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1、8 章章 分子神经生物学分子神经生物学天津医科大学根底医学院天津医科大学根底医学院生物化学教研室生物化学教研室于公元于公元2019年年6月月7日日神经生物学：neurobiology 研讨功能构造构造发育规律，学习、记忆内容： 传导通路、回路、神经元、突触以及分子程度.受体、通道、基因表达.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、一、 神经元的联络方式神经元的联络方式神经元：神经元： 根本单位根本单位功能：接受、整合、储存、输出功能：接受、整合、储存、输出组成：胞体、树突、轴突组成：胞体、树突、轴突特点：不同功能特点：不同功能 不同蛋白表达受体、通道不同蛋白表达受体、通道神经元联络
2、：突触联络神经元联络：突触联络分类：化学突触、电突触、混合突触分类：化学突触、电突触、混合突触突触联络：轴突触联络：轴-轴，胞轴，胞-胞，树胞，树-树树神经环路：神经环路：neoronal circuitry 建立在突触联络建立在突触联络 之上、之上、多个神经元协调活动功能方式多个神经元协调活动功能方式功能：调理脑区内、或者之间信息流功能：调理脑区内、或者之间信息流三种神三种神经环路：路：1 长间隔逐隔逐级支配相互支配相互联络：特点：信息特点：信息传送高度有序；送高度有序； 信息信息初初级神神经元元中枢，或相反。中枢，或相反。举例：例：视觉、味、味觉，运，运动.2 部分部分环路神路神经元：元：
3、local-circuit neurons, 相相临区域内神区域内神经元之元之间联络特点：区域小，空特点：区域小，空间小、少小、少,部分部分调理理3 辐散性散性环路：路：divergent circuitry 特点：成簇分布神特点：成簇分布神经元元 多靶多靶细胞胞联络方式方式分布：分布： 海海马、脑桥、脑干干二、 神经元膜的根本构造 脂质双层构造：蛋白质镶嵌信号识别：内外识、激动发生、信号传导功能：神经元间对话根底 神经元电活动的根底：离子不对称分布、离子跨膜挪动 离子的不对称分布：Na/K自动转运：Na/K泵细胞内阴离子：相对不通透 (磷酸类)细胞内外平衡电位- 细胞内 mmol细胞外 mm
4、olmVK 1402.5-120Na 1012063Cl 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静息电位静息电位 : 静息下的膜电位差，静息下的膜电位差， -6070 mV构成：构成：K+ 部分部分Na的被动分散，的被动分散， KNa 膜通透性构成膜通透性构成 静息电位是静息电位是K平衡电位平衡电位 细胞内外细胞内外Na, K浓度维持：泵作用浓度维持：泵作用 Cl离子：来源与被动分散离子：来源与被动分散2动作电位：短暂、大而不变膜电位改动特点：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
5、m/s 极化：极化：1去极化：偏离静息电位的正向电位，去极化：偏离静息电位的正向电位， Na的快速内流引起，伴随的快速内流引起，伴随K的外的外流。流。Cl的通透性无改动。的通透性无改动。2超极化：偏离静息电位的负向电位，超极化：偏离静息电位的负向电位， 动作电位的产生：刺激能否到达阈植，阈植下仅仅动作电位的产生：刺激能否到达阈植，阈植下仅仅表现为表现为K外流与氯内流，此时仅仅产生阈下局外流与氯内流，此时仅仅产生阈下局部电位部电位四、四、 神神经元的化学元的化学传导神神经递质/神神经调质：神：神经元分泌的化学信元分泌的化学信使使作用：突触前作用：突触前释放放 突触后膜通道突触后膜通道/离子离子受
6、受 体体 效效应效效应分分类：1快速信号快速信号传导：豪秒：豪秒级别的的电位位过程、程、兴奋/抑制的突触后抑制的突触后电位位2缓慢信号慢信号传导：缓慢、埋伏数百慢、埋伏数百ms, min, h根底：复根底：复杂的神的神经元内的元内的传送送如：如： G蛋白偶蛋白偶联受体的受体的过程程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：
7、原理：1慢慢兴奋突触效突触效应：受体：受体 封封锁K通道通道 缓慢除极化慢除极化2慢抑制突触效慢抑制突触效应：K+通道开放通道开放 超极化。超极化。关于突触关于突触强化化/长时间强化：化：1突触突触强化：延化：延续刺激刺激导致的致的较大大突突触后反响触后反响2长时间强化：多达数小化：多达数小时或者数或者数日的突触活日的突触活动3 3突触突触缓慢信号慢信号传导配体：配体：Glu, Ach, Glu, Ach, 儿茶酚胺，儿茶酚胺， 5-HT, 5-HT, 组织胺，胺，ATP/ADPATP/ADP。受体：受体：G-G-蛋白偶蛋白偶联受体介受体介导过程：程：1 1G-G-蛋白偶蛋白偶联受体受体 第二
8、信使第二信使效效应2 2G-G-蛋白偶蛋白偶联受体受体 二信使二信使 III III 信使信使转录因子因子 通道，受通道，受体数量改体数量改动 影影 响神响神经原原兴奋性。性。总结： 1突触信号突触信号传导是一个复是一个复杂的的过程可以有程可以有门控离子通道，或者控离子通道，或者G-蛋白偶蛋白偶联受体参受体参与，与， 介介导2种以上的化学种以上的化学传导过程。程。2信号整合信号整合为N元的重要特征：元的重要特征：1时间总和：和： 单一突触上的延一突触上的延续电位相位相加。加。2空空间总合：合：细胞不同部位突触胞不同部位突触电流依流依赖N元元被被动电特征而特征而总合合 整合整合后超越后超越阈电位
9、位 兴奋效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：指受体：指G-蛋白偶联的受体蛋白偶联的受体通道：电压或者配体门控的离子通道，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因配体门控制离子通道也是递质的受递质的受体，这类受体也称为受体通体，这类受体也称为受体通道。道。一、离子通道的概念以及研讨方法通道开/关 调控膜电位、离子变化上述适用于非/可兴奋细胞引见：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，构成1-10KM高阻抗封锁接触。电流反响通道的动力学过程分类：1细胞贴附式： 轻吸呵斥1-10 KM电阻2内面向外式： 轻拉
10、动构成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： 1m3.时间分辨率：10 mS技技术扩展：展：分子生物学分子生物学扩展：展：RT-PCRRT-PCR技技术原理：抽取原理：抽取细胞内胞内mRNAcDNAmRNAcDNA克隆、克隆、 表达表达运用：基于膜片运用：基于膜片钳技技术曾曾经检测出出100100多种通道蛋白克隆，点突多种通道蛋白克隆，点突变 概述：门控指通道对调理的反响 1. 门控制的共同特点：1存在特定的机理：关键带电基团的反响 构型改动 通道开放/封锁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
11、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，为电兴奋的根底 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：在继续的除极过程中恢复原先的形状一 电压门控Na+通道1. 亚单位组成(大鼠)：1：1：1亚单位：Mr: 260001亚单位：36000； 非共价键与通道复合物结合2亚单位：33000； 螺旋构造，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
12、测24个构造阈3构造阈由6个螺旋组成S1-S64S4特点：21aa, 富含碱性氨基酸，每2aa出现Lys or Arg.5II-III间S6S1的200aa攀富含酸性aa4. 拓扑：1亚基4个构造域的S5-S6构成孔道构造域I-IV呈正方形陈列2孔道处aa残基决议离子选择性4门控机理：1S4段： 电压感受器、门控位，膜内负电有一定拉力2III-IV襻：快速失活有关。失部分aa通道失活性受阻3III-IV间短襻：PKC磷酸化 失活延缓4I-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
13、，000亚单位：50，000亚单位：33，000亚单位：27，0002亚单位：与亚单位以二硫键衔接克隆：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，构成孔道部分分型：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：静息电位构成抑制内向整流*区别：失活形状不同构造：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
14、跨膜构造S5，S6之间具插入膜外表的孔道区2亚基内向整流：仅2个跨膜区域M1，M2插入不跨膜2个孔道构造K+通道亚基及门控延迟，瞬时整流：基因构造果蝇：shab, shaw, shal编码通道蛋白：S1-S6分3部分亲水N，中心区，疏水C构造特点：1S4区：电压敏感部位，每2AA出现一正电Arg. Or Lys.2S5-6间：插入19aa,构成75%跨膜区，改动构造影响离子选择性3S4-5：存在一保守序列，每7aa为Leu.构成拉链构造，参与电压调控4N，C，Ppore失活：孔道与两末端相互作用，参与失活过程 内向整流K+通道的构造：1POMK1鼠类，相继为IRK1，GIRK12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，能够为构成内向电流的根底生理意义分布 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 静息电位构成， 抑制内向电流
