神经分子生物学

神经分子生物学第1页，课件共42页，创作于2023年2月神经生物学：neurobiology

研究功能结构（结构发育规律， 学习、记忆

内容：

传导通路、回路、神经元、 突触以及分子水平…...

受体、通道、基因表达…...第2页，课件共42页，创作于2023年2月第一节 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）第3页，课件共42页，创作于2023年2月神经元联系：突触联系

分类：化学突触、电突触、混合突触

突触联系：轴-轴，胞-胞，树-树

神经环路：neoronalcircuitry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、或者之间信息流第4页，课件共42页，创作于2023年2月三种神经环路：

1． 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、味觉，运动...

2． 局部环路神经元：local-circuitneurons,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：divergentcircuitry

特点：成簇分布神经元→多靶细胞联系方式

分布：海马、脑桥、脑干第5页，课件共42页，创作于2023年2月二、 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：离子不对称分布、离子 跨膜移动

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)第6页，课件共42页，创作于2023年2月

细胞内外平衡电位

-------------------------------------------------------------------------

细胞内mmol 细胞外mmol mV

K 140 2.5 -120

Na 10 120 63

Cl 1.5 77.5 -99

有机离子86 40 ---

膜电位 -90 第7页，课件共42页，创作于2023年2月三、 神经元的电信号传导

1．静息电位:静息下的膜电位差，-60~70mV

形成： K+（部分Na）的被动扩散，

K>Na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：来源与被动扩散第8页，课件共42页，创作于2023年2月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120m/s第9页，课件共42页，创作于2023年2月极化：

1）去极化：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：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 部电位第10页，课件共42页，创作于2023年2月四、 神经元的化学传导

神经递质/神经调质：神经元分泌的化学信使

作用：突触前释放→突触后膜通道/离子受 体→效应

效应分类：

1．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、潜伏数百ms,min,h…

基础：复杂的神经元内的传递…

如： G蛋白偶联受体的过程…第11页，课件共42页，创作于2023年2月1．快速信号传导

乙酰胆碱、谷氨酸

γ-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→效应第12页，课件共42页，创作于2023年2月 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。第13页，课件共42页，创作于2023年2月原理：

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/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↑第14页，课件共42页，创作于2023年2月3．突触缓慢信号传导

配体：Glu,Ach,儿茶酚胺，5-HT,组织胺， ATP/ADP。。。

受体：G-蛋白偶联受体介导

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。。。第15页，课件共42页，创作于2023年2月总结：

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→整合后超过阈电位 →兴奋效应…第16页，课件共42页，创作于2023年2月第17页，课件共42页，创作于2023年2月第二节 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。第18页，课件共42页，创作于2023年2月第19页，课件共42页，创作于2023年2月一、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1-10KMΩ 高阻抗封闭接触。电流反应通道的动 力学过程第20页，课件共42页，创作于2023年2月分类：

1．细胞贴附式：轻吸造成1-10KMΩ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：0.06pA

2. 空间分辩率：1μm

3. 时间分辨率：10mS第21页，课件共42页，创作于2023年2月第22页，课件共42页，创作于2023年2月技术扩展：

分子生物学扩展：RT-PCR技术

原理：抽取细胞内mRNA→cDNA→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，点突变第23页，课件共42页，创作于2023年2月第24页，课件共42页，创作于2023年2月第25页，课件共42页，创作于2023年2月概述：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…第26页，课件共42页，创作于2023年2月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++…

三个主要特征：

电压激活

离子高度选择性

开放后自动失活性第27页，课件共42页，创作于2023年2月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 原先的状态第28页，课件共42页，创作于2023年2月（一）电压门控Na+通道

1.亚单位组成(大鼠)：1：1：1

α亚单位：Mr:26000

β1亚单位：36000；非共价键与通道复合 物结合

β2亚单位：33000；α螺旋结构，二硫键

2.电鱼通道：

单一多肽；280，000；似α亚单位第29页，课件共42页，创作于2023年2月3.克隆特征：

1）1280aa:依α亚单位cDNA推测

2）4个结构阈

3）结构阈由6个α螺旋组成（S1-S6）

4）S4特点：21aa,富含碱性氨基酸，每 2aa出现LysorArg.

5）II-III间S6~S1的200aa攀富含酸性aa

4.拓扑：

1）α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第30页，课件共42页，创作于2023年2月第31页，课件共42页，创作于2023年2月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→减低激活过程第32页，课件共42页，创作于2023年2月第33页，课件共42页，创作于2023年2月（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：

α亚单位：175，000

β亚单位：50，000

γ亚单位：33，000

δ亚单位：27，000

α2亚单位：与δ亚单位以二硫键连接第34页，课件共42页，创作于2023年2月克隆：

α亚单位：1685-1699氨基酸

α2亚单位：糖蛋白，1106氨基酸

β亚单位：524氨基酸，细胞外，可被多 种蛋白激酶磷酸化

机理：

α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

β亚单位：磷酸化→影响通道量以及失活速率第35页，课件共42页，创作于2023年2月第36页，课件共42页，创作于2023年2月（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：-65mv以上失活

内向整流：静息电位形成抑制内向整流

*区别：失活状态不同第37页，课件共42页，创作于2023年2月结构：功能通道为4α亚基聚合体

1）α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）α亚基（内向整流）：

仅2个跨膜区域（M1，M2）

插入不跨膜2个孔道结构第38页，课件共42页，创作于2023年2月K+通道α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.OrLys.

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，参与失活过程第39页，课件共42页，创作于2023年2月第40页，课件共42页，创作于2023年2月内向整流K+通道的结构：

1）POMK1→鼠类，相继为IRK1，GIRK1

2）人类克隆：hROMK