神經(jīng)元聯(lián)系

1、分子神經(jīng)生物學(xué)天津醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)教研室于公元2003年6月7日,神經(jīng)生物學(xué)：neurobiology 研究功能結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)發(fā)育規(guī)律，學(xué)習(xí)、記憶內(nèi)容： 傳導(dǎo)通路、回路、神經(jīng)元、突觸以及分子水平…...受體、通道、基因表達(dá)…...,第一節(jié)神經(jīng)元信號(hào)傳導(dǎo)概述一、神經(jīng)元的聯(lián)系方式神經(jīng)元： 基本單位功能：接受、整合、儲(chǔ)存、輸出組成：胞體、樹(shù)突、軸突特點(diǎn)：不同功能

2、不同蛋白表達(dá)（受體、通道）,神經(jīng)元聯(lián)系：突觸聯(lián)系分類：化學(xué)突觸、電突觸、混合突觸突觸聯(lián)系：軸-軸，胞-胞，樹(shù)-樹(shù)神經(jīng)環(huán)路：neoronal circuitry 建立在突觸聯(lián)系之上、多個(gè)神經(jīng)元協(xié)調(diào)活動(dòng)功能方式功能：調(diào)節(jié)腦區(qū)內(nèi)、或者之間信息流,三種神經(jīng)環(huán)路：1．長(zhǎng)距離逐級(jí)支配互相聯(lián)系：特點(diǎn)：信息傳遞高度有序； 信息→初級(jí)神經(jīng)元→中樞，或相反。舉例：視覺(jué)、味覺(jué)，運(yùn)動(dòng)...2．局部環(huán)路神經(jīng)元：loc

3、al-circuit neurons, 相臨區(qū)域內(nèi)神經(jīng)元之間聯(lián)系特點(diǎn)：區(qū)域小，空間小、少,局部調(diào)節(jié)3．輻散性環(huán)路：divergent circuitry 特點(diǎn)：成簇分布神經(jīng)元 → 多靶細(xì)胞聯(lián)系方式分布： 海馬、腦橋、腦干,二、神經(jīng)元膜的基本結(jié)構(gòu) 脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)鑲嵌信號(hào)識(shí)別：內(nèi)外識(shí)、沖動(dòng)發(fā)生、信號(hào)傳導(dǎo)功能：神經(jīng)元間對(duì)話基礎(chǔ) 神經(jīng)元電活動(dòng)的基礎(chǔ)：離子不對(duì)稱分布、離子跨膜移動(dòng) 離子的不

4、對(duì)稱分布：Na/K主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)：Na/K泵細(xì)胞內(nèi)陰離子：相對(duì)不通透 (磷酸類),細(xì)胞內(nèi)外平衡電位------------------------------------------------------------------------- 細(xì)胞內(nèi) mmol細(xì)胞外 mmolmVK 1402.5-120Na 1012063Cl

5、 1.577.5-99有機(jī)離子 86 40---膜電位-90,三、神經(jīng)元的電信號(hào)傳導(dǎo)1．靜息電位 : 靜息下的膜電位差， -60~70 mV形成：K+ （部分Na）的被動(dòng)擴(kuò)散， K>Na 膜通透性形成 靜息電位是K平衡電位 細(xì)胞內(nèi)外（Na, K）濃度維持：泵作用 Cl離子：來(lái)源與被動(dòng)擴(kuò)散,2．動(dòng)作電位：短暫、大而不變膜電

6、位改變特點(diǎn)：全或無(wú)的傳播方式產(chǎn)生：Na/K通道的協(xié)同產(chǎn)生, 膜電位的逆轉(zhuǎn)時(shí)限：1mS, 速度120 m/s,極化：1）去極化：偏離靜息電位的正向電位， Na的快速內(nèi)流引起，伴隨K的外流。Cl的通透性無(wú)改變。2）超極化：偏離靜息電位的負(fù)向電位， 動(dòng)作電位的產(chǎn)生：刺激是否達(dá)到閾植，閾植下僅僅表現(xiàn)為K外流與氯內(nèi)流，此時(shí)僅僅產(chǎn)生閾下局部電位,四、神經(jīng)元的化學(xué)傳導(dǎo)神經(jīng)遞質(zhì)/神經(jīng)調(diào)

7、質(zhì)：神經(jīng)元分泌的化學(xué)信使作用：突觸前釋放 → 突觸后膜通道/離子受 體 → 效應(yīng)效應(yīng)分類：1．快速信號(hào)傳導(dǎo)：豪秒級(jí)別的電位過(guò)程、興奮/抑制的突觸后電位2．緩慢信號(hào)傳導(dǎo)：緩慢、潛伏數(shù)百ms, min, h…基礎(chǔ)：復(fù)雜的神經(jīng)元內(nèi)的傳遞…如：G蛋白偶聯(lián)受體的過(guò)程…,1． 快速信號(hào)傳導(dǎo)乙酰膽堿、 谷氨酸γ-氨基丁酸、甘氨酸，5-HT，ATP/ADP作用機(jī)理：配體門控離子通

8、道過(guò)程：配體→ 結(jié)合受體→ 通道開(kāi)放→ 突觸后電位 → 效應(yīng),效應(yīng)分類：1） 興奮性突觸后電位：2） 抑制性后電位： 產(chǎn)生超極化→ K通道開(kāi)放關(guān)于N系統(tǒng)慢突觸后電位：第二信使參與，不一定直接導(dǎo)致N元興奮抑制，但可以影響興奮性。,原理：1）慢興奮突觸效應(yīng)：受體↑→ 關(guān)閉K通道→ 緩慢除極化2）慢抑制突觸效應(yīng)：K+通道開(kāi)放→ 超極化。。。關(guān)于突觸強(qiáng)化/長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)化：1）突觸強(qiáng)

9、化：連續(xù)刺激導(dǎo)致的較大突觸后反應(yīng)2）長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)化：多達(dá)數(shù)小時(shí)或者數(shù)日的突觸活動(dòng)↑,3．突觸緩慢信號(hào)傳導(dǎo)配體：Glu, Ach, 兒茶酚胺， 5-HT, 組織胺，ATP/ADP。。。受體：G-蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)過(guò)程：1）G-蛋白偶聯(lián)受體→ 第二信使→效應(yīng)2）G-蛋白偶聯(lián)受體→ 二信使 → III 信使（轉(zhuǎn)錄因子）→ 通道，受體數(shù)量改變→ 影 響神經(jīng)原興奮性。。。,總結(jié)： 1．突觸信號(hào)傳導(dǎo)是一個(gè)復(fù)雜

10、的過(guò)程可以有門控離子通道，或者G-蛋白偶聯(lián)受體參與，介導(dǎo)2種以上的化學(xué)傳導(dǎo)過(guò)程。2．信號(hào)整合為N元的重要特征：1）時(shí)間總和： 單一突觸上的連續(xù)電位相加。2）空間總合：細(xì)胞不同部位突觸電流依賴N元被動(dòng)電特征而總合→ 整合后超過(guò)閾電位→ 興奮效應(yīng)…,第二節(jié)介導(dǎo)神經(jīng)原信號(hào)的受體通道受體：指G-蛋白偶聯(lián)的受體通道：電壓或者配體門控的離子通道，因配體門控制離子通道也是遞質(zhì)的受體，這類受體也稱為受

11、體通道。,一、離子通道的概念以及研究方法通道開(kāi)/關(guān)→ 調(diào)控膜電位、離子變化上述適用于非/可興奮細(xì)胞介紹：膜片鉗：基于電壓鉗技術(shù)用途：記錄單通道受體的變化原理：負(fù)壓吸引1-3通道，形成1-10KMΩ高阻抗封閉接觸。電流反應(yīng)通道的動(dòng)力學(xué)過(guò)程,分類：1．細(xì)胞貼附式： 輕吸造成1-10 KMΩ電阻2．內(nèi)面向外式： 輕拉動(dòng)形成…3．全細(xì)胞式： 吸引電極端內(nèi)膜，測(cè)定全細(xì)胞電流4．外面向內(nèi)式：技術(shù)

12、特點(diǎn)：1.靈敏度：0.06 pA 2.空間分辯率： 1μm3.時(shí)間分辨率：10 mS,技術(shù)擴(kuò)展：分子生物學(xué)擴(kuò)展：RT-PCR技術(shù)原理：抽取細(xì)胞內(nèi)mRNA→cDNA→克隆、 表達(dá)…應(yīng)用：基于膜片鉗技術(shù)已經(jīng)檢測(cè)出100多種通道．蛋白克隆，點(diǎn)突變,概述：門控指通道對(duì)調(diào)節(jié)的反應(yīng) 1. 門控制的共同特點(diǎn)：1）存在特定的機(jī)理：關(guān)鍵帶電基團(tuán)的反應(yīng)→ 構(gòu)型改變→ 通道開(kāi)放/關(guān)閉2）離子選

13、擇性3）開(kāi)放后隨電化學(xué)變化 2. 門控分類：電壓門控： 對(duì)膜電位敏感配體門控：es. 激素機(jī)戒力敏感：壓力…,3. 電壓離子門控離子通道簡(jiǎn)介：廣泛存在，為電興奮的基礎(chǔ) es. Na+, K+, Ca++…三個(gè)主要特征：電壓激活離子高度選擇性開(kāi)放后自動(dòng)失活性,4. 過(guò)程：雙向性：控制通道功能通透性↑ →0.5~數(shù)百秒 → 秒↓激活過(guò)程：控制除極化后通透速率

14、失活過(guò)程：在持續(xù)的除極過(guò)程中恢復(fù)原先的狀態(tài),（一） 電壓門控Na+通道1. 亞單位組成(大鼠)：1：1：1α亞單位：Mr: 26000β1亞單位：36000； 非共價(jià)鍵與通道復(fù)合物結(jié)合β2亞單位：33000； α螺旋結(jié)構(gòu)，二硫鍵2. 電魚(yú)通道：?jiǎn)我欢嚯模?280，000；似α亞單位,3. 克隆特征：1） 1280 aa: 依α亞單位cDNA 推測(cè)2）4個(gè)結(jié)構(gòu)閾3）結(jié)構(gòu)閾由6個(gè)α螺旋組

15、成（S1-S6）4）S4特點(diǎn)：21aa, 富含堿性氨基酸，每2aa出現(xiàn)Lys or Arg.5）II-III間S6~S1的200aa攀富含酸性aa4. 拓?fù)洌?）α亞基4個(gè)結(jié)構(gòu)域的S5-S6形成孔道結(jié)構(gòu)域I-IV呈正方形排列2）孔道處aa殘基決定離子選擇性,4．門控機(jī)理：1）S4段： 電壓感受器、門控位，膜內(nèi)負(fù)電有一定拉力2）III-IV襻：快速失活有關(guān)。失部分aa通道失活性受阻3）

16、III-IV間短襻：PKC磷酸化→ 失活延緩4）I-II襻：PKC → cAMP-依賴蛋白激酶 → 磷酸化→ 減低激活過(guò)程,（二） 電壓門控制鈣通道概述：骨骼肌、心肌、平滑肌骨骼肌L型鈣通道：DHP受體 亞單位：α亞單位：175，000β亞單位：50，000γ亞單位：33，000δ亞單位：27，000α2亞單位：與δ亞單位以二硫鍵連接,克?。害羴唵挝唬?685-1699 氨基酸α2亞單位：糖

17、蛋白，1106 氨基酸β亞單位： 524 氨基酸，細(xì)胞外，可被多種蛋白激酶磷酸化機(jī)理：α亞單位：DHP結(jié)合位點(diǎn)，形成孔道部分分型：L，N，P，Q區(qū)別：亞單位不同 → 失活率不同β亞單位：磷酸化→ 影響通道量以及失活速率,（三）電壓門控K通道概述：種類多，存在于可興奮細(xì)胞分類：延遲整流：-45mv 以上緩慢失活瞬時(shí)整流：-65 mv 以上失活內(nèi)向整流：靜息電位形成抑制內(nèi)向整流*區(qū)別：失活狀態(tài)不同,結(jié)

18、構(gòu)：功能通道為4α亞基聚合體1）α亞基（延時(shí)整流、瞬時(shí)電流）：?jiǎn)我籗1-S6的六跨膜結(jié)構(gòu)S5，S6之間具插入膜表面的孔道區(qū)2）α亞基（內(nèi)向整流）：僅2個(gè)跨膜區(qū)域（M1，M2）插入不跨膜2個(gè)孔道結(jié)構(gòu),K+通道α亞基及門控（延遲，瞬時(shí)整流）：基因結(jié)構(gòu)（果蠅）：shab, shaw, shal編碼通道蛋白：S1-S6分3部分（親水N，中心區(qū)，疏水C）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1）S4區(qū)：電壓敏感部位，每2AA出現(xiàn)

19、一正電Arg. Or Lys.2）S5-6間：插入19aa,形成75%跨膜區(qū)，改變結(jié)構(gòu)影響離子選擇性3）S4-5：存在一保守序列，每7aa為L(zhǎng)eu.形成拉鏈結(jié)構(gòu)，參與電壓調(diào)控4）N，C，P（pore）失活：孔道與兩末端相互作用，參與失活過(guò)程,內(nèi)向整流K+通道的結(jié)構(gòu)：1）POMK1→鼠類，相繼為IRK1，GIRK12）人類克隆：hROMK1, hROMK2, hROMK3 特征：1）超極化時(shí)