腦與認(rèn)知神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)(學(xué)生)

神經(jīng)系統(tǒng)細胞水平神經(jīng)元、膠質(zhì)細胞、樹突、軸突、突觸鏈接…分子水平離子通道、神經(jīng)遞質(zhì)、受體…基礎(chǔ)功能動作電位、突觸傳遞1神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前1頁，總共38頁。一、神經(jīng)元細胞基本結(jié)構(gòu)神經(jīng)細胞（neurocyte），又稱神經(jīng)元（neuron），構(gòu)成神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的基本單位神經(jīng)膠質(zhì)細胞（neuroglia），簡稱膠質(zhì)細胞（glia），支持、保護和營養(yǎng)神經(jīng)元。1、神經(jīng)元的一般結(jié)構(gòu)和功能胞體突起（軸突+樹突）2神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前2頁，總共38頁。神經(jīng)元有不同的形態(tài)和大小錐體神經(jīng)元浦肯野細胞交感節(jié)后神經(jīng)元脊髓運動神經(jīng)元背根神經(jīng)元WillisWD&GrossmanRG:MedicalNeurobiologySantiagoRamónyCajal,1906NobelPrize3神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前3頁，總共38頁。名詞釋義軸丘（axonhillock）胞體發(fā)出軸突的部位始段（initialsegment）軸突的起始部分突觸小體（synapticknob）軸突末端每個分支末梢的膨大部分突觸（synapse）突觸小體與另一個神經(jīng)元接觸形成軸索軸突和感覺神經(jīng)元的長樹突神經(jīng)纖維（nervefiber）軸索外面包有髓鞘或神經(jīng)膜神經(jīng)末梢（nerveterminal）神經(jīng)纖維末端與神經(jīng)元相關(guān)的名詞4生理學(xué)第十章第一節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)功能活動的基本原理當(dāng)前4頁，總共38頁。2、神經(jīng)纖維的功能和分類有髓纖維、無髓纖維功能：傳導(dǎo)興奮（AP+突觸后電位）傳導(dǎo)速度與以下因素有關(guān)直徑：V(m/s)=6×總直徑(um)(運動型的神經(jīng)纖維傳導(dǎo)速度>100m/s；一些溫度覺纖維速度<1m/s)；有無髓鞘及其厚度溫度：一定范圍內(nèi)升高可加快傳導(dǎo)速度測定傳導(dǎo)速度作用：診斷神經(jīng)纖維疾患，估計神經(jīng)損傷的預(yù)后。外周無髓鞘軸突有髓軸突，A：CNS，B：PNS5神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前5頁，總共38頁。纖維類型功能/來源直徑（μm）傳導(dǎo)速度（m/s）相當(dāng)于何種纖維Erlanger/Gasser分類，多用于傳出纖維A（有髓鞘）α本體感覺、軀體運動13~2270~120Ia、Ibβ觸-壓覺8~1330~70IIγ支配梭內(nèi)?。ㄊ蛊涫湛s）4~815~30δ痛覺、溫度覺、觸-壓覺1~412~30IIIB（無髓鞘）自主神經(jīng)節(jié)前纖維1~33~15C（無髓鞘）后根痛覺、溫度覺、觸-壓覺0.4~1.20.6~2.0IV交感交感節(jié)后纖維0.3~1.30.7~2.3Lloyd/Hunt分類，常用于傳入纖維Ia肌梭的環(huán)繞形末梢12~22AαIb腱器官12AαII肌梭的花枝狀末梢、觸-壓覺感受器5~12AβIII痛、溫度、深部觸-壓覺感受器2~5AδIV痛、溫度和其他感受器0.1~1.3C類后根6生理學(xué)第十章第一節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)功能活動的基本原理當(dāng)前6頁，總共38頁。7神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前7頁，總共38頁。

膜電位、動作電位細胞離子調(diào)控部件：離子通道、離子泵二、神經(jīng)元細胞的基本生理功能8神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前8頁，總共38頁。

膜電位、動作電位膜電位的形成K+Na+Cl-A-31171200mM90304116mMoutsideinside9神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前9頁，總共38頁。

膜電位、動作電位膜電位的形成K+Na+Cl-A-31171200mM90304116mMoutsideinsideNernstequation:Ek-85mV;ENa+50mVGoldmanequation:10神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前10頁，總共38頁。

膜電位、動作電位動作電位（actionpotential)所有神經(jīng)活動的基礎(chǔ)和神經(jīng)編碼的最基本量子單元。11神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前11頁，總共38頁。膜電位、動作電位動作電位形成分子基礎(chǔ)---離子通道的電激活和失活特征Open--Closeinactivation12神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前12頁，總共38頁。

膜電位、動作電位動作電位（actionpotential)Nernstequation:Ek-85mV;ENa+50mV13神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前13頁，總共38頁。

膜電位、動作電位動作電位產(chǎn)生與：膜對于不同離子在不同時程上通透性的變化如果某一種離子的通透性遠遠大于其它離子，Goldman方程等同于Nernst方程。在靜息電位，幾種離子的通透能力：PK：PNa：PCl＝1.0:0.04:0.45在動作電位峰值，幾種離子的通透能力：PK：PNa：PCl＝1.0:20:0.4514神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前14頁，總共38頁。

膜電位、動作電位興趣閱讀：TheHodgkin-HuxleyModel15神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前15頁，總共38頁。膜電位、動作電位為什么注射死刑時用KCl，高鉀離子是如何致死的？K+Na+Cl-A-31171200mM90304116mMoutsideinsideNernstequation:Ek-85mV;ENa+50mV16神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前16頁，總共38頁。突觸：信息從一個神經(jīng)元傳遞到另一個神經(jīng)元的特殊的接觸位點。突觸傳遞二、神經(jīng)元細胞的基本生理功能17神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前17頁，總共38頁。突觸傳遞（一）幾類重要的突觸傳遞根據(jù)傳遞媒介物的性質(zhì)可分為化學(xué)突觸（chemicalsynapse）電突觸（electricalsynapse）18神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前18頁，總共38頁。1、經(jīng)典的化學(xué)突觸傳遞（1）突觸的微細結(jié)構(gòu)突觸前膜突觸間隙突觸后膜

19神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前19頁，總共38頁。（2）突觸的分類軸突-樹突式；最多見軸突-胞體式軸突-軸突式；突觸前抑制和突觸前易化的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。20神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前20頁，總共38頁。（3）突觸傳遞的過程：電－化學(xué)－電動作電位傳遞到突觸前膜，導(dǎo)致神經(jīng)遞質(zhì)從前膜釋放；神經(jīng)遞質(zhì)與突觸后膜受體結(jié)合；遞質(zhì)與受體結(jié)合后，使突觸后膜電位發(fā)生變化；21神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前21頁，總共38頁。突觸傳遞的具體過程：突觸前膜遞質(zhì)釋放的觸發(fā)因素：突觸前膜去極化→電壓依賴的Ca2+通道開放→Ca2+進入，內(nèi)鈣升高→觸發(fā)遞質(zhì)釋放。遞質(zhì)釋放過程：小泡與突觸前膜的結(jié)合→量子式釋放（exocytosis）突觸后膜完成突觸傳遞過程：釋放的神經(jīng)遞質(zhì)與突觸后膜上的受體相互作用，引起突觸后膜對某些離子的通透性發(fā)生變化，使某些離子進出后膜，產(chǎn)生去極化或者超極化，形成突觸后電位（postsynapticpotential）。22神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前22頁，總共38頁。（4）突觸后電位（postsynapticpotential）根據(jù)去極化和超極化方向興奮性突觸后電位抑制性突觸后電位根據(jù)發(fā)生快慢和持續(xù)短長快突觸后電位慢突觸后電位23神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前23頁，總共38頁。1）興奮性突觸后電位（excitatorypostsynapticpotential，EPSP）2）抑制性突觸后電位（inhibitorypostsynapticpotential，IPSP）EPSP（Glu，Ach）IPSP（GABA,Gly）24神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前24頁，總共38頁。（5）突觸后神經(jīng)元的興奮與抑制突觸后神經(jīng)元胞體將傳入的所有突觸后電位進行總和，決定細胞產(chǎn)生抑制或者興奮，如超過一定閾值則產(chǎn)生動作電位。動作電位產(chǎn)生于軸突始段或第一個郎飛結(jié)。因為電壓門控鈉通道在此處質(zhì)膜上的密度較大，在胞體和樹突膜上則很少。AP一旦爆發(fā)向軸突末梢或者胞體傳播。25神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前25頁，總共38頁。（6）突觸的可塑性（plasticity）概念：突觸的形態(tài)和功能可發(fā)生較為持久的改變普遍存在于CNS，與學(xué)習(xí)和記憶有關(guān)。長時程增強和長時程抑制長時程增強（long-termpotentiation，LTP）概念：突觸前神經(jīng)元在短時間內(nèi)受到快速重復(fù)的刺激后，在突觸后神經(jīng)元快速形成的持續(xù)時間較長的EPSP增強，表現(xiàn)為潛伏期縮短、幅度增高、斜率加大。長時程抑制（long-termdepression，LTD）概念：突觸前神經(jīng)元在較長時間內(nèi)接受低頻刺激，突觸傳遞效率出現(xiàn)長時程降低。26神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前26頁，總共38頁。左圖：海馬CA1突觸NMDAR依賴的LTP和LTD。（a）左：高頻強直刺激（100Hz，1s，黑色箭頭指示）引起LTP。右：低頻刺激（5Hz，3min，兩次，間隔3min，空心箭頭指示）引起LTD。（b）嚙齒類海馬切片，示CA1，CA3，齒狀回（DG）。SC=Schaffercollateral;MF=mossyfiber。Stim指刺激電極，Rec指記錄電極。(c)興奮性突觸傳遞模型。右圖：LTP和LTD過程中AMPAR轉(zhuǎn)運模型。Neuropsychopharmacology

(2008)

33,

18–4127神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前27頁，總共38頁。2、電突觸傳遞結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：縫隙連接(gapjunction)前后膜間隔較?。恍‰x子或者小分子通過；雙向傳遞；傳遞速度快，無潛伏期，同步性較好廣泛存在于CNS和視網(wǎng)膜中28神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前28頁，總共38頁。（二）神經(jīng)遞質(zhì)和受體1、神經(jīng)遞質(zhì)（neurotransmitter）概念：由神經(jīng)元合成，突觸前末梢釋放，能特異性作用于突觸后膜受體，并產(chǎn)生突觸后電位的信息傳遞物質(zhì)。哺乳動物神經(jīng)遞質(zhì)的分類膽堿類乙酰膽堿胺類多巴胺、NE、E、5-HT、組胺氨基酸類谷氨酸、門冬氨酸、甘氨酸、γ-氨基丁酸肽類P物質(zhì)、阿片肽、下丘腦調(diào)節(jié)肽、血管升壓素、催產(chǎn)素、腦-腸肽、心房鈉尿肽、神經(jīng)肽Y等嘌呤類腺苷、ATP氣體類NO、CO脂類花生四烯酸及其衍生物（前列腺素等）、神經(jīng)活性類固醇29神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前29頁，總共38頁。2、受體概念：細胞膜上或細胞內(nèi)能與某些化學(xué)物質(zhì)特異性結(jié)合并誘發(fā)特定生物效應(yīng)的特殊生物分子。激動劑（agonist）：能與受體結(jié)合并能產(chǎn)生特定效應(yīng)拮抗劑（antagonist）或阻斷劑（blocker）：能與受體結(jié)合，但不產(chǎn)生效應(yīng)，反因占據(jù)受體二產(chǎn)生對抗激動劑效應(yīng)配體（ligand）：激動劑和拮抗劑；一般指激動劑30神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前30頁，總共38頁。（2）突觸前受體（presynapticreceptor）位于突觸前膜的受體，又稱自身受體（autoreceptor）負(fù)反饋控制：NE釋放后作用于突觸前α2受體，抑制進一步釋放（3）受體的作用機制根據(jù)跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的途徑，受體大致分為：G蛋白耦聯(lián)受體（多數(shù)）離子通道型受體31神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前31頁，總共38頁。與電壓門控離子通道不同的是，配體門控離子通道一般沒有（陽）離子選擇性。

遞質(zhì)(配體)門控離子通道——快速突觸傳遞乙酰膽堿受體通道開放：Na、K通透谷氨酸受體通道：AMPA受體：Na、K通透NMDA受體：Na、K、Ca通透甘氨酸和GABA受體通道開放：Cl通透2、受體分類：32神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前32頁，總共38頁。2、受體分類：(2)

G蛋白耦聯(lián)受體——慢速突觸傳遞

緩慢、持久、多樣性，可以是興奮性或者是抑制性的。神經(jīng)遞質(zhì)與受體相互結(jié)合；受體激活G-蛋白，后者可以在后膜內(nèi)側(cè)自由移動；

G-蛋白激活效應(yīng)器引發(fā)突觸后膜反應(yīng)。效應(yīng)器就是G蛋白門控離子通道或酶。酶催化合成第二信使，進一步調(diào)節(jié)細胞功能。33神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前33頁，總共38頁。34神經(jīng)與認(rèn)知---神經(jīng)的細胞與分子基礎(chǔ)當(dāng)前34頁，總共38頁。神經(jīng)纖維的軸漿運輸軸漿運輸?shù)男问巾樝蜉S漿運輸：胞體→軸突末梢快速軸漿運輸：~400mm/d慢速軸漿運輸：1~12mm/d工具：驅(qū)動蛋白（kinesin）逆向軸漿運輸：軸突末梢→胞體屬于快速軸漿運輸，~205mm/d神經(jīng)營養(yǎng)因子、狂犬病病毒、破傷風(fēng)毒素、辣根過氧化物酶（HRP）等工具