神经元的结构和功能.ppt

第三章 神经系统组成与神经元的基本活动 一、神经系统的组成和大体关系一、神经系统的组成和大体关系脑干背面观脑干背面观人脑有相当大的重量，但是人脑的绝对重量并不是最大的，海豚的脑重大于人脑有相当大的重量，但是人脑的绝对重量并不是最大的，海豚的脑重大于人脑人脑。象脑比人脑大。象脑比人脑大5倍，质量达倍，质量达8千克。人脑占身体质量千克。人脑占身体质量2.33，象脑仅，象脑仅占其身体质量的占其身体质量的02。但鼩。但鼩(qu)鼠的脑占其身体质量的鼠的脑占其身体质量的333。人体的大脑皮层展开，抚平皱褶，可得到一张厚人体的大脑皮层展开，抚平皱褶，可得到一张厚3毫米，面积为毫米，面积为9060平方厘米的平方厘米的“发面饼发面饼”。成年男子的大脑平均重成年男子的大脑平均重1424克，老年萎缩到克，老年萎缩到1395克。男子大脑的重量纪录是克。男子大脑的重量纪录是2049克。正克。正常的、未萎缩的大脑最轻为常的、未萎缩的大脑最轻为1096克。克。二、神经元和神经胶质细胞 1、神经元、神经元 神经细胞数量神经细胞数量:人人 1011个，海兔个，海兔2000多个多个.神经元形态和大小的多样性：神经元形态和大小的多样性：3-155um,神经元的结构：胞体神经元的结构：胞体(soma)和突起和突起(neurites)。神经元的突起：树突（神经元的突起：树突（dendrite）和轴突）和轴突 （axon）。）。神经元分类：据突起数目据突起数目:单极、双极、多极单极、双极、多极 据轴突长短：据轴突长短：高尔基高尔基I型型(轴突长轴突长)、高尔基、高尔基II型型 据功能：感觉、运动、中间据功能：感觉、运动、中间 据作用的性质：兴奋性、抑制性据作用的性质：兴奋性、抑制性 据据神神经经元元释释放放的的递递质质：胆胆碱碱能能、肾肾上上腺腺素素 能能2.突触突触1)、概述、概述1897年英国生理学家谢灵顿提出突触的概念；年英国生理学家谢灵顿提出突触的概念；西西班班牙牙神神经经解解剖剖学学家家Cajal从从形形态态结结构构的的角角度度详详细细研研究究了了神神经经元元之之间间的的联联系系，记记载载描描述述了了神神经经终终末末大大量量分分支支形形成的蓝状终末，奠定了突触形态学概念的基础；成的蓝状终末，奠定了突触形态学概念的基础；突触结构的确定是突触结构的确定是20世纪世纪50年代。年代。突突触触（synapase）的的概概念念：一一个个神神经经元元和和另另一一个个神神经经元元之间的机能连接点。之间的机能连接点。组成：突触前、突出间隙和突触后组成：突触前、突出间隙和突触后Number of synapses for a typical neuron=1,000 to 10,000突触的分类：按按不不同同接接触触部部位位：轴轴-树树、轴轴-胞胞、轴轴-轴轴、胞胞-胞胞、树树-树等树等按按结结构构和和机机制制：化化学学突突触触和电突触和电突触 按传递的性质按传递的性质：兴奋性突兴奋性突触和抑制性突触触和抑制性突触 2)、化学突触、化学突触 化学突触通过化学物质在细胞之间传递神经信息。化学突触通过化学物质在细胞之间传递神经信息。分为突触前、突触后和突触间隙。分为突触前、突触后和突触间隙。特点：单向传递，神经信号通过这类突触时有明特点：单向传递，神经信号通过这类突触时有明显的突触延搁存在。显的突触延搁存在。突触前成分常根据不同细胞类型的连接而有不同突触前成分常根据不同细胞类型的连接而有不同的术语，如在神经元之间、神经元和肌肉之间等，有的术语，如在神经元之间、神经元和肌肉之间等，有突触前终末、终扣、终球、曲张体。突触前终末、终扣、终球、曲张体。突触前的主要结构：突触突触前的主要结构：突触 前栅栏结构和突触小泡前栅栏结构和突触小泡突触前膜：突触前和下一个神经元接触的部分。从形态突触前膜：突触前和下一个神经元接触的部分。从形态上看是指突触前的细胞质膜特别增厚的部分。上看是指突触前的细胞质膜特别增厚的部分。20世纪初，有人提出神经连接处可能有一种化学物质作世纪初，有人提出神经连接处可能有一种化学物质作为神经细胞之间的信使；为神经细胞之间的信使；1950年，年，Fatt和和Katz对神经肌肉接头终板电位的基础上对神经肌肉接头终板电位的基础上提出了提出了“量子释放量子释放”的概念；的概念；1954和和1955年，又有人发现突触小泡。年，又有人发现突触小泡。突触小泡：一般是球状，直径约突触小泡：一般是球状，直径约40200nm。按内含物的电子密度不同分两类：*清亮小泡或电子透亮小泡（清亮小泡或电子透亮小泡（30-60nm，乙酰，乙酰胆碱、谷氨酸、胆碱、谷氨酸、-氨基丁酸、甘氨酸等）氨基丁酸、甘氨酸等）*颗粒小泡或致密核心小泡（颗粒小泡或致密核心小泡（60-150nm、NE、5-HT、DA等）。等）。突突触触间间隙隙：中中枢枢10-30um，神神经经-肌肌肉肉接接头头：50-60um。电电镜镜下下：间间隙隙内内有有电电子子致致密密物物质质，是是一一种种含含糖糖基基的的物物质质，作作用使前膜和后膜产生物理性的连接。用使前膜和后膜产生物理性的连接。突触后膜：电镜下：一层致密层。有突触后膜：电镜下：一层致密层。有多种特异蛋白质（受体、通道、酶）。多种特异蛋白质（受体、通道、酶）。3)、缝隙连接（、缝隙连接（gap junction）：）：电突触。电突触。特征：间隙小，特征：间隙小，2nm，每一侧的，每一侧的膜上都由膜上都由6个蛋白质亚基组成个蛋白质亚基组成的颗粒，颗粒的中心是一个的颗粒，颗粒的中心是一个亲水性的通道。亲水性的通道。电突触的信息传递依赖电信号的电突触的信息传递依赖电信号的离子流，突触一侧的电位变离子流，突触一侧的电位变化，直接通过动作电流的作化，直接通过动作电流的作用到达下一级神经元或靶细用到达下一级神经元或靶细胞。胞。功能：可能使一群神经元产生同功能：可能使一群神经元产生同步性放电。步性放电。存在部位：胶质细胞、脑干中一存在部位：胶质细胞、脑干中一些神经核。些神经核。3、经胶质细胞（经胶质细胞（neuroglia）:为神经细胞的为神经细胞的10-50倍倍.1）神经胶质细胞的类型）神经胶质细胞的类型 a.星星形形胶胶质质细细胞胞:包包裹裹在在脑脑毛毛细细血血管管的的表表面面,是是血血-脑脊液屏障的基础脑脊液屏障的基础 b.少突胶质细胞少突胶质细胞:形成髓鞘形成髓鞘 c.小胶质细胞小胶质细胞:构成神经元和血管的卫星细胞构成神经元和血管的卫星细胞 d.室管膜细胞室管膜细胞:衬在脑室系统及脊髓中央管上衬在脑室系统及脊髓中央管上 2）功能）功能 支持、绝缘、保护和修复作用支持、绝缘、保护和修复作用 营养和物质代谢作用营养和物质代谢作用 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 三、神经细胞的膜电位和记录 1、静息电位（、静息电位（Resting potential,RP）1）概概念念：指指神神经经元元未未受受刺刺激激时时存存在在于于细细胞胞内内外外两侧的电位差。两侧的电位差。2）记录方法：细胞内记录）记录方法：细胞内记录,-30-90mV.3）静息膜电位的形成）静息膜电位的形成 Bernstein 的膜假说（先存学说）：的膜假说（先存学说）：k+的平的平衡电位（衡电位（equilibrium potential）膜假说的实验证明:1939年年，Hodgkin利利用用枪枪乌乌贼贼的的巨巨大大神神经经纤纤维维测测定定了了静静息息细细胞胞两两侧侧的的电电位位差差，测测定定值值与与根根据据Nernst方方程程计计算算所所得得的的K+平平衡衡电位接近，后来又做了改变外液电位接近，后来又做了改变外液K+浓度的实验。浓度的实验。静息膜电位产生的三个基本因素：静息膜电位产生的三个基本因素：细胞内外离子分布不平衡；细胞内外离子分布不平衡；不同离子的通透性差异；不同离子的通透性差异；生电性钠泵生电性钠泵(Na+-K+-ATP 酶）的作用：泵出酶）的作用：泵出3个个Na+，泵入，泵入2个个K+。Ion Concentration(mM)-SQUID NEURONIntracellularExtracellularPotassium40020Sodium50440Chloride40-150560Calcium0.000110Ion Concentration(mM)-MAMMALIAN NEURONIntracellularExtracellularPotassium1405Sodium5-15145Chloride4-30110Calcium0.00011-2Data from Purves et al.,Neuroscience,Sunderland:Sinauer Associates,1997.2、动作电位动作电位1）、概念：）、概念：当直流电刺激强度达到某个阈值时，神经当直流电刺激强度达到某个阈值时，神经细胞就会产生一个不衰减的细胞就会产生一个不衰减的“全和无全和无”式的沿式的沿神经纤维传导的神经冲动。这就叫动作电位神经纤维传导的神经冲动。这就叫动作电位（Action potiential）。）。2）离子学说及其实验依据）离子学说及其实验依据Hodgkin 等等人人的的实实验验发发现现动动作作电电位位大大于于静静息息电电位位，出出现现了超射。了超射。Bernstein膜膜学学说说的的局局限限：不不能能解解释释动动作作电电位位的的超超射射现现象象.RP:-90mV,AP:+50mV1949年年，Hodgkin和和Katz“钠钠离离子子对对动动作作电电位位影影响响”的的实验。实验。3）动作电位产生的离子机制 19501952年，年，Hodgkin,Huxley和和Katz提出了著提出了著名的钠学说，即离子学说。认为：名的钠学说，即离子学说。认为：膜静息时，膜对膜静息时，膜对K+的通透性大，即的通透性大，即 PkPNa,PkPCl;膜兴奋时，膜对膜兴奋时，膜对Na+通透性（通透性（PNa）急剧增加，）急剧增加，Na+大量内流，大量内流，PNa Pk,PNaPCl;这时的膜电位这时的膜电位由静息时的由静息时的EK变成为兴奋时的变成为兴奋时的ENa,，形成，形成Ap的上升相的上升相.紧接着紧接着Na+通道失活，使内向通道失活，使内向INa下降。下降。Na+通道失活的同时，通道失活的同时，K+通道活化，钾电导大大通道活化，钾电导大大增加，增加，PkPNa,PkPCl;钾外流形成很大的外向钾外流形成很大的外向Ik,构成动作电位的下降相构成动作电位的下降相.3、离子电流的分离方法离子电流的分离方法1）电压钳原理）电压钳原理 固固定定膜膜电电位位不不变变，使使膜膜电电容容电电流流为为零零，则则膜电流等于离子电流。膜电流等于离子电流。2）离子电流的分离方法）离子电流的分离方法 离离子子置置换换法法:用用别别的的不不可可通通透透的的离离子子在在细细胞胞外或细胞内来代替钠离子和钾离子。外或细胞内来代替钠离子和钾离子。逆向电位法逆向电位法离离子子电电流流Iion是是指指单单位位时时间间内内通通过过膜膜的的净净电电荷荷，通通透透性性P是指膜对某种物质（包括离子）的通透能力。是指膜对某种物质（包括离子）的通透能力。驱驱动动力力是是指指决决定定离离子子跨跨膜膜移移动动方方向向的的力力，用用膜膜电电位位与与离离子子平平衡衡电电位位之之差差（Vm-Eion)来来表表示示.离离子子电电导导gion用用离离子移动时电阻得到数来表示，即子移动时电阻得到数来表示，即gion=1/Rion Iion=gion(Vm-Eion)离离子子电电流流的的大大小小和和方方向向取取决决于于驱驱动动力力。在在电电压压钳钳位位实实验验中中，不不断断改改变变Vm，Na 电电流流的的方方向向有有以以下三种情况：下三种情况：VmENa 外向外向INa药理学方法药理学方法 阻断钠通道活化的药物：阻断钠通道活化的药物：TTX、STX 阻阻 遏遏 钠钠 通通 道道 失失 活活 化化 的的 药药 物物：海海 葵葵 毒毒 素素（Sea anemone venom），蝎毒素（），蝎毒素（scorpion toxin）激活钠通道的药物：箭毒（激活钠通道的药物：箭毒（batrachotoxin）阻遏钾通道的药物：四乙胺（阻遏钾通道的药物：四乙胺（tetraethylammonium,TEA）表表1、一些离子通道及其常用的工具、一些离子通道及其常用的工具药药物物电电流符号流符号 通道名称通道名称 功能功能 工具工具药药物物 INa 钠钠通道通道 快速去极化快速去极化 阻断阻断剂剂：TTX，STX 动动作作电电位上升相位上升相 IK 延延迟迟整流整流钾钾通道通道 锋电锋电位复极化相位复极化相 阻断阻断剂剂：TEA,4-AP 调节动调节动作作电电位波形位波形IA早早钾钾通道延通道延缓动缓动作作电电位上升速率位上升速率 阻断阻断剂剂：4-AP 减慢爆减慢爆发发性高性高频频放放电电IK(Ca)钙钙激活激活钾钾通道正后通道正后电电位阻断位阻断剂剂：CIX，蜂毒明，蜂毒明肽肽IM 毒蕈碱敏感毒蕈碱敏感钾钾通道通道 维维持静息持静息电电位阻断位阻断剂剂:M胆碱能受体阻断胆碱能受体阻断药药物物Is血清素敏感血清素敏感钾钾通道通道维维持静息持静息电电位位 阻断阻断剂剂：5-HTICa 钙钙通道通道 长长程程动动作作电电位平台期位平台期 阻断阻断剂剂:异博定，异博定，DHP,D600 某些某些细细胞的胞的动动作作电电位上升相位上升相 激激动剂动剂：Bay-K8644注：注：TTX:TTX:河豚毒素；河豚毒素；STX:STX:石房蛤毒素；石房蛤毒素；TEA:TEA:四乙胺；四乙胺；4-AP:4-4-AP:4-氨基吡氨基吡啶啶；CIX：charybdotoxin；5-HT：5-羟羟色胺；色胺；DHP：1，4-二二氢氢吡吡啶啶；D600：甲氧衍生物；：甲氧衍生物；Bay-K8644：双：双氢氢吡吡啶类啶类；四、神经电信号的传递-突触电位和突触整合1.1.神经电信号传递神经电信号传递1)1)神经电信号的传播方式神经电信号的传播方式:传导传导(在同一细胞上在同一细胞上)和传递和传递(不同细胞间不同细胞间)2)2)神经电信号传递方式神经电信号传递方式 依据相对关系依据相对关系:突触传递突触传递:非突触传递非突触传递:神经激素传递方式神经激素传递方式依据作用依据作用:兴奋性传递和抑制性传递兴奋性传递和抑制性传递2.2.化学突触传递化学突触传递1 1）、兴奋性突触后电位（）、兴奋性突触后电位（excitatory postsynaptic potential,EPSPexcitatory postsynaptic potential,EPSP）：指兴奋从突触前）：指兴奋从突触前传到突触后，引起突触后膜的去极化，并扩布到整个神经元细胞的电紧张电位。传到突触后，引起突触后膜的去极化，并扩布到整个神经元细胞的电紧张电位。过程：神经冲动，轴突终末去极化过程：神经冲动，轴突终末去极化钙离子进入突触前终末钙离子进入突触前终末突触小泡和前膜融合、裂开突触小泡和前膜融合、裂开递质释放递质释放作用于后膜受体作用于后膜受体后膜对钠离子通透性增大后膜对钠离子通透性增大兴奋性突触后电位兴奋性突触后电位产生动产生动作电位作电位整个神经元兴奋。整个神经元兴奋。与与Ap的区别：的区别：EPSP通道是配基门控，而通道是配基门控，而Ap是电压门控是电压门控;EPSP有时间和空间的总和，有时间和空间的总和，而没有而没有“全和无全和无”现象。现象。2）、抑抑制制性性突突触触后后电电位位（inhibitory postsynaptic potential,IPSP）：）：突突触触后后膜膜超超极极化化，神神经经递递质质是是抑抑制制性性神神经经递递 质质（甘甘 氨氨 酸酸、GABA等等），氯氯离离子子进入或钾离子流出进入或钾离子流出3）、突触整合：）、突触整合：不同突触的不同突触的冲动传入在冲动传入在神经元内相神经元内相互作用的过互作用的过程称为突触程称为突触整合整合（integration）。）。五、神经递质和调质 1、神神经经递递质质：是是指指由由突突触触前前神神经经元元合合成成并并在在末末梢梢处处释释放放，经经突突触触间间隙隙扩扩散散，特特异异性性作作用用于于突突触触后后神神经经元元或或效效应应器器细细胞胞上上的的受受体体，引引起起信信息息从从突突触触前前传传递递到到突突触触后后的的一些化学物质。如一些化学物质。如Ach,NA2 递质的鉴定标准递质的鉴定标准：l突触前神经元应具有合成该物质的前体和酶系；突触前神经元应具有合成该物质的前体和酶系；l贮存于突触小泡内，冲动到达末梢时，能从小泡内释贮存于突触小泡内，冲动到达末梢时，能从小泡内释放到间隙；放到间隙；l后膜上有特异性受体后膜上有特异性受体l有失活该物质的酶或有其他失活方式有失活该物质的酶或有其他失活方式l有特异的受体激动剂和拮抗剂有特异的受体激动剂和拮抗剂3、调质：、调质：在神经系统中，一些化学物质虽由在神经系统中，一些化学物质虽由神经元产生，也作用于特定的受体，但不神经元产生，也作用于特定的受体，但不是在神经元之间起直接传递信息的作用，是在神经元之间起直接传递信息的作用，不过能调节信息传递的效率，增强或削弱不过能调节信息传递的效率，增强或削弱递质的效应。要通过第二信使的作用。如递质的效应。要通过第二信使的作用。如神经肽。神经肽。4、递递质质和和调调质质的的分分类类：根据化学结构根据化学结构 胆碱类：胆碱类：ACh(第第一个发现的神经递质，一个发现的神经递质，德国的科学家奥托德国的科学家奥托.洛伊维洛伊维Loewi于于1920-1926年期间发年期间发现）。分布：很广，现）。分布：很广，中枢和外周（植物性中枢和外周（植物性神经节前以及躯体运神经节前以及躯体运动神经纤维）动神经纤维）胺胺类类：多多巴巴胺胺、NA（瑞瑞典典冯冯.阿阿勒勒尔尔-Euler于于1946年年分分离离）、肾肾上上腺腺素素（Ad)、5-羟色胺、组胺羟色胺、组胺 氨基酸类：谷氨酸、门冬氨酸、甘氨酸、氨基酸类：谷氨酸、门冬氨酸、甘氨酸、GABA 肽类：加压素、催产素、阿片肽、脑肽类：加压素、催产素、阿片肽、脑-肠肽、血管紧张素等肠肽、血管紧张素等60余种余种嘌呤类：腺甘、嘌呤类：腺甘、ATP（胃肠道的壁内神经丛）（胃肠道的壁内神经丛）气气体体：NO（分分子子量量小小，其其作作用用方方式式不不同同于于经经典典生生物物活活性性物物质质或或神神经经递递质质，不不储储存存于于小小泡泡中中，也也不不以以胞胞吐吐的的方方式式释释放放，它它是是脂脂溶溶性性的的物物质质，可可穿穿过过细细胞胞膜膜，通通过过化化学学/自自由由基基反反应应发发挥挥作作用用并并灭灭活活；作作用用：在在突突触触可可塑塑性性变化、长时程增强效应中起逆行信使作用）、变化、长时程增强效应中起逆行信使作用）、CO脂类：花生四烯酸脂类：花生四烯酸 5、递质的代谢 1）乙乙酰酰胆胆碱碱的的代代谢谢过过程程：由由胆胆碱碱和和乙乙酰酰辅辅酶酶A在在胞胞质质由由胆胆碱碱乙乙酰酰移移位酶的催化合成，存储在小泡中。小泡在钙离子的作用下胞吐。位酶的催化合成，存储在小泡中。小泡在钙离子的作用下胞吐。钙离子的作用：降低轴浆的黏度，降低前膜内负电位。钙离子的作用：降低轴浆的黏度，降低前膜内负电位。从胞吐到小泡膜的恢复可以分为从胞吐到小泡膜的恢复可以分为6个时期个时期“突突触触小小泡泡靠靠近近突突触触前前膜膜活活性性带带靠靠近近突突触触栅栅栏栏结结构构小小泡泡与与前前膜膜接接触触和和两两膜膜融融合合融融合合膜膜裂裂开开释释放放神神经经递递质质小小泡泡膜膜并并入入突突触触前前膜膜小泡膜回收并重新恢复应用。小泡膜回收并重新恢复应用。乙酰胆碱发挥作用后由后膜胆碱酯酶水解失活。乙酰胆碱发挥作用后由后膜胆碱酯酶水解失活。神经递质转运体：膜上将递质重新摄取到突触前神经末神经递质转运体：膜上将递质重新摄取到突触前神经末梢或周围胶质细胞中储存起来的功能蛋白。梢或周围胶质细胞中储存起来的功能蛋白。分类：分类：H+依赖性突触囊泡转运体（转运单胺、甘氨酸、依赖性突触囊泡转运体（转运单胺、甘氨酸、GABA、谷氨酸、谷氨酸、ACh等）等）Na+/K+依赖性突触囊泡转运体（谷氨酸和天冬氨酸）依赖性突触囊泡转运体（谷氨酸和天冬氨酸）Na+/Cl-依赖性膜转运体（依赖性膜转运体（NE、DA、5-HT、GABA、甘氨酸、胆碱）甘氨酸、胆碱）结构特点：多个跨膜结构域（结构特点：多个跨膜结构域（transmembrane domain,TM)的糖蛋白的糖蛋白2）、去甲肾上腺素的代谢过程：在胞浆中，以酪氨酸为原料，在酪氨酸羟化酶作用在胞浆中，以酪氨酸为原料，在酪氨酸羟化酶作用下合成多巴，再在多巴脱羧酶作用下将多巴合成多巴下合成多巴，再在多巴脱羧酶作用下将多巴合成多巴胺，然后多巴胺被摄入小泡，在突触小泡中，在多巴胺，然后多巴胺被摄入小泡，在突触小泡中，在多巴胺胺-羟化酶进一步合成去甲肾上腺素。羟化酶进一步合成去甲肾上腺素。去甲肾上腺素进入间隙发挥作用后有三个去向：去甲肾上腺素进入间隙发挥作用后有三个去向：一部分被血液带走，在肝中失活；一部分被血液带走，在肝中失活；在效应细胞被儿茶酚氧位甲基移位酶和甲胺氧在效应细胞被儿茶酚氧位甲基移位酶和甲胺氧化酶破坏失活；化酶破坏失活；大部分由前膜再利用。大部分由前膜再利用。3）肽类的代谢过程：合成：基因调控；分解：酶解）肽类的代谢过程：合成：基因调控；分解：酶解 l神经肽的主要特点：神经肽的主要特点：相对分子量较大相对分子量较大 作用复杂多样：不同部位有不同的作作用复杂多样：不同部位有不同的作用，在不同种属中作用不同，对不同细胞作用用，在不同种属中作用不同，对不同细胞作用也不同，同一家族的神经肽对同一器官作用不也不同，同一家族的神经肽对同一器官作用不一。作用方式有神经递质、调质和激素样等作一。作用方式有神经递质、调质和激素样等作用。用。五、离子通道 概述：概述：神经系统中信号转导的基本元件神经系统中信号转导的基本元件.作用作用:产生神经元的电信号，产生神经元的电信号，调节神经递质的分泌，调节神经递质的分泌，能能将将细细胞胞外外的的电电刺刺激激、化化学学刺刺激激及及细细胞胞内内产产生生的的化化学信号转变成电信号。学信号转变成电信号。作用特点作用特点:特异性和易感性特异性和易感性 已发现几十种离子通道，还发现一些离子通道亚型。已发现几十种离子通道，还发现一些离子通道亚型。1、离子通道的基本特性1）、不同的离子通道是互相独立的）、不同的离子通道是互相独立的2）、通道是孔道而不是载体）、通道是孔道而不是载体 证据：很高的电导证据：很高的电导 允许离子流动以最大的速度允许离子流动以最大的速度(隧道隧道)温度效应温度效应 专一性比载体低专一性比载体低 3）、离子通道的化学本质是蛋白质）、离子通道的化学本质是蛋白质 蛋蛋白白酶酶处处理理使使通通道道性性质质改改变变:链链霉霉蛋蛋白白酶酶可可使使钠钠通通道道的效应消失的效应消失 发育过程通道功能的产生可用蛋白质抑制剂所阻止发育过程通道功能的产生可用蛋白质抑制剂所阻止 简简单单的的肽肽类类可可形形成成特特异异性性离离子子通通道道，如如短短杆杆菌菌肽肽 可可形形成简单的通道成简单的通道4）、通道对离子通透的特异性依赖）、通道对离子通透的特异性依赖:孔洞大小、离子形成孔洞大小、离子形成氢键的能力及通道内位点相互作用的强度氢键的能力及通道内位点相互作用的强度 2、电压依赖性离子通道1）钠通道）钠通道 分子结构：分子结构：寡聚体，一个寡聚体，一个亚单位和两个亚单位和两个亚单亚单位组成，位组成，与与1亚单亚单位横跨胞膜，而位横跨胞膜，而2暴露于膜的外表面。暴露于膜的外表面。亚单位由亚单位由4个重复的同源域组成，每一个域有个重复的同源域组成，每一个域有6个跨膜区（个跨膜区（S1-S6），其中），其中4个区（个区（S1,S2,S3,S5）具有高度的疏水区，而）具有高度的疏水区，而S4区具有双亲性结构，带正区具有双亲性结构，带正电荷，电荷，S4中每隔两个氨基酸就有一个精氨酸或赖氨酸。中每隔两个氨基酸就有一个精氨酸或赖氨酸。S5-S6之间发卡结之间发卡结构构特性：特性：一般特性一般特性 激活特点激活特点:静息静息,关闭关闭;去极化状态去极化状态,开放开放.电导电导:10pS 离子选择性离子选择性:Na+Li+K+Rb+Cs+Ti+，氨基胍，氨基胍 药理学特性药理学特性 阻断钠通道活化：河豚毒素阻断钠通道活化：河豚毒素(tetrodoxin，TTX)、石房蛤毒素石房蛤毒素(saxitoxin,STX)阻断钠通道失活化阻断钠通道失活化:海葵毒素海葵毒素(sea anemone venom)和蝎毒素和蝎毒素(scorpion）激活钠通道激活钠通道:箭毒箭毒 多样性多样性:多种亚型多种亚型,存在于中枢神经元胞体和树突上存在于中枢神经元胞体和树突上2）钾通道分分子子结结构构：来来自自对对Shaker果果 蝇蝇 的的 研研究究，结结构构与与钠钠通通道道亚亚基基的的一一个个域域相相似似，其其蛋蛋白白序序列列中中有有6个个形形成成跨跨膜膜螺螺旋旋的的相相对对疏疏水水段段，且且第第4段段与与钠钠通通道道的的S4段相同。段相同。钾通道分子量钾通道分子量 7104，而钠通道的，而钠通道的亚单位的分子量为亚单位的分子量为2.6105 特性:电导比钠通道大电导比钠通道大:10-20pS 多样性：多样性：Ik型：产生和维持静息膜电位，单通道电导型：产生和维持静息膜电位，单通道电导20pS 延迟整流器延迟整流器-IDR:典型电压门控钾通道，典型电压门控钾通道，“延迟延迟”是相对于电压门控钠通道的是相对于电压门控钠通道的激活速度而言的。激活速度而言的。“整流整流”是该通道在去极化时的外向电流明显大于超极化时的是该通道在去极化时的外向电流明显大于超极化时的内向电流，因为限制内向电流，因为限制Na+内流，完成动作电位的复极化，内流，完成动作电位的复极化，10pS.钙依赖性钾电流钙依赖性钾电流:需要配体门控，受胞钙离子调控，需要配体门控，受胞钙离子调控，200 pS（大电导）和（大电导）和10-20 pS（小电导）（小电导）.早期钾电流早期钾电流-IA:是一种弱的去极化迅速激活和失活的钾通道。如在海兔神经元，是一种弱的去极化迅速激活和失活的钾通道。如在海兔神经元，去极化去极化-65mV，被激活，被激活，-45mV时，完全失活。时，完全失活。9 pS.反常整流器反常整流器-IAK:整流方向与整流方向与IDR相反，由超极化激活，去极化失活，内向电相反，由超极化激活，去极化失活，内向电导大于外向电导。导大于外向电导。介导介导M电流电流:由特殊的由特殊的“M通道通道”（在（在M型型ACh受体激活时被关闭）介导，去极受体激活时被关闭）介导，去极化时激活。化时激活。3）钙通道分子结构：分子结构：6个亚单位，个亚单位，122，1构成通道构成通道 钙钙 通通 道道特性a、在在静静息息膜膜电电位位时时是是关关闭闭的的，在在较较强强的的去去极极化化作作用用时时才才呈现可逆性开放呈现可逆性开放b、钙通道可通透、钙通道可通透Ca2+、Ba2+、Sr2+c、钙通道阻断剂、钙通道阻断剂 无机离子：无机离子：Cd2+、Co2+、Mn2+、Ni2+、La2+有有机机阻阻断断剂剂：异异博博定定（verapamil）、甲甲氧氧衍衍生生物物D600、类类硫硫氮氮卓卓酮酮（diltiazen）、双双氢氢吡吡啶啶类类（硝硝苯苯吡吡啶啶、nifedipine,nitredpine,nisodipine等等）、来来自自软体动物和蜘蛛的蛋白质毒素软体动物和蜘蛛的蛋白质毒素 d、钙离子流的作用、钙离子流的作用 运载电流，改变膜电流运载电流，改变膜电流 作为细胞内信使，参与信号转导作为细胞内信使，参与信号转导 激活代谢激活代谢 诱导突触小泡释放诱导突触小泡释放 刺激收缩蛋白刺激收缩蛋白 补充钙贮备补充钙贮备 钙通道的多样性据激活电位阈值、失活特性、单通道电导和药理学敏感性分为据激活电位阈值、失活特性、单通道电导和药理学敏感性分为:L型型(Longlasting):有很高阈值有很高阈值,需要很强的去极化才能激活需要很强的去极化才能激活,不不失活失活,电导大电导大,持续时间长持续时间长,可被双氢吡啶类和可被双氢吡啶类和 毒素阻断。毒素阻断。T型型(Transient):阈值很低阈值很低,约约-70mV.很快失活很快失活.持续时间很短持续时间很短.电导小电导小,约为约为9pS.阻断剂为阻断剂为mibefradil。N型型(non-longlasting non-transient)：高阈值，需很强的去：高阈值，需很强的去极化（极化（-30mV)才能激活，电导才能激活，电导13pS，处于，处于L型和型和T型之间，可被型之间，可被 毒素阻断。毒素阻断。P/Q型：高阈值，缓慢失活，主要分布神经组织。型：高阈值，缓慢失活，主要分布神经组织。R型：高阈值，失活速度比型：高阈值，失活速度比T型快型快8倍。倍。4）氯通道（）氯通道（Cl-channel,CLC)结构特点：结构特点：“双筒式双筒式”结构，由两个完全相同结构，由两个完全相同的亚基组成二聚体，且每个亚基本身就是完整的亚基组成二聚体，且每个亚基本身就是完整的功能单位。通道特性：的功能单位。通道特性：单通道电导小，单通道电导小，1-8pS.门控过程具有时间和电压依赖性。膜超极化可门控过程具有时间和电压依赖性。膜超极化可缓慢增加通道开放的概率（慢门控），而去极缓慢增加通道开放的概率（慢门控），而去极化增加通道的开放时间（快门控）化增加通道的开放时间（快门控）功能：具有稳定细胞膜电位的作用功能：具有稳定细胞膜电位的作用六、受体与信号转导 1、概述、概述受受体体（receptor）：能能与与配配体体结结合合并并能能传传递递信信息息、引引起起效效应应的的细细胞胞成成分分。它它是是存存在在于于细细胞胞膜膜上上或或细胞质内的蛋白质大分子细胞质内的蛋白质大分子.组成：接受部分、效应部分组成：接受部分、效应部分 受体配体相互作用的结果：受体配体相互作用的结果：神经元兴奋或抑制神经元兴奋或抑制 肌肉收缩肌肉收缩 腺体分泌激素腺体分泌激素 酶的激活或灭活酶的激活或灭活 蛋白质合成蛋白质合成 递质或激素释放等递质或激素释放等受体的鉴定标准：受体的鉴定标准：饱和性饱和性 特异性或专一性特异性或专一性 可逆性可逆性2、受体的分类：、受体的分类：递质（配体）门控性离子通道递质（配体）门控性离子通道 G蛋白偶联受体蛋白偶联受体 催化型受体催化型受体 转录调节因子受体转录调节因子受体3、离子通道型受体：反应迅速。、离子通道型受体：反应迅速。分类：分类：（1）Cys-环受体亚类：环受体亚类：nACh受体、受体、5-HT3R、GABAAR和和GlyR.结构特征：五聚体围成中央离子通道，所有亚单位都有结构特征：五聚体围成中央离子通道，所有亚单位都有4个个TM,每间隔每间隔15个氨基酸残基，就有一对个氨基酸残基，就有一对Cys形成环。形成环。nACh受受体体的的分分子子结结构构：5个个亚亚基基(2个个，各各1个个)，漏漏斗斗状状，大大头头向向外外，狭狭长长部部分分向向内内，氨氨基基酸酸中中带带电电荷荷的的部部分分位位于于通通道道的的内内侧侧面面，疏疏水水部部分分在在另另一一 侧侧。分分 子子 量量 为为2.7105,ACh与与亚亚基基结结合合，位位点点在在N末末端段的二硫键附近。端段的二硫键附近。（2）谷谷氨氨酸酸门门控控的的阳阳离离子子通通道道（离离子子型型谷谷氨氨酸酸受受体体，iGluRs家族家族)亚型：亚型：N-甲基甲基-D-天冬氨酸（天冬氨酸（NMDA）受体）受体 使君子氨酸（使君子氨酸（QA）受体）受体 海人酸（海人酸（KA）受体）受体 L-AP4(L-2-amino-4-phosphonobutanoic acid)型型受体。受体。NMDA受体有独特的电压依赖性。静息时，受体通道被受体有独特的电压依赖性。静息时，受体通道被Mg 2+堵塞，去极化堵塞，去极化将将Mg 2+逐去而打开逐去而打开NMDA受体通道，现克隆出受体通道，现克隆出NR1、NR2A、NR2B、NR2C、NR2D、NR2L等多种亚单位。等多种亚单位。QA受体分为两种亚型受体分为两种亚型 离子型（离子型（AMPA：-氨基氨基-3-羟基羟基-5-甲基异甲基异恶唑恶唑-4-丙酸）丙酸）代谢性型受体（代谢性型受体（mGluR:激活时促使激活时促使PIP2水水解，产生解，产生DG和和IP3）（3）环核甘酸受体相关离子通道：环核甘酸受）环核甘酸受体相关离子通道：环核甘酸受体、体、IP3受体和受体和Ryanodine受体受体（4）上皮钠通道相关离子通道：）上皮钠通道相关离子通道：ASICs、FMRF肽门控离子通道和肽门控离子通道和ATP受体受体.配体包括配体包括来自胞外的酸、神经肽、来自胞外的酸、神经肽、ATP等。等。（5）内向整流钾通道相关离子通道：）内向整流钾通道相关离子通道：G蛋白偶蛋白偶联的内向整流钾通道和联的内向整流钾通道和ATP关闭的内向整流钾关闭的内向整流钾通道。通道。4、G蛋白偶联受体蛋白偶联受体l1981年纯化出年纯化出-肾肾上腺素受体上腺素受体l现现在已知在已知1000多种多种l特点：在与激特点：在与激动剂结动剂结合后，只有合后，只有经过经过G蛋白蛋白转转导导，才能将信号，才能将信号传递传递至效至效应应器。器。结结构上由构上由单单一一多多肽链肽链构成。形成构成。形成7次跨膜次跨膜结结构。构。l分分类类：视视紫紫红质亚类红质亚类 肠肠促胰液促胰液肽肽受体受体亚类亚类 mGluR/GABAB受体受体亚类1）、信号传导中的）、信号传导中的G蛋白蛋白（1）G蛋蛋白白：能能与与GTP结结合合的的蛋蛋白白称称为为G蛋蛋白白（G protein），G蛋蛋白白有有、三三个个亚亚基基，当当亚亚基基激激活活时时，亚亚基基与与、亚亚基基复复合合物物解解聚聚，亚亚基基激激活效应蛋白活效应蛋白（2)G蛋白分类蛋白分类 几乎所有的几乎所有的G蛋白蛋白亚亚基都能被基都能被细细菌毒素如霍乱毒素菌毒素如霍乱毒素(CTX)和百日咳毒素（和百日咳毒素（PTX)催化催化发发生生ADP核苷化。核苷化。l CTX使使G蛋白持续被激活蛋白持续被激活l PTX干干扰G蛋白的活化蛋白的活化根据根据亚亚基氨基酸序列同源性及其功能，基氨基酸序列同源性及其功能，G蛋白分蛋白分4大类：大类：Gs、Gi、Gq、G12(3)G蛋白介导的信号系统蛋白介导的信号系统G蛋白介导的信号系统蛋白介导的信号系统（4）、受体通过）、受体通过GTP催化激活催化激活G蛋白的特点蛋白的特点a、受体通过促进、受体通过促进GTP的结合而激活的结合而激活G蛋白蛋白b、每个受体分子可以激活多个、每个受体分子可以激活多个G蛋白分子蛋白分子c、信号传递与受体数目、信号传递与受体数目、G蛋白的相对数目及受体的催化活性有关蛋白的相对数目及受体的催化活性有关（5）、）、G蛋白偶联受体与配体结合含有两种模式蛋白偶联受体与配体结合含有两种模式 a、小的疏水性正离子型的配体：肾上腺素能、小的疏水性正离子型的配体：肾上腺素能 受体、毒蕈碱型胆受体、毒蕈碱型胆碱能受体、视蛋白等。结合在跨膜螺旋束内碱能受体、视蛋白等。结合在跨膜螺旋束内 b、大的糖蛋白类配体：黄体激素、促甲状腺激素受体。结合在、大的糖蛋白类配体：黄体激素、促甲状腺激素受体。结合在N-末端区域内末端区域内（6）G蛋白的效应蛋白：酶、通道或转运蛋白蛋白的效应蛋白：酶、通道或转运蛋白 5、受体间的相互作用、受体间的相互作用1）GPCR与与GPCR之间的对话之间的对话2）GPCR与离子通道型受体之间的对话与离子通道型受体之间的对话3）离子通道型受体与离子通道型受体之间的对）离子通道型受体与离子通道型受体之间的对话话6、钙是神经细胞内一种重要的第二信使钙离子的作用钙离子的作用 钙内流触发神经递质释放；钙内流触发神经递质释放；钙钙通通过过与与其其他他第第二二信信使使、蛋蛋白白磷磷酸酸化化、递递质质合合成成和和代谢作用相联系发挥作用；代谢作用相联