质的释放和作用强度。第三节激素系统的信息传递一、激素系统概述内分泌系统是由内分泌腺和分散存在于某些组织器官中的内分泌细胞组成的一个体内信息传递系统，它与神经系统密切联系，相互配合，共同调节机体的各种功能活动，维持内环境相对稳定。

1、激素的分泌

激素：由内分泌腺或散在的内分泌细胞所分泌的高效能的生物活性物质，经组织液或血液传递而发挥其调节作用的化学物质。2、激素的分类⑴含氮激素肽类和蛋白质激素（主要有下丘脑调节肽、神经垂体激素、腺垂体激素、胰岛素、甲状旁腺激素、降钙素以及胃肠激素等。）胺类激素（包括肾上腺素、去甲肾上腺素和甲状腺激素。）⑵类固醇（甾体）激素类固醇激素（由肾上腺皮质和性腺分泌的激素，如皮质醇、醛固酮、雌激素、孕激素以及雄激素等）3、激素作用的一般特性激素虽然种类很多，作用复杂，但它们在对靶组织发挥调节作用的过程中，具有某些共同的特点。⑴激素的信息传递作用激素既不能添加成分，也不能提供能量，仅仅起着“信使”的作用。

⑵激素作用的相对特异性被激素选择作用的器官、组织和细胞，分别称为靶器官、靶组织和靶细胞。

⑶激素的高效能生物放大作用

激素与受体结合后，在细胞内发生一系列酶促放大作用，一个接一个，逐级放大效果，形成一个效能极高的生物放大系统。

⑷激素间的相互作用（协同作用、拮抗作用、允许作用）二、激素作用的机制（一）含氮激素的作用机制——第二信使学说

①激素作为第一信使与靶细胞膜上的专一性受体结合；②激素与受体结合后，激活膜上的腺苷酸环化酶系统；③在Mg2+存在的条件下，腺苷酸环化酶促使ATP转变为cAMP，cAMP是第二信使，信息由第一信使传递给第二信使；④cAMP使无活性的蛋白激酶（PKA）激活，催化细胞内多种蛋白质发生磷酸化反应，包括一些酶蛋白发生磷酸化，从而引起靶细胞各种生理生化反应。（二）类固醇激素作用机制——基因表达学说第一步：激素与胞浆受体结合，形成激素-胞浆受体复合物。当激素进入细胞内与胞浆受体结合后，受体蛋白发生构型变化，从而使激素-胞浆受体复合物获得进入核内的能力，由胞浆转移至核内。第二步：与核内受体相互结合，形成激素-核受体复合物，从而激发DNA的转录过程，生成新的mRNA，诱导蛋白质合成，引起相应的生物效应。第四节免疫系统的信息传递一、免疫系统概述1、识别标志血型：红细胞血型、（ABO血型、Rh血型）白细胞血型（组织相容性抗原）抗原：任何能与抗体结合或能与淋巴细胞表面受体结合并引起免疫反应的物质。条件：异物性大分子具一定的化学组成与结构2、识别系统

免疫系统：免疫系统由免疫器官（骨髓、胸腺、脾脏、淋巴结、扁桃体、小肠集合淋巴结、阑尾等）、免疫细胞（淋巴细胞、单核吞噬细胞、中性粒细胞、嗜碱粒细胞、嗜酸粒细胞、肥大细胞、血小板等），以及免疫分子（补体