神经生物学-第一篇ppt课件

.,第一篇神经元的基本结构和活动过程,.,第一章神经元(Neuron),神经系统的结构和功能单位。,一、神经元的结构和功能,胞体(Soma)：营养和代谢中心树突(dendrite)：接受、传导轴突(axon)：产生、传导功能：接受、整合、传导、传递信息,.,细胞膜的结构,质膜(Plasmamembrane),单位膜(unitmembrane)化学组成脂质(lipids)蛋白质(proteins)糖(carbohydrates),.,液态镶嵌模型(Fluidmosaicmodel),基本内容：膜的结构特征是以液态的类脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同生理功能的各种蛋白质分子。,.,脂质以双分子层形式存在,磷脂：70%亲水性的极性基团(磷酸和碱基)疏水性的非极性基团(脂肪酸侧链)胆固醇：30%鞘脂：少量脂质的性质：液态，脂溶性，柔软性和一定的流动性。其流动性大小与某些成分的含量有关。脂质的作用：屏障,.,蛋白质,a螺旋或球形结构整合蛋白质或内在蛋白质(IntegralproteinsorIntrinsicproteins)（受体、通道、离子泵、转运体）周围蛋白质或表面蛋白质(PeripheralproteinsorExtrinsicproteins)附着在膜表面,.,细胞膜蛋白质的主要功能,物质、能量、信息的跨膜转运或转换载体(carrier)通道(channel)离子泵(pump)受体(receptor)酶(enzyme)免疫(immune),.,细胞膜的糖类,寡糖或多糖链形成糖脂和糖蛋白糖被或细胞外衣(GlycocalyxorCellCoat)主要功能：细胞的“标记”，如作为抗原决定簇膜受体的“识别”部分,.,细胞膜的物质转运(Transmembranetransport),转运形式包括被动转运(passivetransport)主动转运(activetransport),.,单纯扩散,扩散是溶液中的溶质或溶剂分子由高浓度区向低浓度区净移动单纯扩散：脂溶性物质或气体顺浓度差的跨细胞膜转运。如O2、CO2、乙醇、脂肪酸。离子在溶液中的扩散通量决定于离子的浓度差（浓度梯度）离子所受的电场力（电位梯度）跨膜物质转运的扩散通量决定于电化学梯度膜的通透性(permeability),被动转运(passivetransport),.,易化扩散,不溶于脂质或难溶于脂质的物质，在细胞膜上某些特殊蛋白质的“帮助”下，由膜的高浓度一侧向低浓度一侧的转运形式称易化扩散，如葡萄糖、氨基酸、离子等。以载体为中介的易化扩散以通道为中介的易化扩散,.,以载体为中介的易化扩散(Carrier-mediateddiffusion),特点：高度结构特异性(specificity)饱和现象(saturation)竞争性抑制(competition)顺浓度梯度，不需额外供能,.,以通道为中介的易化扩散(Channel-mediateddiffusion),通道：与离子扩散有关的膜蛋白质跨膜电流(transmembranecurrent)：当通道开放引起带电离子跨膜移动形成的电流,.,被动转运的特点：顺浓度梯度移动，无需细胞额外供能,.,主动转运(ActiveTransport),定义：细胞膜通过本身的某种耗能过程，将某些物质经细胞膜逆浓度梯度或电位梯度转运的过程。特点：逆浓度梯度进行，消耗能量。,.,.,钠-钾泵（sodium-potassiumpump）,存在于细胞膜上的一种具有ATP酶活性的特殊蛋白质,可被细胞膜内的Na+增加或细胞外K+的增加所激活，受Mg2+浓度的影响，分解ATP释放能量，进行Na+、K+逆浓度和电位梯度的转运。ATP：Na+：K+1：3：2,.,钠-钾泵的生理意义,维持细胞内高K+，是许多代谢反应进行的必需条件；维持细胞外高Na+，使得Na+不易进入细胞，也阻止了与之相伴随的水的进入，对维持正常细胞的渗透压与形态有着重要意义；建立势能贮备，是神经、肌肉等组织具有兴奋性的基础，也是一些非离子性物质如葡萄糖、氨基酸等进行继发性主动转运的能量来源。,.,神经元的分类,按生理机能：感觉（传入）、运动（传出）、中间（联合、联络）神经元按对下位神经元的影响：兴奋性、抑制性神经元按末梢释放的化学递质：胆碱能、肾上腺素能、多巴胺能、5-HT能、GABA能神经元,.,按突触的数目分：,.,二、神经胶质细胞的机能,中枢神经系统（CNS）：细胞总数90，脑容积的一半；无轴突，无突触连接，有缝隙连接星状胶质细胞(astrocyte)少突胶质细胞(oligodendrocyte)小胶质细胞(microgliacell)室管膜细胞(ependymallcell)外周神经（PNS）中胶质细胞：施旺细胞(schwann)、神经节内的卫星细胞(satellitecell),.,胶质细胞的主要功能,1.支持作用2.运输营养与屏障作用：3.隔离与绝缘作用4.修复与再生作用5.调节局部离子、递质活动,.,胶质细胞其他功能,1)星状胶质细胞由钾泵摄取积聚的钾，防止胞外K+过高2)吸附氨基丁酸（GABA），摄取谷氨酸，调节其浓度3)协同神经元代谢4)树突变性时可被星状胶质细胞吞噬；变性髓鞘被小胶质细胞吞噬5)分泌某些神经营养因子,.,一、静息电位,概念：细胞未受刺激时，即处于“静息”状态下存在于细胞膜两侧的电位差。膜内较负，哺乳动物神经和肌肉细胞为-70-90mV,第二章静息电位(RestingPotential,RP),.,二、静息电位的离子学说,离子学说生物电的产生依赖于细胞膜对化学离子严格的选择通透性及其在不同条件下的变化。,.,静息电位产生的三个基本因素：带电离子跨膜分布的不均衡性细胞膜在不同条件下对离子通透性的变化静息电位是在离子浓度梯度、电位梯度及离子泵的作用下，K+通过膜转运达到平衡的K+平衡电位(Equilibriumpotential,EK),.,静息电位的形成机制,静息电位主要是在离子浓度梯度、电压梯度及离子泵三个因素的作用下，K+通过膜转运达到平衡的K+平衡电位,.,K+平衡电位EK：主要原因Ek=60logK+o/K+i(mV)改变细胞内外的K+浓度，膜电位也随之改变。改变细胞内外Na+的浓度，对静息电位没有影响。Na+的扩散：K+-Na+渗漏通道Na+-K+泵：生电性泵,.,第三章动作电位(ActionPotential,AP),概念：指各种可兴奋细胞受到有效刺激时，在细胞膜两侧产生的快速、可逆、并有扩布性的电位变化，包括去极化、反极化、复极化等环节。,.,极化(Polarization)：膜内外两侧电位维持内负外正的稳定状态去极化或除极化(Depolarization)：膜内负电位减小甚至由负转正的过程。反极化超射(overshoot)复极化(Repolarization)：去极化后，再向静息电位水平恢复的过程超极化(Hyperpolarization)：膜内负电位增大的过程,.,神经纤维动作电位的三个阶段：静息相,去极相(上升相),复极相(下降相),.,一、动作电位的形成机制,动作电位的产生是Na+、K+通道被激活，膜对Na+、K+通透性先后增高的结果。动作电位的峰值接近于Na+平衡电位。,.,1、去极相,Na+通道迅速开放Na+的平衡电位ENa将神经浸浴于无Na+的溶液时，动作电位不复出现。用等渗溶液加入使Na+浓度减小，可见动作电位幅度或其超射值减小。河豚毒素(tetrodotoxin，TTX)阻断,2、复极相,Na+通道迅速失活（不应期）K+通道缓慢开放负后电位和正后电位的形成四乙铵(tetraethylammonium，TEA)阻断K+通道,3、恢复期,钠-钾泵活动增强，重建静息电位,.,1.电压钳(voltageclamp),Hodgkin等，20世纪50年代电压电极、电流电极反馈放大器(feedbackamplifier)结合药理学方法（河豚毒素(TTX)、四乙铵(TEA)）,二、离子电流的分离方法,.,2.离子电流的分离方法,离子置换法逆向电位法药理学方法阻断（或阻遏）Na+通道活化的药物（河豚毒素）阻遏Na+通道失活化的药物（海葵毒素、蝎毒素）激活Na+通道的药物（箭毒）阻遏K+通道的药物（四乙铵）,.,1.离子电导（离子通道）,反映末对某一离子通透性大小的电学指标，离子通道打开越多，通透性越大。电导G：电阻的倒数，衡量离子通透性电导大，离子通透性高电导小，离子通透性低GNa、GK,三、离子电导,2.钾电导3.钠电导,.,第四章突触和突触传递,概念：一个神经元与另一个神经元或其他细胞相接触的部位。,突触(Synapse),.,突触的分类按接触部位分：轴-树突触、轴-体突触、轴-轴突触按结合形式分：包围式(pericorpuscular)、依傍式(paradendritic)按功能：兴奋性、抑制性突触按传递信息方式：化学突触、电突触,.,一、化学突触,突触前膜：突触小体；囊泡栏栅囊泡突触间隙：粘多糖、糖蛋白、唾液酸糖脂/糖蛋白突触后膜：受体,依赖于化学递质的参与完成。,.,二、缝隙连接(gapjunction),2-3nm间隙连接部位膜不增厚，无突触小泡膜阻抗较低，易发生电紧张性扩散双向性，无前、后膜功能差异速度快，几乎无潜伏期与脑区同步性放电有关,.,突触组合形式,串联性(aN元bN元cN元)交互性(树突树突)混合性(同时包括化学性、电传递性),.,突触传递的过程和原理,Excitatorypostsynapticpotential，EPSPInhibitorypostsynapticpotential，IPSP神经冲动突触小体突触前膜去极化Ca2+通道开放Ca2+内流突触小泡与前膜融合递质释放与突触后膜受体结合突触后膜离子通道通透性改变突触后神经元膜电位改变（突触后电位，EPSP（兴奋性突触后电位）或IPSP（抑制性突触后电位）Ca2+：一方面是降低轴浆的粘度，有利于突触小泡的运输；另一方面是消除突触前膜内的负电荷，便于小泡和突触前膜接触融合而破裂。,三、突触电位和突触整合,.,兴奋性突触后电位(EPSP),.,抑制性突触后电位(IPSP),.,突触整合,.,第五章神经递质和神经调质,神经递质：参与突触传递的化学物质。神经调质：间接调节递质的物质中枢递质（中枢神经递质）外周递质（外周神经递质）乙酰胆碱(Ach)去甲肾上腺素(NE)嘌呤类或肽类,.,确定神经递质的基本条件,该物质在某一区域有一定数量的存在；突触前N元具有合成该物质的前体和酶系统，能合成该物质突触前N元有能贮存该物质的囊泡，防止该物质被破坏；神经冲动到达时，该物质可释放到突触间隙；递质作用于突触后膜特殊受体产生突触后电位；存在该递质的失活酶或其他失活方式；药理学验证拟似剂或阻断剂能拟似或拮抗其作用；,.,一、神经递质及其分类,胆碱类：乙酰胆碱Ach单胺类：多巴胺DA、去钾肾上腺素NE、肾上腺素E、5-羟色氨5-HT氨基酸类：谷氨酸Glu、甘氨酸Gly、GABA、肽类：下丘脑调节肽、阿片样肽、胃肠肽以及P物质、神经降压素、血管紧张素等其他：PG、P物质、组胺、腺苷Ad、ATP、NO等。,.,胆碱类乙酰胆碱,中枢通路包括：脑和脊髓运动N元特异性感觉传入的第二、第三级神经元由丘脑向皮层投射的纤维脑干网状结构上行激动系统隔区-海马-边缘叶胆碱能通路（记忆、情绪）纹状体，尤以尾核为丰富,.,单胺类,(1)去甲肾上腺素：胞体主要集中在延髓与脑桥(包括蓝斑)中脑、间脑、边缘前脑、小脑、大脑，下行脊髓(2)肾上腺素：胞体主要在延髓，上行部分与NE相混脑干间脑、边缘前脑，下行脊髓中间外侧(3)多巴胺(dopamine,DA)：黑质-纹体通路：躯体运动、行为觉醒结节-漏斗部通路：弓状核正中隆起，调节内分泌中脑-边缘通路：中脑脚间核周围隔、伏核等，情绪中脑-皮层通路：中脑额叶内侧皮层、前扣带皮层等，精神活动(4)5-羟色胺：分布于脑干中线区中缝核群上行间脑、基底N节、边缘前脑、大脑、小脑下行脊髓与镇痛、睡眠、情绪精神活动，植物性功能，内分泌调节等有关,.,氨基酸类,兴奋性氨基酸谷氨酸：脑内含量最多，也是初级传入粗纤维的递质门冬氨酸：遍布中枢各部，也是脊髓中间N元兴奋性递质抑制性氨基酸甘氨酸：主要分布于脊髓（以前角多）、脑干。Renshaw细胞释放甘氨酸，抑制运动N元-氨基丁酸：广泛分布于大脑、小脑、海马、下丘脑、黑质、纹状体、脊髓等区，抗焦虑，抑制摄食，抗癫痫、震颤,.,肽类,神经肽(neuropeptides)阿片肽(endogenousopioidpeptides)：-内啡肽(-endorphin)、脑啡肽(enkephalin)、强啡肽(dynorphin)脑-肠肽：CCK、VIP、NPY、促胰液素等其他：多肽、血管紧张素,.,二、神经递质合成、释放和失活,合成：乙酰胆碱（Acetylcholine,Ach）胆碱乙酰基移位酶,.,去甲肾上腺素、肾上腺素、多巴胺,Thesynthesisofcatecholamines(儿茶酚胺)fromtyrosine,.,Thesynthesisofserotoninfromtryptophan,5-羟色胺,.,各种神经递质的合成与储存(a)多肽(b)胺类和氨基酸类,.,释放：冲动到达运动神经末梢，末梢去极化Ca2+通道开放，Ca2+内流神经递质释放形成神经递质-受体复合体（后膜）离子通道被激活，产生突触后电位,.,神经递质通过胞吐释放,.,失活：特异的酶分解神经递质；被细胞间液稀释后，进入血液循环到一定场所分解失活；被突触前膜吸收后在利用。,.,乙酰胆碱,ThelifecycleofAch,.,三、神经肽,（一）神经肽分类：P76（二）神经肽主要特点：不仅分布于神经组织传递神经信息，也分布于非神经组织传递其它形式的信息。因此，其在合成、储存、释放、清除及分子结构和作用方式上，都与经典递质不同。1、相对分子质量的大小不同；小分子/大分子物质。2、合成部位与方式不同3、储存、释放、清除的途径不同4、表达的可塑性不同5、作用的方式不同,.,四、神经调质和递质共存,氨基酸为典型递质Ach、单胺类，既为递质，又为调质modulator（本身不触发效应细胞功能，而调制、改变其基础活动水平）Ach、单胺、氨基酸类，小分子，快作用递质神经肽分子较大，作用慢而持久，范围较广，一般发挥调质作用，慢作用递质,神经调质(neuromodulator)：神经元产生的另一类化学物质，它的功能是调节信息传递的效率，影响神经递质的效应。,.,递质的共存与共释,戴尔原则(Dalesprinciple)一个神经元中只存在一种递质，其全部神经末梢均释放同一种递质。瑞典学者Hokfell（1979）首先发现有两种或两种以上的递质同时存在于一个神经元内。递质共存意义：第一，共存的递质释放后，起协同传递信息的作用；第二，可通过突触前调节的方式，改变相互的释放量，加强或减弱突触传递活动；第三，可直接作用于突触后受体，以相互颉抗或协同的方式来调节器官的活动，是机体的功能调节更加精密完善、更加协调。,.,五、神经肽的作用方式,神经肽具有神经递质的作用神经肽具有神经调质的作用神经肽具有激素的作用,.,神经肽引起的突触后膜电位变化较经典递质缓慢且较长的机理：1）共存的神经肽与经典递质释放后，神经肽弥散的缓慢，清除也缓慢。2）神经肽与经典递质分别作用于特异受体，激活神经信息传递过程，神经肽主要激活了G蛋白的偶联反应，化学反应，产生效应。3）神经肽酶解后，形成具生物活性的片断，通过正/负或双向反馈调节产生综合效应。4）神经肽通过突出后膜的受体与受体作用调节其他受体对其配体的亲和力，从而产生生物学效应。5）神经肽的氨基甲酸酯化，可是神经肽片断后单个氨基酸呈现其在神经传递中的生物学效应。6）神经肽可以通过基因表达的调控，改变某些蛋白的合成，进而发挥调节作用。,.,神经递质转运体,一、神经递质转运体的分类、分布及结构（一）分类H+依赖性突触囊泡转运体；Na+/K+依赖性细胞膜转运体；Na+/Cl-依赖性细胞膜转运体（二）神经递质转运体的细胞分布特点（三）神经递质转运体的共同结构二、神经递质转运体的作用（一）突触传递的终止（二）递质的再利用（三）释放神经递质三、几种神经递质转运体的功能,.,1.离子通道的基本特性,大多数通道受阀门(gate)控制以决定通道的开闭它是通过通道蛋白中央构成亲水性孔道，并以较宽的空腔开口于细胞膜内、外侧面，孔道的内部较狭窄的部分，形成了控制孔道开放和关闭的门。离子通道的种类电压门控通道化学门控通道,第六章离子通道(ionicchannel),.,离子通道的状态,静息(resting)备用状态激活(activation)：通道开放，允许某种离子选择性通透失活(inactivation)：通道关闭，不允许离子通过，且此时不能再开放恢复(recovery)或复活(reactivation)：通道处于关闭状态，受到适当刺激可再开放备用状态,.,不同的离子通道是相互独立的;证据：（1）钠电流和钾电流可用河豚毒素（TTX）和四乙胺(TEA)等药物分离出来，互不影响；（2）钠电流和钾电流有各自不同的动力学；（3）用链霉蛋白处理神经后，对钠通道的是活化产生影响，甚至失活化效应消失，对钾电流无影响。通道是孔洞而不是载体;（1）具有很高的电导；（2）允许离子流动的速度大；（3）温度效应；（4）通道专一性；,基本特性,.,离子通道的化学本质是蛋白质结构证据：（1）用蛋白酶处理后，可使通道的性质改变；（2）一些与羧基结合的试剂能影响钠通道对河豚毒素（TTX）的结合，一些与蛋白质中巯基作用的交联剂或别的蛋白质改变剂作用与神经，使神经丧失兴奋能力；说明通道又含有功能性巯基和羧基侧链的蛋白质构成；（3）钠通道有氨基酸残基；（4）发育中的通道可用蛋白抑制剂阻止；（5）简单的肽可形成离子通道；通道对离子通透的特异性依赖于孔洞大小、离子形成氢键的能力及通道内位点互相作用的强度,.,门控电流的理论依据：电压门控通道的关闭与开放，是膜电位变化时，膜上通道蛋白的带电基团在膜电位改变时，在电场作用下发生位移，进而导致通道的开闭在膜上就有电荷移动，所产生的微弱电流称为门控电流。,2.电压门空通道的门控电流,.,3.膜片钳(patchclamp),Neher和Sakmann，1976（nAchR单离子通道电流，1991，Noble）可测量单通道离子电流现在发现：通道的开放和关闭都是突然发生并似乎是全或无式的，开放的持续时间长短不一，但都有恒定的电导值。,.,4.电压依赖性离子通道,钠通道(sodiumchannel),电鳗亚基已首先被纯化和克隆，由1820个氨基酸组成。整个肽链由4各相似的氨基酸序列（同源域）6个跨膜区。,.,S5、S6共同形成孔道，它们之间向内折叠的胞外环构成孔道的内壁，并决定通道离子的选择性和通透性。如利用基因突变技术将钠通道第1422位的赖氨酸残基和1714位的丙氨酸残基用谷氨酸替代，则通道的离子选择性就由钠离子改变成钙离子。,.,电压门控通道S4螺旋的门控作用,电压门控通道S4段可能是一个电压感受器在电压门控通道上存在一个高度保守的结构域S4螺旋，该螺旋由赖氨酸或精氨酸在螺旋段的外侧形成了螺旋状排列的正电荷，形成了电压敏感性构件。在静息时，细胞内侧的正电荷维持了S4螺旋的稳定构型，带电区处于紧膜内侧面。当细胞内的正电荷增加（去极化）时维持膜内螺旋的力减少，螺旋发生旋转，带电区向外移动至近膜的外侧面位置，重新处于稳定状态，通道门打开而激活通道。,.,Shaker钾通道,.,钾通道孔道俯视图,从通道外侧观察孔道中间的红球为K+,.,L型钙通道,.,第七章受体和第二信使,1.受体的分子机制,受体(receptor)：是指能与配体结合并能传递信息、引起效应