《生物生命活动的调控》课件

生物生命活动的调控什么是生命调控定义目的生命调控是指生物体通过各种机制，对自身的生命活动进行调节和控制的过程它涉及基因表达、蛋白质合成、代谢通路以及细胞间的相互作用等多个层面通过生命调控，生物体能够维持内部环境的稳定，适应外部环境的变化，并完成生长、发育和繁殖等生命过程生命调控的基本概念稳态反馈调节12稳态是生命调控的核心概念，反馈调节是一种重要的生命调指生物体通过各种调节机制，控机制，通过监测生理参数的维持内部环境的相对稳定这变化，并根据变化情况调整调包括对体温、血糖、血压等生控信号，从而维持稳态反馈理参数的调节，以及对细胞内调节分为正反馈和负反馈两种离子浓度和pH值等环境的维持类型，其中负反馈是最常见的调节方式信号通路生命调控的重要性维持稳态适应环境健康保障生命调控对于维持生物体的稳态至关重要生命调控使生物体能够适应环境的变化通生命调控的异常会导致各种疾病的发生例通过精密的调控机制，生物体能够保持内部过调节基因表达、蛋白质合成等过程，生物如，基因突变、信号通路异常等都可能导致环境的相对稳定，从而保证正常的生理功能体可以应对营养缺乏、环境污染等外部压力肿瘤、遗传性疾病等生命调控的层次分子水平涉及、和蛋白质等生物大分子的调控，例如基因表达调控、蛋白质修饰和降解等DNA RNA细胞水平涉及细胞周期、信号转导、细胞间通信等方面的调控，例如细胞增殖、分化和凋亡等组织水平涉及激素、免疫和神经等系统的调控，例如组织生长、修复和炎症反应等器官水平涉及器官间协调和功能平衡等方面的调控，例如呼吸、循环和消化等个体水平涉及应激反应、能量代谢和体温调节等方面的调控，例如生长发育、生殖和适应性调控等分子水平调控和基因表达调控转录调控机制DNA通过调控的结构和基因的转录、通过转录因子等蛋白质与的结DNA DNA翻译等过程，控制蛋白质的合成，合，调节基因的转录起始和转录速从而影响细胞的生命活动率，从而控制基因的表达水平表观遗传学调控通过甲基化、组蛋白修饰等方式，改变基因的表达模式，从而影响细胞DNA的生命活动，而这些改变并不涉及序列的改变DNA和基因表达调控DNA结构调控DNA1的结构调控包括的超螺旋、的甲基化等这些调控DNA DNA DNA可以影响基因的转录活性，从而调控基因的表达基因转录调控2基因转录调控是指通过调控聚合酶与的结合、转录因子RNA DNA的活性等方式，来调控基因的转录过程转录调控是基因表达调控的关键环节基因翻译调控3基因翻译调控是指通过调控核糖体与的结合、翻译因子的mRNA活性等方式，来调控基因的翻译过程翻译调控可以影响蛋白质的合成量转录调控机制启动子增强子1启动子是上的一段序列，聚合酶增强子是上的一段序列，转录因子结DNA RNADNA结合到启动子上，启动基因的转录2合到增强子上，增强基因的转录绝缘子沉默子4绝缘子是上的一段序列，阻止增强子沉默子是上的一段序列，转录因子结DNA DNA3或沉默子对其他基因的影响合到沉默子上，抑制基因的转录转录因子的作用激活转录某些转录因子可以与上的特定序列结合，激活基因的转录，增加的合成量1DNA mRNA抑制转录2另一些转录因子可以与DNA上的特定序列结合，抑制基因的转录，减少的合成量mRNA调控发育3一些转录因子在胚胎发育过程中起着关键作用，调控特定基因的表达，决定细胞的命运表观遗传学调控甲基化DNA1在序列的特定位点添加甲基，通常会抑制基因的表达DNA组蛋白修饰2通过对组蛋白进行乙酰化、甲基化等修饰，改变染色质的结构，影响基因的表达非编码RNA3一些非编码RNA，如miRNA和lncRNA，可以与mRNA或DNA结合，调控基因的表达蛋白质水平调控蛋白质修饰蛋白质降解酶活性调节通过磷酸化、糖基化、泛素化等修饰，改通过泛素-蛋白酶体途径等方式，将不需要通过变构调节、共价修饰等方式，调节酶变蛋白质的活性、稳定性和定位，从而调或异常的蛋白质降解，从而维持细胞内的的活性，从而影响代谢通路的速率控蛋白质的功能蛋白质平衡蛋白质修饰磷酸化糖基化泛素化在蛋白质的特定氨基酸在蛋白质的特定氨基酸在蛋白质的特定氨基酸残基上添加磷酸基团，残基上添加糖基，可以残基上添加泛素，可以可以改变蛋白质的活性、影响蛋白质的折叠、稳标记蛋白质，使其被蛋与其他蛋白质的相互作定性和与其他分子的相白酶体降解，或者改变用以及在细胞内的定位互作用蛋白质的活性和定位蛋白质降解泛素蛋白酶体途径自噬1-2泛素-蛋白酶体途径是细胞内主自噬是一种细胞自吞噬的过程，要的蛋白质降解途径通过泛可以将细胞内的蛋白质、细胞素化标记蛋白质，然后由蛋白器等包裹在自噬体中，然后与酶体识别并降解溶酶体融合，进行降解溶酶体降解3溶酶体是细胞内的垃圾处理厂，可以降解细胞内的各种物质，包括蛋白“”质酶活性调节共价修饰通过在酶分子上添加或移除化学基团，改2变酶的活性例如，磷酸化、乙酰化等变构调节1通过调节分子与酶的变构位点结合，改变酶的构象，从而影响酶的活性反馈抑制代谢通路中的产物可以作为反馈抑制剂，抑制该通路中酶的活性，从而调节代谢通3路的速率细胞水平调控细胞周期调控1通过细胞周期蛋白和细胞周期蛋白依赖性激酶等分子，调控细胞周期的各个阶段，保证细胞分裂的正常进行信号转导通路2通过各种信号分子和受体，将细胞外部的信号传递到细胞内部，调控细胞的生命活动细胞间通信3通过细胞间的直接接触、分泌信号分子等方式，实现细胞间的相互作用，调控组织的生长和发育细胞周期调控期细胞生长，为复制做准备G1DNA期复制，将细胞的遗传物质复制S DNA一份G2期细胞继续生长，为细胞分裂做准备M期细胞分裂，将复制的遗传物质平均分配到两个子细胞中信号转导通路受体细胞表面的受体蛋白与信号分子结合，激活细胞内的信号通路信号分子信号分子通过一系列蛋白质的磷酸化、去磷酸化等过程，将信号传递到细胞核内转录因子信号通路最终激活转录因子，转录因子进入细胞核，调控基因的表达细胞间通信直接接触旁分泌内分泌细胞通过细胞表面的连接蛋白直接接触，细胞分泌信号分子，信号分子扩散到附近细胞分泌激素，激素通过血液循环到达全传递信号的细胞，作用于靶细胞身，作用于靶细胞细胞分化与命运决定多能干细胞1具有分化成多种细胞类型的能力定向分化2在特定信号的刺激下，细胞朝着特定的方向分化终末分化3细胞分化成特定的细胞类型，失去分化成其他细胞类型的能力细胞应激反应氧化应激反应2细胞在氧化压力下，激活抗氧化酶，清除自由基热休克反应1细胞在高温刺激下，产生热休克蛋白，保护细胞免受损伤损伤反应DNA细胞在损伤后，激活修复机制，DNADNA3修复损伤的DNA组织水平调控激素调节免疫系统调控神经系统调控内分泌系统分泌激素，通过血液循环到达免疫系统通过免疫细胞和免疫分子，清除神经系统通过神经递质和神经冲动，快速全身，作用于靶细胞，调控组织的生理功病原体和异常细胞，维持组织的健康调控组织的生理功能能激素调节胰岛素甲状腺激素皮质醇调节血糖水平，促进葡萄糖进入细胞调节代谢速率，影响生长发育调节应激反应，抑制炎症反应免疫系统调控固有免疫机体天生的防御机制，对病原体进行非特异性攻击适应性免疫机体后天获得的防御机制，对病原体进行特异性攻击神经系统调控神经递质神经冲动12神经细胞之间传递信息的化学神经细胞传递信息的电信号物质神经反射3机体对外界刺激做出的快速反应内分泌系统调控垂体2分泌多种激素，调控其他内分泌腺的功能下丘脑1控制内分泌系统的枢纽内分泌腺分泌激素，调节机体的生理功能3器官水平调控器官间协调1不同器官之间相互协调，共同完成生理功能器官功能平衡2维持各个器官功能的平衡，保证机体的正常运转器官再生与修复3在损伤后，促进器官的再生与修复器官间协调呼吸系统与循环系统1呼吸系统提供氧气，循环系统将氧气输送到全身消化系统与循环系统2消化系统消化食物，循环系统将营养物质输送到全身神经系统与内分泌系统3神经系统快速调控器官功能，内分泌系统长期调控器官功能器官功能平衡酸碱平衡水盐平衡血糖平衡维持体内酸碱度的平衡，保证细胞的正常维持体内水和盐的平衡，保证细胞的正常维持血糖水平的稳定，保证细胞的能量供功能渗透压应器官再生与修复肝脏皮肤骨骼具有较强的再生能力，具有较强的修复能力，具有较强的修复能力，损伤后可以再生损伤后可以修复骨折后可以愈合个体水平调控应激反应机体对外界刺激做出的防御反应能量代谢调控调节能量的摄取、储存和利用体温调节维持体温的稳定应激反应战斗或逃跑反应炎症反应12在危险情况下，机体做出战斗在组织损伤或感染时，机体发或逃跑的准备生的防御反应免疫反应3机体对病原体做出的防御反应能量代谢调控储存2将多余的能量储存起来，以备不时之需摄食1从食物中获取能量利用将储存的能量用于生命活动3体温调节寒冷环境1血管收缩，减少散热；骨骼肌颤抖，产热炎热环境2血管舒张，增加散热；汗腺分泌汗液，蒸发散热体温过高3采取降温措施，如物理降温、药物降温生长与发育生长发育细胞数量和体积的增加，导致机体体积的增大细胞分化和组织器官的形成，导致机体结构的复杂化生殖调控雌激素睾酮孕酮促进女性生殖器官的发育和维持，调节月经促进男性生殖器官的发育和维持，促进精子维持妊娠，抑制子宫收缩周期的生成适应性调控长期适应机体在长期受到环境刺激后，发生的结构和功能上的改变短期适应机体在短期内对环境刺激做出的反应遗传与环境互作基因型表型12机体的遗传组成机体表现出来的特征，是基因型与环境相互作用的结果环境3影响机体发育和生长的各种因素生命调控的分子机制蛋白质相互作用基因表达调控蛋白质之间相互作用，形成复合物，完成2生理功能调控基因的转录和翻译过程，控制蛋白质1的合成代谢通路调控调控代谢通路中酶的活性，控制代谢通3路的速率细胞因子调控5信号转导细胞因子是细胞间通信的信号分子，调控免疫反应和炎症反应4将细胞外部的信号传递到细胞内部，调控细胞的生命活动基因表达调控转录调控1调控RNA聚合酶与DNA的结合，控制基因的转录翻译调控2调控核糖体与的结合，控制基因的翻译mRNA降解调控RNA3调控的降解速率，控制基因的表达水平mRNA蛋白质相互作用蛋白质蛋白质相互作用-1蛋白质之间相互结合，形成复合物，完成生理功能蛋白质相互作用-DNA2蛋白质与结合，调控基因的表达DNA蛋白质相互作用-RNA3蛋白质与结合，调控的加工、转运和翻译RNA RNA代谢通路调控酶活性调节酶合成调节代谢物流调节通过变构调节、共价修饰等方式，调节酶通过调控基因表达，控制酶的合成量，从通过改变代谢物流的方向，调节代谢通路的活性，从而影响代谢通路的速率而影响代谢通路的速率的速率信号转导受体激酶转录因子细胞表面的受体蛋白与在信号通路中，激酶通信号通路最终激活转录信号分子结合，激活细过磷酸化其他蛋白质，因子，转录因子进入细胞内的信号通路传递信号胞核，调控基因的表达细胞因子调控白细胞介素干扰素12调控免疫细胞的生长、分化和抑制病毒复制，激活免疫细胞活性肿瘤坏死因子3诱导细胞凋亡，参与炎症反应生命调控的生理意义维持稳态应对环境变化1保证机体内部环境的稳定，维持正常的生使机体能够适应环境的变化，保证生存理功能2生长与发育繁衍后代4调控机体的生长和发育过程，保证正常的3调控生殖过程，保证物种的延续生命历程维持稳态体温调节1维持体温的稳定血糖调节2维持血糖水平的稳定酸碱平衡3维持体内酸碱度的平衡水盐平衡4维持体内水和盐的平衡应对环境变化寒冷环境1机体通过血管收缩、骨骼肌颤抖等方式，增加产热，维持体温炎热环境2机体通过血管舒张、汗腺分泌汗液等方式，增加散热，维持体温缺氧环境3机体通过增加呼吸频率、红细胞生成等方式，增加氧气的摄取和运输生长与发育胚胎发育个体生长细胞分化和组织器官的形成，需要精密的基因表达调控和信号转导细胞数量和体积的增加，需要充足的营养和激素的调控繁衍后代精子生成卵子生成受精睾丸中精原细胞经过减卵巢中卵原细胞经过减精子与卵子结合，形成数分裂，形成精子数分裂，形成卵子受精卵生命调控的异常疾病机制生命调控的异常会导致各种疾病的发生肿瘤发生细胞周期调控的异常会导致肿瘤的发生遗传性疾病基因突变会导致遗传性疾病的发生疾病机制基因突变信号通路异常12基因序列的改变，会导致蛋白信号转导通路的异常，会导致质功能的异常细胞功能紊乱免疫系统失调3免疫系统功能紊乱，会导致自身免疫疾病肿瘤发生细胞周期失控凋亡抑制1细胞周期调控的异常，导致细胞无限制增细胞凋亡的抑制，导致异常细胞无法清除殖2转移血管生成4肿瘤细胞转移到其他组织器官，形成新的3肿瘤细胞诱导血管生成，为其提供营养肿瘤遗传性疾病单基因遗传病1由单个基因突变引起，如囊性纤维化、血友病多基因遗传病2由多个基因共同作用引起，如糖尿病、高血压染色体异常3染色体数目或结构的异常，如唐氏综合征自身免疫疾病免疫系统攻击自身组织炎症反应疾病类型免疫系统将自身组织误认为是外来物质，免疫系统攻击自身组织，引起炎症反应，类风湿性关节炎、系统性红斑狼疮、多发对其进行攻击导致组织损伤性硬化症等神经退行性疾病阿尔茨海默病帕金森病亨廷顿病神经细胞死亡，导致记多巴胺神经元死亡，导神经细胞死亡，导致运忆力下降、认知功能障致运动障碍动障碍、认知功能障碍、碍精神障碍生命调控研究前沿基因编辑技术可以精确地修改基因序列，为治疗遗传性疾病提供了新的希望系统生物学从整体角度研究生命系统，有助于深入理解生命调控的复杂机制精准医疗根据个体的基因组信息，制定个性化的治疗方案基因编辑技术应用前景伦理争议1CRISPR-Cas923一种精确的基因编辑工具，可以对基治疗遗传性疾病、开发新的药物、改基因编辑技术的应用涉及伦理问题，因组进行定点修改良农作物等需要谨慎对待系统生物学整体观网络分析1从整体角度研究生命系统，而不是孤立地构建生物网络，研究分子之间的相互作用研究单个分子或细胞2计算机模拟数学建模4利用计算机模拟生命系统的行为，预测实3建立数学模型，模拟生命系统的行为验结果精准医疗基因组信息个性化治疗应用前景根据个体的基因组信息，预测疾病风险和根据个体的基因组信息，制定个性化的治提高治疗效果，减少副作用，降低医疗成药物反应疗方案本结语与展望生命调控是生物学研究的核心领域之一，对理解生命现象、治疗疾病具有重要意义随着基因编辑技术、系统生物学、精准医疗等新技术的不断发展，我们对生命调控的认识将更加深入，为人类健康带来更多的希望让我们共同期待生命调控研究的未来！。