2025年大学《化学生物学》专业题库- 神经元突触可塑性机制

2025年大学《化学生物学》专业题库——神经元突触可塑性机制考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的首字母填入括号内。）1.突触后密度（PSD）中含量最丰富的离子通道是？A.K⁺通道B.Cl⁻通道C.NMDA受体D.GABA受体2.下列哪种情况最容易导致NMDA受体被激活？A.细胞外Ca²⁺浓度急剧升高B.细胞外谷氨酸和甘氨酸浓度均处于低水平C.细胞外Mg²⁺浓度升高，且突触前膜释放的谷氨酸足以驱使膜电位去极化D.突触前膜释放的是GABA3.长时程增强（LTP）的形成与下列哪个分子的磷酸化密切相关？A.AMPA受体亚基B.NMDA受体甘氨酸结合位点C.CaMKII（钙调神经磷酸酶依赖性蛋白激酶II）D.磷酸二酯酶（PDE）4.下列哪种分子通常被认为是突触前膜释放的、能够诱导LTD的关键神经递质或其代谢产物？A.谷氨酸B.GABAC.乙酰胆碱D.5-羟色胺5.MAPK信号通路在突触可塑性中的作用不包括？A.调控突触相关蛋白的合成与降解B.引发突触后密度（PSD）的形态改变C.直接调节NMDA受体的表达水平D.介导Ca²⁺信号向核内的传递6.突触重构（SynapticRemodeling）在突触可塑性中意味着？A.突触传递效率的短暂改变（如几秒到几分钟）B.突触后密度（PSD）的大小和形态发生持久性改变C.AMPA受体在突触后膜上的数量增加D.NMDA受体的表达水平发生改变7.海马体中的mossyfiber-CA3synapse是研究哪种突触可塑性机制的典型模型？A.低频刺激诱导的LTDB.高频刺激诱导的LTPC.去极化电流诱导的LTD（Depolarization-InducedLTD,D-LTD）D.睡眠相关LTP8.BDNF（脑源性神经营养因子）通过哪种受体发挥其促进突触可塑性的作用？A.NMDA受体B.TrkB受体C.AMPA受体D.mGlu5受体9.下列哪种过程是LTP诱导过程中，使得更多AMPA受体能够插入到突触后膜的关键步骤之一？A.NMDA受体介导的Ca²⁺内流B.CaMKII磷酸化AMPA受体C.磷酸化下游的GSK-3βD.突触后密度蛋白（如Arc）的合成10.长时程抑制（LTD）与长时程增强（LTP）在生理功能上通常体现为？A.对相同突触同时产生增强和抑制B.对不同突触分别产生增强和抑制C.对不同神经元产生增强和抑制D.对特定类型神经元产生增强，对另一类产生抑制二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填入横线上。）1.突触传递的第一信使通常是__________，而第二信使则包括__________、cAMP等。2.NMDA受体同时需要结合神经递质__________和神经递质__________才能被激活。3.高频刺激诱导的LTP主要依赖于突触前膜释放的__________，并涉及突触后膜Ca²⁺内流和AMPA受体的插入。4.低频刺激诱导的LTD通常与突触前膜释放的__________有关，并伴随着突触后AMPA受体数量的减少。5.CaMKII是一种在突触可塑性中起关键作用的__________，它在Ca²⁺浓度升高时会被激活并磷酸化下游底物。6.神经递质谷氨酸通过与__________受体结合，引发突触后神经元的去极化，这是NMDA受体被激活的前提条件之一。7.突触可塑性是学习和记忆的__________基础，它使得神经元之间连接的强度能够发生持久性改变。8.除了离子通道和G蛋白偶联受体，参与突触可塑性的分子还包括__________、生长因子受体等。9.突触重构不仅涉及分子水平的改变，还包括突触前和突触后结构的__________变化，如突触囊泡的数量和分布。10.mGlu受体（代谢型谷氨酸受体）作为谷氨酸的受体，在突触可塑性的调控中扮演着__________（兴奋性或抑制性）和调节LTP/LTD平衡的重要角色。三、名词解释（每题5分，共20分。请给出简洁、准确的概念定义。）1.突触后密度（Post-SynapticDensity,PSD）2.长时程增强（Long-TermPotentiation,LTP）3.钙信号钙库（CalciumSignalingCaciciumCavity/Buffer）4.突触前抑制（PresynapticInhibition）四、简答题（每题10分，共30分。请清晰、有条理地回答问题。）1.简述NMDA受体在长时程增强（LTP）诱导过程中的关键作用及其分子机制。2.比较长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD）在诱导条件、主要涉及的分子机制（至少提及Ca²⁺信号、受体变化）以及生理意义上有何主要区别？3.简述钙信号在突触可塑性中发挥复杂调控作用的原因（至少提及不同的钙源、钙结合蛋白和下游信号通路）。五、论述题（15分。请结合具体机制，深入阐述突触可塑性如何支持学习记忆的形成过程。）试卷答案一、选择题1.C2.C3.C4.B5.C6.B7.B8.B9.B10.A二、填空题1.谷氨酸；第二信使2.谷氨酸；甘氨酸3.谷氨酸4.GABA5.蛋白激酶6.NMDA7.物理基础8.神经营养因子受体9.大小10.兴奋性三、名词解释1.突触后密度（Post-SynapticDensity,PSD）：指神经元突触后膜特化区域，富含离子通道、受体、scaffold蛋白和信号分子，是突触信号转导和调节的核心结构。2.长时程增强（Long-TermPotentiation,LTP）：指突触传递效率在持续、强烈的刺激后发生持久性增强的现象，是学习记忆的细胞机制之一。3.钙信号钙库（CalciumSignalingCaciciumCavity/Buffer）：指神经元内储存钙离子的细胞器（如内质网、终末网），通过释放和摄取钙离子，调节胞质钙浓度，参与信号传递。4.突触前抑制（PresynapticInhibition）：指抑制性中间神经元释放抑制性递质，作用于突触前膜，减少兴奋性递质的释放，从而降低突触后神经元兴奋性的现象。四、简答题1.NMDA受体在LTP诱导过程中的关键作用及其分子机制：*关键作用：NMDA受体作为兴奋性氨基酸受体，其介导的钙离子内流是LTP诱导的必要且关键环节。*分子机制：*条件依赖性：NMDA受体通常被突触前释放的谷氨酸激活，但需同时满足两个条件：一是突触后膜去极化，使受体电压门控通道失活，移除Mg²⁺的阻断；二是需要谷氨酸结合其结合位点。*钙离子内流：当上述条件满足时，NMDA受体开放，允许Na⁺和Ca²⁺（为主）顺浓度梯度内流进入胞浆。*下游信号激活：胞浆内升高的Ca²⁺浓度是触发LTP下游信号转导的关键。Ca²⁺通过与钙结合蛋白（如CaMKII、CaBP）结合，激活下游信号通路，如CaMKII的自身磷酸化，进而磷酸化AMPA受体，促进其插入到突触后膜，增加突触传递效率，最终形成LTP。2.比较长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD）的主要区别：*诱导条件：*LTP：通常由高频（高频）或强直性刺激（Tetanus）诱导。*LTD：通常由低频刺激或突触前膜释放抑制性递质（如GABA）诱导。*主要涉及的分子机制：*LTP：关键机制包括NMDA受体介导的强大Ca²⁺内流，激活CaMKII等激酶，导致下游蛋白磷酸化，促进AMPA受体插入到突触后膜，增加通道开放概率和数量。可能涉及突触结构增大。*LTD：关键机制包括NMDA受体介导的轻度或短暂Ca²⁺内流，或特定GABA-A受体激活导致Ca²⁺内流减少，激活CaMKII的磷酸化，但也激活CaMKII激酶的抑制物（如CaMKIIN）或下游磷酸酶（如PP1），导致AMPA受体从突触后膜移除或内吞，减少通道开放概率和数量。通常伴有突触结构缩小（重构）。*生理意义：*LTP：通常与学习记忆的增强、突触连接的强化有关。*LTD：通常与信息过滤、突触连接的减弱、记忆消退或抑制有关。3.钙信号在突触可塑性中发挥复杂调控作用的原因：*多种钙源：突触活动的钙离子来源多样，包括突触前动作电位触发的电压门控钙通道（VGCC）内流、突触后NMDA受体介导的内流、以及细胞内钙库（内质网/肌质网）释放的钙（通过IP₃和RyR通道）和钙离子从细胞外液通过钙离子转运体（如NCX）内流。不同钙源释放的钙浓度、空间分布和时间特性不同，导致下游信号差异。*钙结合蛋白的特异性：胞质钙离子浓度虽低，但通过与钙结合蛋白（如Calbindin,Calmodulin,parvalbumin,CaBP）结合而被捕获或隔离。不同的钙结合蛋白具有不同的亚细胞定位和与钙的亲和力，它们将钙信号“聚焦”到特定的下游信号分子或结构区域。例如，CaMKII主要在突触后密度富集，而CaMKIIN则可能抑制下游激酶。*下游信号通路的多样性：钙信号被激活后，可以触发多种不同的下游信号通路。例如，Ca²⁺-CaM可以激活CaMKs，进而激活MAPK/ERK、PI3K/Akt等通路，或直接磷酸化AMPA受体、Arc蛋白等。钙信号还可能通过抑制性机制（如激活PPase）发挥作用。这些通路的激活或抑制，以及它们之间的串扰，共同决定了突触最终是增强还是抑制。五、论述题突触可塑性是学习和记忆形成的基础生理机制，它允许神经元之间连接的强度发生适应性改变。其支持学习记忆形成的过程主要通过以下机制实现：1.信息编码与存储在突触连接强度变化中：学习记忆的本质是经历过的信息在神经元网络中形成特定的连接模式。突触可塑性，特别是LTP和LTD，提供了神经表征的物理基础。当特定神经元群体被同时激活时，它们之间连接的突触传递效率会发生变化。强烈的、重复的或协同的活动模式倾向于诱导LTP，使相关突触连接增强，信息得以巩固和存储。而弱活动或特定抑制性活动模式则可能诱导LTD，削弱不相关或冗余的连接，起到筛选和精炼信息的作用。2.长时程增强（LTP）的机制及其在记忆巩固中的作用：LTP的形成涉及多个环节。首先，突触前神经元发放高频率或强直性冲动，导致突触后NMDA受体被激活。由于NMDA受体同时需要谷氨酸和甘氨酸（或GABA）结合，且其通道对电压敏感，因此只有在突触后膜发生去极化（如由突触前释放的谷氨酸引起）时，才能解除Mg²⁺的阻断，允许Ca²⁺内流。内流的Ca²⁺是LTP的关键第二信使。Ca²⁺浓度升高会激活多种下游信号分子，如钙调神经磷酸酶（CaN）、CaMKII（钙调神经磷酸酶依赖性蛋白激酶II）、Ras/MAPK（丝裂原活化蛋白激酶）通路等。这些信号通路最终导致突触后膜AMPA受体数量增加和/或功能增强（通过插入新合成的AMPA受体或改变现有受体的门控特性），以及突触前膜释放谷氨酸的效率增加。这些改变使得突触传递效率持久性提高，从而将“学习”或“记忆”的痕迹记录在增强的突触连接中。3.长时程抑制（LTD）的机制及其在记忆消退和优化中的作用：与LTP相反，LTD通常由低频刺激或特定抑制性信号诱导。这些条件导致突触后NMDA受体介导的Ca²⁺内流减少或增加突触后膜超极化，从而触发不同的信号通路。例如，Ca²⁺内流减少可能激活CaMKII的抑制性亚基CaMKIIN，或者激活Ca²⁺/钙调蛋白依赖性磷酸酶（PP1）。这些通路最终导致突触后AMPA受体数量减少和/或功能减弱（通过内吞现有受体），以及突触前膜释放谷氨酸的减少。这些改变降低了突触传递效率，有助于消除过时或错误的信息，优化神经网络连接模式，是记忆消退和精细调整的基础。4.突触重构（SynapticRemodeling）在记忆存储中的作用：