神经生物学 问题整理全

绪论及第一讲：神经元与突触1、神经科学发展的几个特点第一，作为实验科学，对神经系统的研究在很大程度上有赖于研究手段的发展与完善。

显微镜发明，Golgi染色法的发明，Cajal关于神经元独立结构的发现成为整个神经科学发展的基石；微电极的发明，对神经活动的认识出现了重大飞跃；分子生物学的发展，有可能将神经化学研究和形态学研究有机地结合起来；20世纪70 年代发展的膜片钳位技术，能进行单个离子通道研究，改观了人们对神经活动基本过程的认识。

第二，合适的实验材料，在一定程度上是研究某个特定神经科学问题的决定因素。

海兔标本对于阐明学习、记忆机制起重大作用；枪乌贼巨神经是研究兴奋和传导的一个极好标本；线虫和果蝇为分子遗传学研究提供大量资料第三、推动当代神经科学的发展，不可能是几个人、几个实验室了，而是整个神经科学家群体。

2、神经元的四个重要的功能部位：（1）胞体或树突膜上的受体部位；（2）产生动作电位的起始部位；（3）传导神经冲动的部位；（4）引起递质释放的部位。

3、根据传递信号的媒介将突触的分为2大类：1、化学性突触（chemical synapse）：以化学物质为媒介，定向突触（directed synapse）：经典的化学性突触：神经元与神经元之间借助神经递质(neurotransmitter）进行信号传递。

、神经－骨骼肌连接：接头前膜（运动神经元轴突终末）：囊泡内含乙酰胆碱（Ach），接头间隙：约50-60nm，接头后膜（肌细胞膜）：含Ach受体（化学门控Na+通道），能与ACh发生特异性结合，使通道开放。

接头后膜表面有乙酰胆碱酯酶，可分解乙酰胆碱。

2、非定向突触（non-directed synapse ）：主要存在于交感神经系统内、神经-平滑肌、神经-心肌之间、突触前末梢形成串珠样膨大（曲张体）、肾上腺素/乙酰胆碱等神经递质、曲张体与效应细胞之间距离较大，传递所需时间长信号传递、无明确的细胞对应关系，生理效应的产生取决于效应细胞上有无相应受体，包括神经－心肌连接、神经－平滑肌连接。

3、电突触（electrical synapse）：直接的电信号传递，主要存在于胶质细胞，脑干神经核团以及视网膜神经细胞之间、相邻细胞膜上柱状蛋白质颗粒（6个亚单位）围成一个小管，蛋白质颗粒融合，管腔相通，进行小分子、离子交换。

细胞膜内无突触小泡，依靠局部电活动传递信息。

神经元与神经元之间或与非神经元之间进行信号传递的特异性功能连接部位称为突触突触的电镜结构、与突触小泡释放递质有关的特征性结构、突触小泡的类型；电镜结构：突触前成分：突触前神经元：1突触前膜：增厚的突触前神经细胞膜2突触小泡：靠近突触前膜的膜包颗粒3神经递质：不同功能的神经元神经递质不同。

突触后成分：突触后神经元的胞体/树突1突触后膜：与前膜相对的细胞膜2受体：水解神经递质的酶。

突触间隙：20～40nm，含糖基类物质，有利于前后膜之间的生理性连接特征性结构：1、突触前栅栏状结构：位于突触前膜内侧。

致密突触的高度与间距因不同突触而异，突触小穴的大小容纳突触小泡。

2、蛋白分子簇：位于突触小泡膜和突触前膜上的特殊蛋白质分子，完成信息的接受和识别。

与突触小泡膜与突触前膜融合、破裂有关。

突触小泡的类型：①亮小泡：直径约40～60nm,含有兴奋性神经递质,如乙酰胆碱、谷氨酸②致密小泡：含有电子密度高的致密颗粒,其中：小颗粒小泡：直径30～60nm,含胺类递质，如肾上腺素、去甲肾上腺素、多巴胺等；大颗粒小泡：直径达80～200nm，含5-羟色胺或脑啡肽等③扁平小泡：小泡长径约50nm，含有抑制性神经递质,如γ-氨基丁酸等5、电突触与化学突触的区别：电突触：突触前后细胞膜直接、相连形成连接的通道、通过离子电流进行信号传递、信号传递迅速（无突触延搁）、信号可以双向传递、对环境变化不敏感、促进神经元（或其它）细胞、之间的同步活动；化学性突触：突触前后膜间存在20～40nm距离、有突触前递质小泡和突触后膜受体、通过化学物质进行信号传递、存在突触延搁（至少0.3ms)、信号通常是单向传递、对环境变化敏感6、胶质细胞的功能：支持功能（星形胶质细胞）、绝缘、屏障作用（少突胶质细胞、施万细胞、星形胶质细胞）、保护、修复、再生（小胶质细胞、施万细胞）、物质代谢和营养作用（星形胶质细胞）、免疫应答（星形胶质细胞可作为抗原呈递细胞，小胶质细胞分泌细胞因子）、维持离子平衡（星形胶质细胞）、调节神经递质（星形胶质细胞参与谷氨酸和GABA转化）、合成神经营养因子（星形胶质细胞）、神经干细胞功能、对神经元功能的调节和“可兴奋性”第二讲：神经元的电活动7、神经元膜的电学特性：1膜电容（Cm）：细胞膜构成电学上的绝缘层，同时，细胞内外为盐溶液，构成电的导体；细胞膜内外的正负电荷，并非存在于游离溶液中，而是因相互的吸引聚集在膜表面，细胞膜起着电容器的作用，分隔和储存电荷；2膜电阻（Rm）：细胞膜上存在允许离子通过的通道蛋白，在离子跨膜移动时，表现为电的导体性质。

通道开放时，电阻低；通道关闭时，电阻高。

电紧张电位与神经元膜的电学特性：当向膜两侧施加电流刺激时，刺激电流首先对膜电容充电，同时逐步有位移电流产生，引起电压变化，称为电紧张电位。

此时没有膜本身的跨膜离子移动。

当神经元膜受到刺激，引起离子通道开放（类似电源），离子跨膜移动使膜两侧产生电位差，从而对邻近电容电阻并联电路产生刺激（输出电流）。

生物电信号的特性：信号微弱：电压为mV～µV，电流为nA～pA、频率特性：生物机能信号频率范围很大、信号源内阻高：包括组织皮肤内阻及细胞膜电阻等，可达几千乃至数万欧姆、易受其他电信号干扰：①生物电之间的相互干扰（心电、皮肤电干扰脑电）②电辐射干扰：50Hz市电、供仪器设备、照明等使用的电源，其50Hz及其谐波通过仪器、辐射等途径干扰生物电信号，其干扰信号频率与生物电的频率重叠）③电极极化电位的干扰8、离子通道：无机离子跨膜被动运输的通路，是整合在脂双层膜上的蛋白质围成的含有水分子的孔道特性：1离子选择性：通道理论：离子通道根据分子筛原理选择可通透离子、载体理论：运输蛋白结合离子将其运输过膜、孔道理论：离子选择性地和孔壁上带电氨基酸形成较弱的化学键，在电化学力的驱动下通过孔：通道孔径大小、离子和通道蛋白之间特异的化学相互作用2、门控特性：门控（gating）：离子通道不同状态（open/close）之间的转换1）电压门控离子通道（动作电位）：膜电场引起通道蛋白带电片段的移动，包括closed resting state，open state，closed inactive state。

2）配体门控离子通道（突触后电位）：递质的结合引起通道蛋白化学自由能的改变。

3）机械门控离子通道：膜的拉伸通过细胞骨架或脂质双分子层的拉力传递到通道蛋白。

9、静息膜电位产生机制：正常情况下，细胞内外的离子分布不均等、细胞内、外液的离子浓度差产生的扩散压力、细胞内、外液的带电离子产生的电位梯度与静息电位形成有关的因素：膜内、外的离子浓度、跨膜电势差、膜对离子的渗透系数（通透能力）不同、产生静息膜电位的重要离子主要有Na+ , K+和A-（细胞内的带负电荷的蛋白质分子)、静息状态下细胞膜对K+的通透性大因此，静息膜电位主要由K+引起。

10、K+平衡电位：a、b、c中，细胞内的正负电荷相等，细胞外的正负电荷相等、b：K+顺浓度梯度向细胞外扩散，膜内侧带负电、C：电位梯度阻止K+向细胞外移动、K+的扩散量与细胞内的总量相比，不会对细胞内[K+]产生明显影响、在形成K+的平衡电位时，细胞内液和细胞外液中的正、负离子仍然是平衡而成电中性，只是正、负离子因相互作用而分布于细胞膜的内外表面11、钠泵的过程：分解1ATP,将3Na+泵出细胞，2K+泵入细胞，形成细胞内高K+低Na+、钠泵的激活因素是胞内Na+或胞外K+浓度升高、Na+的胞外转运是特异性的，K+是非特异的，可被其它离子取代钠泵的生物学意义:提供细胞代谢所需的高K+，维持胞内正常渗透压、pH值、细胞内外Na＋、K＋浓度差是细胞兴奋性和生物电现象的基础、为生电性泵，直接影响细胞的膜电位。

钠泵的转运机制：泵蛋白的磷酸化和去磷酸化，引起构象改变、泵蛋白对Na+和K+的亲和力具有特异性12、静息电位的形成机制：细胞内外K+、Na+的不均衡分布、跨膜电位差、离子的渗透系数不同：细胞静息状态下，主要对K+有通透性、静息膜电位主要是K+的平衡电位。

、钠－钾泵的作用维持了细胞内外离子的浓度差13、局部电位：给予细胞膜不同强度的阈下刺激引起的电紧张电位，及少量Na+通道开放导致的Na+内流，引起的阈电位水平以下的去极化反应，代表神经元膜的局部兴奋水平。

（1）等级性/刺激强度依赖性：局部电位的反应程度（幅度大小、时程长短）随刺激强度的改变而改变，呈现分级特点。

（2）局限性扩布：局部电位只能是一种被动传播，距离有限。

（3）总和性：时间总和、空间总和14、动作电位：细胞在静息电位基础上受到较强刺激（阈电位以上）后，静息膜电位发生的快速翻转和复原过程，是一种可传导的电信号。

动作电位的波形：1局部电位：细胞在静息时，多数离子通道处于关闭状态，当细胞受到阈下刺激时，部分Na+通道开放，引起少量Na+内流，产生阈电位水平以下的去极化反应；2阈电位（-50～-55mV)：当刺激强度增加到使膜去极化达到阈电位时，电压依赖Na+通道将大量开放，超过K+内流，引起膜的快速去极化3、锋电位（spike potential）（0.1-1ms)，a、去极化（depolarization，上升支）去极化：大量电压依赖Na+通道开放，形成再生性内向电流，超射：出现电位翻转，AP到达峰值（＋30mV ）约1ms之后，Na+通道关闭，锋电位达到最大值b、反极化/超射（overshoot）:膜电位>0 c、复极化（repolarization,下降支）：复极化：Na+通道关闭，K+通道处于开放状态，引起膜电位向静息电位方向恢复，复极化晚期，Na+通道活性恢复。

4、后电位（after-spike potential):膜电位在静息电位水平附近波动。

后去极化电位：复极化时大量K+外流，导致暂时性细胞外K+堆积，延缓了复极化过程，锋电位期间，Ca2+通道激活，产生的Ca2+内流，电压门控的持久Na+通道开放后超极化电位：K+通道延续时间长，在复极化到静息电位后，仍有K+外流，复极化期间Ca2+依赖性K+通道激活，加强了K+外流生电性Na+/K+泵的作用。

动作电位产生的离子机制：膜内外存在[Na+]差: [Na+]I < [Na+]O≈1∶10；细胞膜对离子通透性大小由离子通道的开放程度决定；膜受到刺激时，电压门控性Na+通道激活而开放，膜对Na+通透性增加动作电位的特征：全或无现象（All-or-none），同一细胞AP的大小、形态不随刺激强度而改变，不衰减传导，不可叠加性动作电位的发放模式：神经元具有重复发放动作电位的能力，位相型(phasic)：发放过程中有间歇性静息期的放电模式（间歇型）；爆发型/簇状放电（bursting）、周期型（periodic）；紧张型(tonic）：动作电位呈持续、规则的发放（持续型/规则型）。