神经分子生物学

1、第一节第一节神经元信号传导概述神经元信号传导概述 一、 神经元的联系方式 神经元： 基本单位 功能：接受、整合、储存、输出 组成：胞体、树突、轴突 特点：不同功能 不同蛋白表达（受体、通道） 神经元联系神经元联系：突触联系 分类：分类：化学突触、电突触、混合突触 突触联系突触联系：轴-轴，胞-胞，树-树 神经环路神经环路：neoronal circuitry 建立在突触联系之上、 多个神经元协调活动功能方式 功能：调节脑区内、或者之间信息流 三种神经环路：三种神经环路： 1长距离逐级支配互相联系：长距离逐级支配互相联系： 特点：信息传递高度有序； 信息初级神经 元中枢，或相反。 举例：视觉、味

2、觉，运动. 2局部环路神经元局部环路神经元：local-circuit neurons, 相临 区域内神经元之间联系 特点：区域小，空间小、少, 局部调节 3辐散性环路：辐散性环路：divergent circuitry 特点：成簇分布神经元 多靶细胞联系方式 分布： 海马、脑桥、脑干 二、 神经元膜的基本结构神经元膜的基本结构 脂质双层结构：蛋白质镶嵌 信号识别：内外识、冲动发生、信号传导 功能：神经元间对话基础 神经元电活动的基础：神经元电活动的基础：离子不对称分布、离子 跨膜移动 离子的不对称分布：离子的不对称分布： Na/K主动转运：Na/K泵 细胞内阴离子：相对不通透 (磷酸类) 细

3、胞内外平衡电位 - 细胞内细胞内 mmol细胞外细胞外 mmolmV K 1402.5-120 Na 1012063 Cl 1.577.5-99 有机离子 86 40- 膜电位-90 三、三、 神经元的电信号传导神经元的电信号传导 1静息电位 : 静息下的膜电位差， -6070 mV 形成：K+ （部分Na）的被动扩散， KNa 膜通透性形成 静息电位是K平衡电位 细胞内外（Na, K）浓度维持：泵作用 Cl离子：来源与被动扩散 2动作电位：短暂、大而不变膜电位改变 特点：全或无的传播方式 产生：Na/K通道的协同产生, 膜电位的 逆转 时限：1mS, 速度120 m/s 极化：极化： 1）去

4、极化：偏离静息电位的正向电位， Na的快速内流引起，伴随K的外 流。Cl的通透性无改变。 2）超极化：偏离静息电位的负向电位， 动作电位的产生动作电位的产生：刺激是否达到阈植，阈植下仅仅 表现为K外流与氯内流，此时仅仅产生阈下局 部电位 四、四、 神经元的化学传导神经元的化学传导 神经递质神经递质/神经调质：神经调质：神经元分泌的化学信使 作用：作用：突触前释放 突触后膜通道/离子受 体 效应 效应分类：效应分类： 1快速信号传导快速信号传导：豪秒级别的电位过程、 兴奋/抑制的突触后电位 2缓慢信号传导缓慢信号传导：缓慢、潜伏数百ms, min, h 基础：基础：复杂的神经元内的传递 如： G

5、蛋白偶联受体的过程 1 快速信号传导 乙酰胆碱、 谷氨酸 -氨基丁 酸、甘氨酸，5-HT， ATP/ADP 作用机理：配体门控离子通道 过程：配体 结合受体 通道开放 突 触后电位 效应 效应分类： 1） 兴奋性突触后电位： 2） 抑制性后电位： 产生超极化 K通道开放 关于N系统慢突触后电位： 第二信使参与，不一定直接导致N元 兴奋抑制，但可以影响兴奋性。 原理：原理： 1）慢兴奋突触效应：受体 关闭 K通道 缓慢除极化 2）慢抑制突触效应：K+通道开放 超极化。 关于突触强化关于突触强化/ /长时间强化：长时间强化： 1）突触强化：连续刺激导致的较大突 触后反应 2）长时间强化：多达数小时

6、或者数 日的突触活动 3 3突触缓慢信号传导突触缓慢信号传导 配体：配体：Glu, Ach, 儿茶酚胺， 5-HT, 组织胺， ATP/ADP。 受体：受体：G-蛋白偶联受体介导 过程：过程： 1）G-蛋白偶联受体 第二信使效应 2）G-蛋白偶联受体 二信使 III 信使 （转录因子） 通道，受体数量改变 影 响神经原兴奋性。 总结：总结： 1突触信号传导是一个复杂的过程可以有 门控离子通道，或者G-蛋白偶联受体参与， 介导2 种以上的化学传导过程。 2信号整合为N元的重要特征： 1）时间总和： 单一突触上的连续电位相加。 2）空间总合：细胞不同部位突触电流依赖N元 被动电特征而总合 整合后超

7、过阈电位 兴奋效应 第二节第二节介导神经原信号的受体通道介导神经原信号的受体通道 受体：指G-蛋白偶联的受体 通道：电压或者配体门控的离子通道， 因配体门控制离子通道也是递质的受 体，这类受体也称为受体通道。 一、离子通道的概念以及研究方法 通道开/关 调控膜电位、离子变化上述 适用于非/可兴奋细胞 介绍： 膜片钳：基于电压钳技术 用途：记录单通道受体的变化 原理：负压吸引1-3通道，形成1-10KM 高阻抗封闭接触。电流反应通道的动 力学过程 分类： 1细胞贴附式： 轻吸造成1-10 KM电阻 2内面向外式： 轻拉动形成 3全细胞式： 吸引电极端内膜，测定 全细胞电流 4外面向内式： 技术特

8、点： 1.灵敏度：0.06 pA 2.空间分辩率： 1m 3.时间分辨率：10 mS 技术扩展：技术扩展： 分子生物学扩展：RT-PCR技术 原理：抽取细胞内mRNAcDNA克隆、 表达 应用：基于膜片钳技术已经检测出100 多种通道蛋白克隆，点突变 概述：门控指通道对调节的反应 1. 门控制的共同特点： 1）存在特定的机理：关键带电基 团的反应 构型改变 通道开放/关闭 2）离子选择性 3）开放后随电化学变化 2. 门控分类： 电压门控： 对膜电位敏感 配体门控：es. 激素 机戒力敏感：压力 3. 电压离子门控离子通道 简介：广泛存在，为电兴奋的基础 es. Na+, K+, Ca+ 三个

9、主要特征： 电压激活 离子高度选择性 开放后自动失活性 4. 过程： 双向性：控制通道功能 通透性 0.5数百秒 秒 激活过程：控制除极化后通透速率 失活过程：在持续的除极过程中恢复 原先的状态 （一） 电压门控Na+通道 1. 亚单位组成(大鼠)：1：1：1 亚单位：Mr: 26000 1亚单位：36000； 非共价键与通道复合 物结合 2亚单位：33000； 螺旋结构，二硫键 2. 电鱼通道： 单一多肽； 280，000；似亚单位 3. 克隆特征： 1） 1280 aa: 依亚单位cDNA 推测 2）4个结构阈 3）结构阈由6个螺旋组成（S1-S6） 4）S4特点：21aa, 富含碱性氨基

10、酸，每 2aa出现Lys or Arg. 5）II-III间S6S1的200aa攀富含酸性aa 4. 拓扑： 1）亚基4个结构域的S5-S6形成孔道结构 域I-IV呈正方形排列 2）孔道处aa残基决定离子选择性 4门控机理： 1）S4段： 电压感受器、门控位，膜内负 电有一定拉力 2）III-IV襻：快速失活有关。失部分aa通 道失活性受阻 3）III-IV间短襻：PKC磷酸化 失活延缓 4）I-II襻：PKC cAMP-依赖蛋白激酶 磷酸化 减低激活过程 （二） 电压门控制钙通道 概述：骨骼肌、心肌、平滑肌 骨骼肌L型钙通道：DHP受体 亚单位： 亚单位：175，000 亚单位：50，000

11、 亚单位：33，000 亚单位：27，000 2亚单位：与亚单位以二硫键连接 克隆： 亚单位：1685-1699 氨基酸 2亚单位：糖蛋白，1106 氨基酸 亚单位： 524 氨基酸，细胞外，可被多 种蛋白激酶磷酸化 机理： 亚单位：DHP结合位点，形成孔道部分 分型：L，N，P，Q 区别：亚单位不同 失活率不同 亚单位：磷酸化 影响通道量以及失活速率 （三）电压门控K通道 概述：种类多，存在于可兴奋细胞 分类： 延迟整流：-45mv 以上缓慢失活 瞬时整流：-65 mv 以上失活 内向整流：静息电位形成抑制内向整流 *区别：失活状态不同 结构：功能通道为4亚基聚合体 1）亚基（延时整流、瞬时

12、电流）： 单一S1-S6的六跨膜结构 S5，S6之间具插入膜表面的孔道区 2）亚基（内向整流）： 仅2个跨膜区域（M1，M2） 插入不跨膜2个孔道结构 K+通道亚基及门控（延迟，瞬时整流）： 基因结构（果蝇）：shab, shaw, shal 编码通道蛋白： S1-S6分3部分（亲水N，中心区，疏水C） 结构特点： 1）S4区：电压敏感部位，每2AA出现一正 电Arg. Or Lys. 2）S5-6间：插入19aa,形成75%跨膜区， 改变结构影响离子选择性 3）S4-5：存在一保守序列，每7aa为Leu. 形成拉链结构，参与电压调控 4）N，C，P（pore）失活：孔道与两末端 相互作用，参

13、与失活过程 内向整流K+通道的结构： 1）POMK1鼠类，相继为IRK1，GIRK1 2）人类克隆：hROMK1, hROMK2, hROMK3 特征： 1）超极化时有大内向电流，除极时外向电 流较小。 2）没有相应的S1-4区，可能为形成内向电 流的基础 生理意义 分布 门控意义 延时N，肌 -45mv活化， 缓失活 收缩，Na电位 瞬时同 -65mv活化， 快失活起博 内向同 受精卵超级化 静息电位形成， 抑制内向电流 四、四、 神经元的化学传导神经元的化学传导 神经递质神经递质/神经调质：神经调质：神经元分泌的化学信使 作用：作用：突触前释放 突触后膜通道/离子受 体 效应 效应分类：效

14、应分类： 1快速信号传导快速信号传导：豪秒级别的电位过程、 兴奋/抑制的突触后电位 2缓慢信号传导缓慢信号传导：缓慢、潜伏数百ms, min, h 基础：基础：复杂的神经元内的传递 如： G蛋白偶联受体的过程 效应分类： 1） 兴奋性突触后电位： 2） 抑制性后电位： 产生超极化 K通道开放 关于N系统慢突触后电位： 第二信使参与，不一定直接导致N元 兴奋抑制，但可以影响兴奋性。 原理：原理： 1）慢兴奋突触效应：受体 关闭 K通道 缓慢除极化 2）慢抑制突触效应：K+通道开放 超极化。 关于突触强化关于突触强化/ /长时间强化：长时间强化： 1）突触强化：连续刺激导致的较大突 触后反应 2）长时间强化：多达数小时或者数 日的突触活动 分类： 1细胞贴附式： 轻吸造成1-10 KM电阻 2内面向外式： 轻拉动形成 3全细胞式： 吸引电极端内膜，测定 全细胞电流 4外面向内式： 技术特点： 1.灵敏度：0.06 pA 2.空间分辩率： 1m 3.时间分辨率：10 mS 结构：功能通道为4亚基聚合体 1）亚基（延时整流、瞬时电流）： 单一S1-S6的六跨膜结构 S5，S6之间具插入膜表面的孔道区 2）亚基（内向整流）： 仅2个跨膜区域（M1，M2） 插入不跨膜2个孔