神经元的基本结构和活动过程.ppt

第一篇 神经元的基本结构和活动过程l神经元神经元l静息电位静息电位l动作电位动作电位 l突触和突触传递突触和突触传递 l神经递质和神经调质神经递质和神经调质 l离子通道离子通道 l受体和第二信使受体和第二信使 Dendritic spines第一章 神经元l第一节第一节 神经元的结构神经元的结构l第二节第二节 神经胶质细胞神经胶质细胞Dendrites receiving synaptic inputs from axon terminals第一节 神经元的结构l一、胞体一、胞体l二、突起二、突起l三、分类三、分类The axon and axon collateralsThe phospholipid bilayerClassification of neurons based on the number of neuritesClassification of neurons based on dendritic tree structurel根据神经元释放递质的不同分类：根据神经元释放递质的不同分类：l胆碱能神经元胆碱能神经元l肾上腺素能神经元肾上腺素能神经元l多巴胺能神经元多巴胺能神经元l5羟色胺能神经元羟色胺能神经元第二节 神经胶质细胞l一、类型一、类型l1.星形胶质细胞星形胶质细胞l可能为血脑屏障的结构基础可能为血脑屏障的结构基础l2.少突胶质细胞少突胶质细胞l构成髓鞘的主要成分构成髓鞘的主要成分l3.小胶质细胞小胶质细胞l吞噬、清除病变细胞吞噬、清除病变细胞l4.室管膜细胞室管膜细胞l支持作用，向脑脊液分泌、或摄取、转运激支持作用，向脑脊液分泌、或摄取、转运激素控制因子素控制因子An astrocyteAn oligodendroglial cell第二节第二节 神经胶质细胞神经胶质细胞l二、功能二、功能l1.支持、绝缘、保护和修复作用支持、绝缘、保护和修复作用l2.营养和物质代谢作用营养和物质代谢作用l3.对离子、递质的调节和免疫功能对离子、递质的调节和免疫功能第二章第二章 静息电位静息电位l第第一一节节 神神经经细细胞胞的的静静息息电位和记录电位和记录l第第二二节节 静静息息膜膜电电位位的的离离子学说子学说An early depiction of a nerve cell第一节第一节 神经细胞的静息电位和记录神经细胞的静息电位和记录l静息电位（静息电位（resting potential）：神经元未受）：神经元未受刺激时，存在于细胞膜内外两侧的电位差。刺激时，存在于细胞膜内外两侧的电位差。l海马海马CA1区锥体细胞区锥体细胞RP 60mvl视网膜上的视杆细胞视网膜上的视杆细胞RP 3040mvl大脑皮层的锥体细胞大脑皮层的锥体细胞RP 6080mvl去极化和超极化去极化和超极化l由于技术上的原因，目前我们记录到的神经元由于技术上的原因，目前我们记录到的神经元静息电位，大都是从直径大于静息电位，大都是从直径大于20m的神经元的神经元中获得。中获得。第二节第二节 静息膜电位的离子学说静息膜电位的离子学说l静息膜电位产生的基本因素：静息膜电位产生的基本因素：l细胞内外离子分布的不平衡，细胞内外离子分布的不平衡，l膜上离子通道关闭和开放对离子产生不同的膜上离子通道关闭和开放对离子产生不同的通透性，通透性，l生电性钠泵的作用，即钠钾泵。生电性钠泵的作用，即钠钾泵。The sodium-potassium pumpStructure of the voltage-gated sodium channelThe movement of ions influenced by an elecetrical fieldElectrical current flow acrossElectrical current flow across a membraneThe dependence of membrane potential on external potassium concentration第三章 动作电位l第一节第一节 动作电位产生的离子机制动作电位产生的离子机制l离子学说及其实验证据离子学说及其实验证据l动作电位产生的离子机制动作电位产生的离子机制l第二节第二节 离子电流的分离方法离子电流的分离方法l第三节第三节 离子电导和离子电导和Hodgkin-Huxley模型模型An action potentialBRAIN FOODBRAIN FOOD第四章 突触和突触传递l第一节第一节 化学突触化学突触l第二节第二节 缝隙连接缝隙连接l第三节第三节 突触电位和突触整合突触电位和突触整合Synaptic arrangements in the CNS化学突触l突触前膜：又称突触前成分，根据不同细胞类突触前膜：又称突触前成分，根据不同细胞类型的连接用不同术语表示，如神经元与神经元型的连接用不同术语表示，如神经元与神经元之间，神经元与肌肉之间，分别称为突触前终之间，神经元与肌肉之间，分别称为突触前终末、终扣、终球、曲张体等。突触小泡，直径末、终扣、终球、曲张体等。突触小泡，直径40200nm。l突触间隙：宽度因突触类型不同而异，约突触间隙：宽度因突触类型不同而异，约20nm。l突触后膜：又称突触后成分，有多种特异蛋白突触后膜：又称突触后成分，有多种特异蛋白质（受体蛋白、通道蛋白、使神经递质失活的质（受体蛋白、通道蛋白、使神经递质失活的酶类）。酶类）。The axon terminal and the synapseThe parts of a chemical synapseChemical synapses,as seen with the electron microscopeVarious sizes of CNS synapsesTwo categories of CNS synaptic membrane differentiations缝隙连接缝隙连接l电突触：间隙电突触：间隙2nm。主要存在于胶质细胞之。主要存在于胶质细胞之间，在成年哺乳动物的脑内，缝隙连接比较少。间，在成年哺乳动物的脑内，缝隙连接比较少。l功能：使一群神经元产生同步性放电。传递速功能：使一群神经元产生同步性放电。传递速度快，几乎不存在潜伏期。和化学突触相比，度快，几乎不存在潜伏期。和化学突触相比，电突触对环境的变化不敏感。电突触对环境的变化不敏感。gap junctionl混合突触：兼有电传递和化学传递的形态特征。混合突触：兼有电传递和化学传递的形态特征。在鱼类较多见，例如电鳗的一些神经核团中，在鱼类较多见，例如电鳗的一些神经核团中，鸟类的睫状神经节、大鼠的前庭神经侧核等部鸟类的睫状神经节、大鼠的前庭神经侧核等部位。位。第三节第三节 突触电位和突触整合突触电位和突触整合l一、兴奋性突触后电位一、兴奋性突触后电位l二、抑制性突触后电位二、抑制性突触后电位l三、突触整合：时间空间三、突触整合：时间空间The generation of an EPSPThe generation of an IPSPEPSP summation第五章第五章 神经递质和神经调质神经递质和神经调质l第一节第一节 神经递质及分类神经递质及分类l第二节第二节 神经递质的合成、释放和失活神经递质的合成、释放和失活l第三节第三节 调质和递质的共存调质和递质的共存第一节第一节 神经递质及分类神经递质及分类l按生理功能分，兴奋性神经递质和抑制性神经按生理功能分，兴奋性神经递质和抑制性神经递质递质l按部位分，中枢性神经递质和周围性神经递质按部位分，中枢性神经递质和周围性神经递质l按化学性质分，胺类、氨基酸类、嘌呤类、神按化学性质分，胺类、氨基酸类、嘌呤类、神经肽等。经肽等。l其中，抑制性神经递质有其中，抑制性神经递质有DA、GABA第二节第二节 神经递质的合成、释放和神经递质的合成、释放和失活失活l合成：合成：胆碱乙酰移位酶胆碱乙酰移位酶 1 胆碱乙酰辅酶胆碱乙酰辅酶A 乙酰胆碱乙酰胆碱 酪氨酸羟化酶酪氨酸羟化酶 多巴胺脱羧酶多巴胺脱羧酶 2 酪氨酸酪氨酸 多巴多巴 多巴胺多巴胺 多巴胺多巴胺羟化酶羟化酶 去甲肾上腺素去甲肾上腺素 小泡小泡 色氨酸羟化酶色氨酸羟化酶 3 色氨酸色氨酸 5羟色胺羟色胺 谷氨酸脱羧酶谷氨酸脱羧酶 4 谷氨酸谷氨酸 氨基丁酸氨基丁酸l释放：释放：l钙离子是小泡膜与突触前膜紧贴融合的必要因钙离子是小泡膜与突触前膜紧贴融合的必要因素。素。l钙离子可能有的作用：钙离子可能有的作用：l降低轴浆的粘度，有利于小泡的移动；降低轴浆的粘度，有利于小泡的移动；l取消突触前膜内负电位，便于小泡与突触前取消突触前膜内负电位，便于小泡与突触前膜接触而发生融合。膜接触而发生融合。l失活：不同类型的神经递质失活方式不同。失活：不同类型的神经递质失活方式不同。l特异的酶分解，如特异的酶分解，如ACh，DA，肽类物质；，肽类物质；l被细胞间液稀释，进入血液循环分解，被细胞间液稀释，进入血液循环分解，NE；l被突触前膜吸收再利用，被突触前膜吸收再利用，NE，DA。The neuromuscular junctionRepresentative neurotransmittersThe synthesis and storage of different types of neurotransmitterThe release of neurotransmitter by exocytosis第三节第三节 调质和递质的共存调质和递质的共存l神经调质的功能：调节信息传递的效率，影响神经调质的功能：调节信息传递的效率，影响神经递质的效应。神经递质的效应。l区分调质和递质的观点：区分调质和递质的观点：l递质作用于膜受体，导致离子通道的开发从而递质作用于膜受体，导致离子通道的开发从而产生兴奋或抑制效应的化学物质；产生兴奋或抑制效应的化学物质；l调质作用于膜受体，通过第二信使作用来改变调质作用于膜受体，通过第二信使作用来改变膜的兴奋性或其他递质释放的化学物质。膜的兴奋性或其他递质释放的化学物质。Elements of neurotransmitter systems第六章第六章 离子通道离子通道 l第一节第一节 离子通道的基本特性离子通道的基本特性l第二节第二节 门控电流门控电流l第三节第三节 膜片钳技术膜片钳技术l第四节第四节 电压依赖性离子通道电压依赖性离子通道离子通道的基本特性离子通道的基本特性l不同的离子通道是相互独立的不同的离子通道是相互独立的l通道是孔洞而不是载体通道是孔洞而不是载体l离子通道的化学本质是蛋白质结构离子通道的化学本质是蛋白质结构l通道对离子通透的特异性依赖于孔洞的大小、通道对离子通透的特异性依赖于孔洞的大小、离子形成氢键的能力及通道内位点相互作用的离子形成氢键的能力及通道内位点相互作用的强度强度A membrane ion channelA view of the potassium channel poreThe structure of a transmitter-gatedion channel第七章第七章 受体和第二信使受体和第二信使l第一节第一节 受体的分子机制受体的分子机制l第二节第二节 神经信号传导中的神经信号传导中的G蛋白蛋白l第三节第三节 钙作为第二信使系统钙作为第二信使系统l第四节第四节 环核苷酸系统环核苷酸系统l第五节第五节 其它第二信使其它第二信使第一节第一节 受体的分子机制受体的分子机制l组成：组成：l接收部分（接收部分（receptor），与配体结合；），与配体结合；l效应成分效应成分（effector），换能作用。），换能作用。l特性：特性：l饱和性饱和性l特异性或专一性特异性或专一性l可逆性可逆性“receptors eye”view of neurotransmitter release第一节第一节 受体的分子机制受体的分子机制l类型：类型：l递质（配体）门控性离子通道，如递质（配体）门控性离子通道，如Ach、GABA等；等；lG蛋白偶联型，如蛋白偶联型，如mGlu；l与酶相关的单跨膜受体，如与酶相关的单跨膜受体，如NGF、CF；l转录调节因子受体（核受体），如脂溶性激转录调节因子受体（核受体），如脂溶性激素。素。Similarities in the structure of subunits for different transmitter-gatedion channels第二节第二节 神经信号传导中的神经信号传导中的G蛋白蛋白lG蛋白的作用：蛋白的作用：l介导其他细胞内外信使的作用；介导其他细胞内外信使的作用；l调节离子通道，引起生长、代谢、细胞骨架调节离子通道，引起生长、代谢、细胞骨架结构、基因表达的变化；结构、基因表达的变化；l参与调节神经递质的合成与释放、突触受体参与调节神经递质的合成与释放、突触受体敏感性、细胞代谢、分化和生长。敏感性、细胞代谢、分化和生长。第二节第二节 神经信号传导中的神经信号传导中的G蛋白蛋白l一、受体通过一、受体通过GTP催化激活催化激活G蛋白蛋白l二、二、G蛋白偶联受体通过跨膜螺旋结构将信息蛋白偶联受体通过跨膜螺旋结构将信息传递到胞质面传递到胞质面l三、效应蛋白：三、效应蛋白：G蛋白调节的效应物蛋白调节的效应物l酶：酶：cAMP的酶的酶l通道：直接作用或通过第二信使来调节通道：直接作用或通过第二信使来调节l转运蛋白：光传导系统，光感细胞转运蛋白：光传导系统，光感细胞The components of a second messenger cascadeSignal amplification by G-protein-coupled second messenger cascades第三节第三节 钙作为第二信使系统钙作为第二信使系统l细胞内游离细胞内游离Ca2+浓度浓度 0.2 mol/Ll细胞外细胞外Ca2+浓度浓度1.8 mmol/Ll通过调节细胞内游离通过调节细胞内游离Ca2+浓度浓度 来实现第二信使来实现第二信使的功能：的功能：lCa2+内流触发神经递质释放；内流触发神经递质释放；l与其他第二信使、蛋白磷酸化、递质合成和与其他第二信使、蛋白磷酸化、递质合成和代谢作用相联系发挥作用；代谢作用相联系发挥作用；l在突触可塑性、发育、学习记忆等神经细胞在突触可塑性、发育、学习记忆等神经细胞功能中起重要作用。功能中起重要作用。胞质胞质Ca2+的调控的调控lCa2+的来源：的来源：l细胞外细胞外Ca2+内流；内流；l细胞内内质网的钙库。细胞内内质网的钙库。l调控途径：调控途径：l细胞膜上的钙通道：突触前膜细胞膜上的钙通道：突触前膜l Na+/Ca2+交换器（钠泵）：交换器（钠泵）：3 Na+流入，流入，1Ca2+流出流出l Ca2+依赖依赖ATP酶（钙泵）：将酶（钙泵）：将ATP水解的能水解的能量把胞内量把胞内Ca2+逆浓度泵出细胞外。逆浓度泵出细胞外。第四节第四节 环核苷酸系统环核苷酸系统lcAMP系统系统lcGMP系统系统l鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶cAMP系统系统lcAMP假说：假说：lcAMP激活靶细胞中专一性蛋白激酶，这些酶激活靶细胞中专一性蛋白激酶，这些酶催化磷酸基团掺入神经元膜上的专一性蛋白，催化磷酸基团掺入神经元膜上的专一性蛋白，改变膜对离子的通透性，进而改变靶细胞的兴改变膜对离子的通透性，进而改变靶细胞的兴奋水平，达到传递动作电位的目的；另一方面，奋水平，达到传递动作电位的目的；另一方面，活性的蛋白激酶作用于核蛋白上使核蛋白磷酸活性的蛋白激酶作用于核蛋白上使核蛋白磷酸化，这可能与长期记忆有关。化，这可能与长期记忆有关。lcGMP系统：在可兴奋组织中起某种特异的调系统：在可兴奋组织中起某种特异的调节作用，如脊椎动物视网膜光电转换机制、平节作用，如脊椎动物视网膜光电转换机制、平滑肌的张力等，它是小脑浦肯野细胞内的第二滑肌的张力等，它是小脑浦肯野细胞内的第二信使。信使。l鸟苷酸环化酶：小血管平滑肌的鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶：小血管平滑肌的鸟苷酸环化酶是通过是通过cGMP起作用的。起作用的。第五节第五节 其它第二信使其它第二信使l膜脂系统膜脂系统l蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶l一氧化氮一氧化氮Second messengers generated by the breakdown of PIP2,a membrane phospholipid