神经分子生物学PPT课件.pptx

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、味觉，运动.2局部环路神经元局部环

2、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、脑干三、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）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5-99有机离子 86 40-膜电位-90电流反应

3、通道的动力学过程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。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 效应举例：视觉、味觉，运动.空间分辩率： 1m3.2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。K+通道亚基及门控（延迟，瞬时整流）：基因结构（果蝇）：shab, shaw,

4、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.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个孔道结构（一） 电压门控Na+

5、通道1.2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：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)细胞内外平衡电位- 细胞内细胞内 mmol细胞外细胞外

6、mmolmVK 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

7、。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

8、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-

9、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

10、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 -65

11、mv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。5-120Na 1012063Cl 1.2）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.门控分类：电压门控： 对膜电位敏感配体门控：es.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K+通道亚基及门控（延迟，瞬时整流）：基因结构（果蝇）：s

12、hab, 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.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, 富含碱性氨基酸，每2aa出现Lys or Arg.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。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

13、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个孔道结构非共价键与通道复合物结合2亚单位：33000；2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：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、脑干总结： 1突触信号传导是一个复杂的过程可以有门控

14、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。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： 1m3.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.

15、 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: 260001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） 128

16、0 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, 富含碱性氨基酸，每2aa出现Lys or Arg.5）II-III间S6S1的200aa攀富含酸性aa4. 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

17、、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亚单位：33，000亚单位：27，0002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

18、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

19、作用，参与失活过程 内向整流K+通道的结构：1）POMK1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，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：效应分类：1快速信号传导快

20、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。2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：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、脑干电鱼通道：单一多肽；三、神

21、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5-120Na 1012063Cl 1.电流反应通道的动力学过程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，点突变生理意义分布 门控意义延

22、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， 抑制内向电流激素机戒力敏感：压力信息初级神经元中枢，或相反。电鱼通道：单一多肽；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。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（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

23、别：失活状态不同一、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。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：

24、1.灵敏度：0.06 pA 2.空间分辩率： 1m3.时间分辨率：10 mS三、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2）S5-6间：插入19aa,形成75%跨膜区

25、，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.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。（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个孔道结构螺旋结构，二硫键2.生理意义分布 门控意义延时N

26、，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.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

27、 通道开放 突触后电位 效应概述：门控指通道对调节的反应 1.三、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：来源与被动扩散电流反应通道的动力学过程时间分辨率：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，参与失活过程