神經元間的信息傳遞演示文稿

神經元間的信息傳遞演示文稿當前第1頁\共有74頁\編于星期四\20點（優(yōu)選）神經元間的信息傳遞當前第2頁\共有74頁\編于星期四\20點3一、

突觸結構與傳遞1.概述突觸：一個神經元與另一個神經元、肌細胞、腺細胞以及其他效應器細胞或感受器細胞等緊密接觸并形成特殊結構的功能接觸部位。當前第3頁\共有74頁\編于星期四\20點4分類按接觸部位軸突?樹突型軸突?胞體型軸突?軸突型胞體胞體型樹突樹突型按結構和機制化學性突觸電突觸

按照傳遞性質興奮性突觸抑制性突觸當前第4頁\共有74頁\編于星期四\20點52.電突觸（1）縫隙連接（gapjunction）

細胞間惟一能直接進行信息和物質交換的通道。由相鄰細胞膜上的兩個連接子（connexon）相互錨定而成。六個連接蛋白（connexin）排列成六角形，中央有一直徑約1.5nm的孔形成了連接兩細胞的親水性孔道。當前第5頁\共有74頁\編于星期四\20點6

在體內有較廣泛的分布，發(fā)育期超過發(fā)育成熟后神經系統(tǒng)中主要存在于膠質細胞之間分子量低于1KD或直徑小于1.5nm的物質可通過縫隙連接（2）電突觸的作用

功能意義：使神經元形成同步化活動不存在突觸延擱傳遞信號可靠，不易受各種因素的影響傳遞速度快，易于形成同步化當前第6頁\共有74頁\編于星期四\20點7電突觸結構基礎：縫隙連接（gapjunction）電突觸的突觸間隙很窄，在突觸小體內無突觸小泡，間隙兩側的膜是對稱的，形成通道，帶電離子可通過通道傳遞電信號。特點：電突觸多數(shù)是雙向傳導的，即縫隙連接，是以電流（電訊號）傳遞信息。作為化學突觸,其傳遞是單向性的，化學物質（神經遞質）作為通訊的媒介。當前第7頁\共有74頁\編于星期四\20點83.化學突觸經典突觸傳遞，即突出前神經元產生的興奮性電信號（動作電位）誘發(fā)突觸前膜釋放神經遞質，跨過突觸間隙而作用于突觸后膜，進而改變突觸后神經元的電活動。突觸前神經元首先通過釋放神經遞質，將神經元電信號轉變?yōu)榛瘜W信號，然后攜帶信息的神經遞質作用于突觸后膜，并將化學信號再轉換為電信號，所以又稱為電——化學——電傳遞。當前第8頁\共有74頁\編于星期四\20點9（1）化學突觸的解剖結構①突觸前膜

7.5nm，遞質、受體②突觸間隙

20～30nm，粘多糖、糖蛋白、水解酶③突觸后膜

受體、離子通道以軸突末梢釋放特殊的化學物質來完成突觸傳遞的方式當前第9頁\共有74頁\編于星期四\20點10（2）突觸前膜（presynapticmembrane）

突觸終扣（synapticbutton）致密突起（denseprojection）網(wǎng)格（grid）突觸囊泡，突觸小泡（synapticvesicle）信號整合區(qū)特征：大量突觸囊泡當前第10頁\共有74頁\編于星期四\20點11（3）突觸間隙(synapticcleft)

約20nm含電子致密物質當前第11頁\共有74頁\編于星期四\20點12（4）突觸后膜（postsynapticmembrane）

含多種特異的蛋白質，主要是受體蛋白、通道蛋白，還有一些能分解神經遞質使之失活的酶類。特征：顆粒和細絲當前第12頁\共有74頁\編于星期四\20點134.突觸傳遞synaptictransmission①突觸前神經元：電信號－→化學信號②突觸間隙：化學物質－→突觸后神經元③突觸后神經元：化學信號－→電信號當前第13頁\共有74頁\編于星期四\20點14過程①Ca2+內流進入突觸前膜②囊泡釋放遞質到突觸間隙③遞質作用于突觸后膜受體，打開鈉通道④遞質激活突觸后膜G蛋白偶聯(lián)受體⑤⑥⑦遞質作用于突觸前膜受體或被突觸前膜重攝入⑧遞質被膠質細胞攝入⑨突觸囊泡的形成⑩其它囊泡釋放（1）化學突觸的傳遞過程和特點當前第14頁\共有74頁\編于星期四\20點15特點(1)單向傳遞(2)突觸延擱（0.5ms）(3)總和(4)對內環(huán)境變化的敏感性(5)對某些藥物敏感當前第15頁\共有74頁\編于星期四\20點16（2）突觸前膜去極化和Ca2＋的內流當前第16頁\共有74頁\編于星期四\20點17（3）突觸前遞質釋放以胞吐（exocytosis）的形式釋放神經遞質以胞吞（endocytosis）的方式進行再生Endocytosisandexocytosis當前第17頁\共有74頁\編于星期四\20點18

神經遞質在突觸前細胞發(fā)生沖動（動作電位）時，鈣離子通道負責將去極化轉化成神經遞質的釋放。

興奮-分泌耦合（excitation-secretioncoupling）當前第18頁\共有74頁\編于星期四\20點19（4）量子釋放與胞吐作用量子釋放（quantalrelease）胞吐（exocytosis）①去極化②Ca2＋內流③泊靠④融合、卸貨⑤胞飲、再填充量子釋放的基礎：一個囊泡，“最小包裝”當前第19頁\共有74頁\編于星期四\20點20融合方式吻了就跑（kiss-and-run）全融合當前第20頁\共有74頁\編于星期四\20點21（5）參與胞吐作用的相關蛋白①突觸囊泡膜蛋白②突觸前膜蛋白質③胞液中的蛋白質突觸蛋白、突觸小泡蛋白、突觸結合蛋白、囊泡整合蛋白家族等突觸融合蛋白、突觸小體相關蛋白-25、生長相關蛋白-43等N乙基馬來酰亞胺敏感因子-可溶性NSF附著蛋白GAP-43(green)Synapsin當前第21頁\共有74頁\編于星期四\20點22（6）神經遞質突觸前釋放的調制4種調制靶點內在過程:

由靜息膜電位或動作電位發(fā)放的變化所引起

2種過程外部過程:其它神經元的突觸輸入

改變啟閉鈣通道改變鈣通道門控改變K+或Na+內流作用于Ca2+內流的下游機制當前第22頁\共有74頁\編于星期四\20點23（7）慢傳遞與快傳遞快信息傳導：直接產生突觸后電位，<1mS是突觸傳遞的基本形式

慢信息傳導:產生一系列生化反應，以秒計是一種調制機制

當前第23頁\共有74頁\編于星期四\20點24二、突觸整合（synapticintegration）

Atypicalmammalianneuroninthecortexmaybeinsynapticcontactwith100-1000otherneurons興奮性突觸后電位(EPSP)抑制性突觸后電位(IPSP)突觸整合:神經元將各種傳入沖動引起的突觸后反應進行空間和時間的總和，最終決定是否輸出動作電位的過程。當前第24頁\共有74頁\編于星期四\20點25中科院上海生命科學研究院神經研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)了大腦皮層維持興奮和抑制動態(tài)平衡的新機制，并畫出了一幅大腦皮層“太極圖”，這項研究有助于分析癲癇、精神分裂癥等神經系統(tǒng)疾病。這一研究成果公布在《公共科學圖書館—生物學》（PLoSBiology）雜志上。大腦皮層各種功能的正常發(fā)揮依賴于皮層中興奮和抑制的動態(tài)平衡。在皮層神經網(wǎng)絡中，興奮性的錐體神經元和抑制性的中間神經元通過突觸結構形成局部神經環(huán)路，這些環(huán)路是皮層中興奮-抑制平衡的結構基礎。一般認為，興奮性神經元發(fā)放的動作電位（數(shù)碼信號）沿軸突傳導至突觸前膜，通過突觸傳遞在抑制性神經元上產生興奮性突觸后電位（EPSP），如果達到特定的發(fā)放閾值，抑制性神經元會產生動作電位并在其支配的興奮性神經元上產生抑制性突觸后電位（IPSP），從而反饋抑制興奮性神經元。大腦皮層的電活動狀態(tài)與行為息息相關，那么皮層又是如何在不同的電活動狀態(tài)下（即當神經元處于不同的膜電位水平時）維持興奮-抑制的動態(tài)平衡呢？當前第25頁\共有74頁\編于星期四\20點26研究人員在離體腦薄片上應用膜片鉗技術同時記錄多個皮層神經元，發(fā)現(xiàn)反饋性抑制受到突觸前錐體神經元膜電位的調控：錐體神經元的閾下膜電位去極化（興奮性提高）可增強其動作電位在突觸后錐體神經元上引起的雙突觸IPSP（抑制性增強）。進一步實驗證明，雙突觸IPSP的增強是由抑制性中間神經元所介導：突觸前去極化增大動作電位在抑制性中間神經元上誘發(fā)EPSP（膜電位依賴的模擬信號），并使其發(fā)放動作電位的概率和數(shù)目增加，從而介導IPSP的增強。這種膜電位依賴的EPSP和IPSP的變化由軸突D-電流（一種快激活但緩慢失活的鉀電流）所介導。該研究揭示了大腦皮層動態(tài)維持其網(wǎng)絡中興奮和抑制平衡的新機制。由于皮層中這一平衡的破壞與癲癇、精神分裂癥等神經系統(tǒng)疾病有關，這項研究成果可為相關疾病的臨床治療提供新思路。當前第26頁\共有74頁\編于星期四\20點27突觸整合（synapticintegration）：

不是突觸電位簡單的代數(shù)和是突觸處被激活的電導和離子流的對抗作用受突觸電位在神經元樹突分支上幾何位置的影響是腦最基本功能活動的本質當前第27頁\共有74頁\編于星期四\20點28（1）突觸整合的簡單形式總和時間總和空間總和（2）突觸整合的關鍵部位軸突始段（axoninitialsegment）即動作電位的觸發(fā)區(qū)

軸突始段當前第28頁\共有74頁\編于星期四\20點29三、突觸可塑性（synapticplasticity）突觸可塑性指化學性突觸傳遞效能的改變

，包括突觸傳遞增強和突觸傳遞減弱兩方面，表現(xiàn)為突觸后膜上電反應的增強或減弱。TypicalLTPgraph,obtainedfromtheCA1regionofthehippocampus根據(jù)電反應持續(xù)時間：短時程突觸可塑性長時程突觸可塑性當前第29頁\共有74頁\編于星期四\20點30突觸可塑性（廣義）突觸傳遞可塑性突觸發(fā)育可塑性突觸形態(tài)的可塑性當前第30頁\共有74頁\編于星期四\20點31（1）短時程突觸可塑性

突觸前神經末梢受到一連串有效電刺激后，在短時間內（數(shù)十毫秒到數(shù)十分鐘）突觸前或突觸后反應的增強或減弱。三種形式突觸易化（synapticfacilitation）強直后增強（posttetanicpotentiation,PTP）突觸抑制（synapticdepression）

當前第31頁\共有74頁\編于星期四\20點32（2）長時程突觸可塑性可以持續(xù)數(shù)小時乃至數(shù)周的突觸活動的增強與抑制現(xiàn)象，分別被稱為LTP和LTD。LTP(longtermpotentiation)：突觸前末梢受到強直刺激后，突觸后神經元出現(xiàn)的一種突觸后電位持續(xù)性增強的現(xiàn)象。LTP被普遍視為構成學習與記憶基礎的主要分子機制之一當前第32頁\共有74頁\編于星期四\20點33long-termsynapticpotentiation當前第33頁\共有74頁\編于星期四\20點34LTD（longtermdepression

）突觸傳遞效應持續(xù)性下降的一種現(xiàn)象，小腦皮層是產生LTD的重要部位之一。Sti:PFRec:PC----EPSPSti:PFandCF(1～4Hz)+PFRec:PC---EPSP↓↓PCCFPF當前第34頁\共有74頁\編于星期四\20點35第二節(jié)神經系統(tǒng)信號轉導指神經遞質、神經調質、激素、神經營養(yǎng)因子或細胞因子等細胞間信號轉化為細胞內生物化學信號并產生后續(xù)神經細胞功能改變的過程。受體（receptor）:存在于細胞膜或細胞內的生物大分子（糖蛋白或脂蛋白），能夠特異性地識別和結合有生物活性的化學信號物質，啟動一系列信號轉導，產生相應的生物效應。當前第35頁\共有74頁\編于星期四\20點36受體的分類、命名及分子結構細胞膜受體環(huán)狀受體七次跨膜α螺旋受體一次跨膜螺旋受體細胞內受體

受體的基本特征1）飽和性2）特異性3）可逆性4）親和性5）區(qū)域分布性當前第36頁\共有74頁\編于星期四\20點371）環(huán)狀受體,配體門控離子通道（ligand-gatedionchannel）特征①由4～5個跨膜亞單位聚集，構成中央水相孔洞②每個亞單位一般具有2～4個由疏水氨基酸組成的跨膜α螺旋區(qū)段③每個亞單位都有一個較大的細胞外N端，上面有特異性配體結合的部位。當前第37頁\共有74頁\編于星期四\20點382）七次跨膜α螺旋受體,2）七次跨膜α螺旋受體G蛋白偶聯(lián)受體（Gproteincoupledreceptor）蛇型受體（serpentinereceptor）七次跨膜α螺旋受體結構①一條肽鏈，7次跨膜；N端在膜外，糖修飾,親水性氨基酸組成②跨膜部分為螺旋結構，疏水③

C端在胞內，為與效應器偶聯(lián)的部位或本身的效應部位特征當前第38頁\共有74頁\編于星期四\20點39G蛋白:能結合并水解三磷酸鳥苷，且其功能也受GTP-GDP轉化的調節(jié)受體和各種效應器（酶、通道）之間的通過G蛋白偶聯(lián)當前第39頁\共有74頁\編于星期四\20點403）一次跨膜螺旋受體催化型受體（catalyticreceptor）酶偶聯(lián)受體（enzymecoupledreceptor）一次跨膜螺旋受體結構

全部為糖蛋白且只有一個跨膜螺旋結構配體與受體結合后改變酶的活性由4部分組成：識別部位、跨膜結構催化部位、調節(jié)部位當前第40頁\共有74頁\編于星期四\20點41細胞內受體多為反式作用因子（trans-actingfactor）特征

通常為400～1000個氨基酸殘基四個區(qū)域：高度可變區(qū)，含25～603個氨基酸殘基，具轉錄激活作用

DNA結合區(qū)，有66～68個氨基酸殘基，富含半胱氨酸并有鋅指結構

激素結合區(qū)，由220～250個氨基酸殘基鉸鏈區(qū)，短序列當前第41頁\共有74頁\編于星期四\20點42受體活性調節(jié)受體下調：數(shù)目減少和/或結合力降低與失敏

受體上調：數(shù)目增多和/或對配體的結合力增加

常見機制磷酸化和脫磷酸化作用G蛋白的調節(jié)酶促水解作用當前第42頁\共有74頁\編于星期四\20點43神經系統(tǒng)信號轉導方式①直接激活離子通道受體②激活G蛋白偶聯(lián)受體③激活酪氨酸激酶④作用于神經元胞質或核內受體當前第43頁\共有74頁\編于星期四\20點44一、G蛋白與跨膜信號轉導G蛋白:能結合并水解三磷酸鳥苷，且其功能也受GTP-GDP轉化的調節(jié)當前第44頁\共有74頁\編于星期四\20點451.G蛋白的特點及分類特點

都是膜蛋白（不跨膜）都由三個不同的亞單位組成，βγ亞單位通常組成緊密的二聚體，共同發(fā)揮作用。

亞:39—46kDa，有特異的GTP結合位點，有GTP酶活性，不同G蛋白的結構上的差別主要表現(xiàn)在亞單位。當前第45頁\共有74頁\編于星期四\20點46（1）當外環(huán)境中不存在受體的激動劑時，G蛋白的三個亞單位呈聚合狀態(tài)，α亞單位與GDP結合,形成G蛋白－GDP復合體。（2）當外環(huán)境中存在受體的激動劑時，受體與之結合，同時釋放GDP,形成配體－受體－G蛋白復合體。（3）在鎂離子存在的條件下，GDP為GTP所取代，使整個復合體解離為三部分;即受體，βγ復合體及被激活的α亞單位與GTP復合體。激活的α亞單位與GTP復合體可激活效應器，例如腺苷酸環(huán)化酶。由于激活的α亞單位本身具有GTP酶活性，因而GTP被水解為GDP,后者再和βγ亞單位形成G蛋白三聚體，完成G蛋白的循環(huán)。2.G蛋白的作用機制當前第46頁\共有74頁\編于星期四\20點47當前第47頁\共有74頁\編于星期四\20點483.G蛋白在中樞神經系統(tǒng)的作用直接調節(jié)的離子通道：鉀通道、鈣通道及內向整流鉀通道激活細胞內的酶而產生第二信使再影響離子通道或其他啟動慢，持續(xù)時間長當前第48頁\共有74頁\編于星期四\20點49二、

第二信使介導的信號轉導途徑

通常以細胞膜為界，將胞外信號分子（神經遞質和激素等）第一信使，而膜內的小分子化合物被稱為第二信使（胞內信使）。1第一信使：激素、遞質等2效應器酶：腺苷酸環(huán)化酶、磷酯酶C等3第二信使：環(huán)腺苷酸（cAMP）,環(huán)鳥苷酸（cGMP）,Ca2＋,一氧化氮（NO）,IP3，前列腺素等。

當前第49頁\共有74頁\編于星期四\20點501.腺苷酸環(huán)化酶/cAMP-依賴性蛋白激酶系統(tǒng)

該系統(tǒng)含有質膜中的三種組分：受體，G蛋白,AC

胞外信號通過控制AC來控制cAMP濃度當前第50頁\共有74頁\編于星期四\20點51激活cAMP依賴的蛋白激酶A調節(jié)亞基，催化亞基當前第51頁\共有74頁\編于星期四\20點52CREB反應元件蛋白絲氨酸殘基磷酸化當前第52頁\共有74頁\編于星期四\20點53神經遞質通過G蛋白偶聯(lián)受體介導的AC-cAMP-PKA信號轉導途徑腎上腺素（型）、促腎上腺皮質激素等刺激AC,激活cAMP阿片肽、腎上腺素（α型）等抑制AC,降低cAMP當前第53頁\共有74頁\編于星期四\20點542.鳥苷酸環(huán)化酶/cGMP-依賴性蛋白激酶系統(tǒng)

鳥苷酸環(huán)化酶（GC)催化GTP生成cGMP,激活cGMP依賴的蛋白激酶（PKG）。cGMP與GC一起構成細胞信息傳遞中另一重要的第二信使系統(tǒng)。

雖然在細胞內cGMP的水平比cAMP低很多，但在某些可興奮組織中起著某種特異的調節(jié)作用。如脊椎動物視網(wǎng)膜光電轉換機制，小腦浦肯野細胞內第二信使，還可以調節(jié)平滑肌的肌張力。當前第54頁\共有74頁\編于星期四\20點55

胞外信號分子與細胞表面G蛋白耦聯(lián)型受體結合，激活質膜上的磷脂酶C（PLC-β），使質膜上4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解成1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）和二?；视停―G）兩個第二信使，胞外信號轉換為胞內信號，這一信號系統(tǒng)又稱為“雙信使系統(tǒng)”。3.膜磷脂代謝產物介導的不同的第二信使系統(tǒng)當前第55頁\共有74頁\編于星期四\20點56IP3-Ca2＋信號傳遞途徑IP3與內質網(wǎng)上的IP3配體門鈣通道結合，開啟鈣通道，使胞內Ca2+濃度升高。激活各類依賴鈣離子的蛋白。當前第56頁\共有74頁\編于星期四\20點57DG-PKC信號傳遞途徑DG結合于質膜上，可活化與質膜結合的蛋白激酶C（PKC）。PKC以非活性形式分布于細胞溶質中，當細胞接受刺激，產生IP3，使Ca2+濃度升高，PKC便轉位到質膜內表面，被DG活化，PKC可以使蛋白質的絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化。另一種DG生成途徑，即由磷脂酶催化質膜上的磷脂酰膽堿斷裂產生的DG，用來維持PKC的長期效應。當前第57頁\共有74頁\編于星期四\20點58膜磷脂代謝產物介導的不同的第二信使系統(tǒng)當前第58頁\共有74頁\編于星期四\20點59三、

胞內鈣信號途徑

神經細胞的功能大都與Ca2＋密切相關胞漿內游離Ca2＋濃度在0.01～1mol/L，大多數(shù)神經元為100nmol/L

細胞外液中Ca2＋濃度約2.5mmol/L

胞內Ca2＋主要反應：激活鈣調蛋白（calmodulin，CaM），PKC當前第59頁\共有74頁\編于星期四\20點60（1）引起神經元Ca2+升高的主要方式Ca2＋內流

胞漿內的鈣庫：內質網(wǎng)、核等

鈣通道電壓敏感性鈣通道：（VSCCs）配體門控性鈣通道：（LGCCs）L-型、N-型、P/Q-型、T-型

NMDAR、nAChR、5-HTR3、AMPAR、KAR（2）神經元Ca2+外排

Ca2＋-ATP酶，即

Ca2＋泵

Na＋/Ca2＋交換體當前第60頁\共有74頁\編于星期四\20點61電壓敏感性Ca2＋通道（1）引起神經元Ca2+升高的主要方式當前第61頁\共有74頁\編于星期四\20點62配體門控性Ca2＋通道當前第62頁\共有74頁\編于星期四\20點63（2）神經元Ca2＋外排Na2+/Ca2+交換體Ca2+-ATPase當前第63頁\共有74頁\編于星期四\20點64四、

胞內其它信號轉導途徑

酪氨酸蛋白激酶（tyrosineproteinkinase，TPK）在細胞的生長、增殖、分化等過程中發(fā)揮重要的調節(jié)作用。細胞質膜上的受體型TPK，催化型受體胞漿中的非受體型TPK，酶偶聯(lián)受體當前第64頁\共有74頁\編于星期四\20點651.酪氨酸激酶受體的信號轉導途徑

本身既是受體又具有酪氨酸激酶的活性對蛋白的磷酸化作用只限于酪氨酸殘基其活性不受細胞內第二信使分子的調節(jié)酶的活性部分即為位于細胞內的一個催化結構域，是某些生長因子膜受體的一部分。受體酪氨酸蛋白激酶（receptortyrosineproteinkinase,RTPK）當前第65頁\共有74