化学与生命-第13章-神经生物

1、第十三章第十三章 神经生物无机化学神经生物无机化学生物无机化学生物无机化学:金属离子的地位：金属离子的地位：Na+, K+, Ca2+, Mg2+神经生物学家神经生物学家: 过渡金属离子过渡金属离子:Cu, Fe, Mn, Zn第一节第一节 Na+, K+, Ca2+的生物无机化的生物无机化学和调控学和调控 1.神经细胞被细胞间的介质所包围神经细胞被细胞间的介质所包围,细胞质充满了细胞质充满了无机离子无机离子,帮助产生运动帮助产生运动,感觉感觉,反射反射,学习和记忆学习和记忆所需要的电信号所需要的电信号.2.由离子通道控制的离子跨细胞膜的浓度梯度及由离子通道控制的离子跨细胞膜的浓度梯度及离子跨

2、膜转运产生膜电位离子跨膜转运产生膜电位,为神经过程提供驱动为神经过程提供驱动力力.3.参与产生和调节这种电信号的首要金属离子是参与产生和调节这种电信号的首要金属离子是Na+, K+, Ca2+和和Mg2+. 胞内胞内: 12, 155, 10-7, 30 mmol/L 胞外胞外: 145, 4, 1.5, 1 mmol/L一、 Na+, K+的生物无机化学和调控的生物无机化学和调控 1. Na+, K+ ：一种氧化态，荷径比小。硬路一种氧化态，荷径比小。硬路易斯酸。亲电能力弱。静电作用易斯酸。亲电能力弱。静电作用 2. 主要起电解质的作用主要起电解质的作用 。 K+ 的作用大的作用大 3. 植

3、物中需要大量的植物中需要大量的K+ 。 Na+的需要小。的需要小。 4. 动物中：动物中： Na+极为重要。极为重要。 5. 从细胞中泵出从细胞中泵出Na+或以或以ATP依赖的方式逐依赖的方式逐出出Na+，并与，并与K+ 朝胞内迁移向偶合。朝胞内迁移向偶合。 6. K+ 和和Na+泵。泵。 7. 与蛋白质、核酸、磷脂等物质结合，发与蛋白质、核酸、磷脂等物质结合，发生生理功能生生理功能二、二、Ca2+的生物无机化学和调控的生物无机化学和调控 1. 骨的重要组成元素，骨的重要组成元素， Ca2+源源2. Ca2+是信号传导中最重要的金属离子。是信号传导中最重要的金属离子。 胞胞内内Ca2+浓度的变

4、化，引发一系列信号传导浓度的变化，引发一系列信号传导事件。事件。3. Ca2+可以影响一系列重要的生命大分子如可以影响一系列重要的生命大分子如与细胞识别与细胞黏合等相关的细胞黏附与细胞识别与细胞黏合等相关的细胞黏附分子等的功能。分子等的功能。第二节第二节 离子通道离子通道 神经信号转导取决于跨越神经细胞膜电位神经信号转导取决于跨越神经细胞膜电位的变化。的变化。 膜电位的快速变化是由离子通道控制的。膜电位的快速变化是由离子通道控制的。 离子通道是完整的膜蛋白，优化调控离子离子通道是完整的膜蛋白，优化调控离子通道可进行快速信号处理。通道可进行快速信号处理。 离子通道常常是药物、毒品和毒素的作用离子

5、通道常常是药物、毒品和毒素的作用靶点靶点一、离子通道在神经系统信号转导一、离子通道在神经系统信号转导中的重要性中的重要性 离子通道的重要性质离子通道的重要性质：转运离子、识别和转运离子、识别和选择特定离子以及响应特殊的电、机械和选择特定离子以及响应特殊的电、机械和化学信号的打开和关闭。化学信号的打开和关闭。 基本过程：通透和门控。决定离子通道的基本过程：通透和门控。决定离子通道的功能。功能。 离子通道不但能高速运转离子，而且有惊离子通道不但能高速运转离子，而且有惊人的选择性。人的选择性。 神经信号转导的关键是活化不同种类的离神经信号转导的关键是活化不同种类的离子通道，每类通道仅通透特定的离子。

6、子通道，每类通道仅通透特定的离子。二、离子通道是跨膜蛋白二、离子通道是跨膜蛋白三、离子通道的共同特征三、离子通道的共同特征 1. 离子被动通过通道离子被动通过通道: 离子流经通道是被动离子流经通道是被动的的,流动的方向和最终的平衡不是由通道自流动的方向和最终的平衡不是由通道自身决定身决定,而是由跨膜的静电作用和扩散驱动而是由跨膜的静电作用和扩散驱动力决定力决定. 2. 离子通道的打开和关闭涉及到构象变化离子通道的打开和关闭涉及到构象变化.所有离子通道都存在两种或多种较为稳定所有离子通道都存在两种或多种较为稳定的构象状态的构象状态,每一种稳定的构象表示一种不每一种稳定的构象表示一种不同的功能状态

7、同的功能状态.3. 为了保持神经元离子通道的瞬间信号得到为了保持神经元离子通道的瞬间信号得到及时转导及时转导,提供了三种调控机制提供了三种调控机制: 1) 配体直接与离子通道结合达到调控配体直接与离子通道结合达到调控 2) 配体通过活化细胞信号转导级联组分配体通过活化细胞信号转导级联组分,后后者通过蛋白质磷酸化能共价修饰离子通道者通过蛋白质磷酸化能共价修饰离子通道 3) 由膜电位或膜的机械牵张调控由膜电位或膜的机械牵张调控四、离子通道家族四、离子通道家族 离子通道可分为几个家族离子通道可分为几个家族:五、离子通道的结构五、离子通道的结构 均有一个糖蛋白组分，由大的整合膜蛋白组成。带有连接到膜表面的碳水化合物基团。六、钙门控钾离子通道六、钙门控钾离子通道 功能钾离子通道由四个形成空洞的亚基和功能钾离子通道由四个形成空洞的亚基和四个四个RCK二聚体组成二聚体组成第三节第三节 离子泵离子泵 主动跨膜运输至关重要。最关键的是主动主动跨膜运输至关重要。最关键的是主动运输蛋白既运输蛋白既ATP驱动的泵驱动的泵 离子泵主要有：离子泵主要有： 钠泵钠泵/Na+/K+- ATP酶酶 胃胃H+/K+- ATP