《神经生物学》-神经元及其静息态的膜特性课件

神经元及其静息态的膜特性神经元及其静息态的膜特性Brain:1012 neuronsBehavior细菌的化学趋向和规避细菌的化学趋向和规避智能的雏形智能的雏形大肠杆菌能感受麦芽糖浓度梯度大肠杆菌能感受麦芽糖浓度梯度感受（受体）感受（受体）比较（记忆）比较（记忆）执行（效应器）执行（效应器）智能的基本形式：感受智能的基本形式：感受判断判断决定决定信息流的控制信息流的控制只有多细胞有机体才能使体内信息处理与周围环境隔离开来，只有多细胞有机体才能使体内信息处理与周围环境隔离开来，并产生控制信息流的单位并产生控制信息流的单位神经元神经元感受器感受器效应器效应器信息分析处理单元信息分析处理单元神经元的发现神经元的发现FranzNisslCamilloGolgiSantiagoRamnyCajal“Reticular theory”vs“neuron doctrine”神经元的结构神经元的结构l胞体胞体l细胞核细胞核l内质网内质网l高尔基体高尔基体l线粒体线粒体l细胞骨架细胞骨架l轴突轴突l树突树突细胞核细胞核神经元蛋白合成的场所：糙面内质网神经元蛋白合成的场所：糙面内质网/核糖体核糖体神经元蛋白修饰的场所：高尔基体神经元蛋白修饰的场所：高尔基体线粒体线粒体Krebscycle细胞骨架细胞骨架l微管微管l微丝微丝l神经丝（中间丝）神经丝（中间丝）绿：绿：tubulin红：红：tau绿：绿：tubulin红：红：actin老年痴呆：神经纤维缠结老年痴呆：神经纤维缠结轴突轴突1.无糙面内质网无糙面内质网2.膜蛋白组成不同于其他部分膜蛋白组成不同于其他部分轴浆运输轴浆运输l顺向转运顺向转运l逆向转运逆向转运树突与树突棘树突与树突棘存在多核糖体存在多核糖体绿：绿：tubulin红：红：actin神经元的分类：按神经突起的数目神经元的分类：按神经突起的数目神经元的分类：按树突树的形状神经元的分类：按树突树的形状其他神经元的分类方法其他神经元的分类方法l按连接方式按连接方式：感觉神经元、运动神经元、中间神经元：感觉神经元、运动神经元、中间神经元l按轴突长度按轴突长度：高尔基：高尔基I型、高尔基型、高尔基II型型l按神经递质按神经递质：胆碱能、谷氨酸能、：胆碱能、谷氨酸能、GABA能能神经元的膜特性神经元的膜特性Galvani 蛙腿实验蛙腿实验 Hans Berger 与与EEG的发现的发现 从从telepathy到到EEG的发现的发现神经信息的传导神经信息的传导:神经电信号神经电信号神经电的产生及静息态的神经元膜神经电的产生及静息态的神经元膜1.离子运动与神经电的产生离子运动与神经电的产生2.静息膜的电特性静息膜的电特性3.神经元的电紧张特征神经元的电紧张特征神经电的产生的三要素神经电的产生的三要素1.细胞内液和细胞外液细胞内液和细胞外液2.细胞膜细胞膜3.跨膜蛋白形成的离子通道跨膜蛋白形成的离子通道细胞内、外液细胞内、外液l水水l离子离子双层磷脂膜双层磷脂膜跨膜通道蛋白跨膜通道蛋白l离子通道离子通道l离子泵离子泵离子运动离子运动:扩散（扩散（diffusion）l浓度梯度造成离子扩散浓度梯度造成离子扩散l扩散扩散=扩散系数扩散系数x浓度梯度浓度梯度离子运动离子运动:电迁移（电迁移（electricaldrift）l遵从欧姆定律遵从欧姆定律l电流电流=电位电位x电导电导静息膜电位（静息膜电位（restingmembranepotential）离子平衡电位（离子平衡电位（equilibriumpotential）l扩散与电迁移达到平衡扩散与电迁移达到平衡-电化学平衡电化学平衡离子平衡态的特征离子平衡态的特征l膜电位的产生由极少离子膜电位的产生由极少离子运动造成运动造成l离子电荷的差异集中在膜离子电荷的差异集中在膜的两侧的两侧l离子运动驱动力离子运动驱动力=膜电位膜电位-离子平衡电位离子平衡电位l平衡电位可由膜两侧的离平衡电位可由膜两侧的离子浓度计算：能斯特方程子浓度计算：能斯特方程能斯特方程（能斯特方程（Nernstequation）T T:绝对温度绝对温度(K)R:气体常数气体常数(8.31joule/K-mol)F:法拉第常熟法拉第常熟(96480C/mol)z:离子电荷离子电荷(dimensionless)V:电位电位(V)C:离子浓度离子浓度(molecules/cm3关键离子在神经元胞内合胞外的分布关键离子在神经元胞内合胞外的分布离子梯度的维持离子梯度的维持离子的主动运输离子的主动运输AA.Na/K-ATPase pumpB.Ca-ATPase pumpC.Na-Ca cotransporterD.K-Cl cotransporterBCD生电泵（生电泵（Electrogenicpumps）如果膜在静息状态下仅对如果膜在静息状态下仅对K通透，则通透，则静息膜电位静息膜电位=K平衡电位，事实如此吗平衡电位，事实如此吗？1100-10-20-30-40-50-60-70110100K+out(mM)Vm(mV)PK onlyGoldman-Hodgkin-Katz(GHK)方程方程10100K+out(mM)PK:Pna:PCl=1:0.03:0.1离子的相对通透率：离子的相对通透率：膜的等效电路膜的等效电路ImICIiI-Vcurve膜的平行电导模型膜的平行电导模型l离子电导与开放的离子通道数目成正比离子电导与开放的离子通道数目成正比l离子电流离子电流=电位差电位差x离子电导离子电导神经元的电紧张特性神经元的电紧张特性电紧张特性（电紧张特性（Electrotonicproperties）:电信号在神经元胞体和神经电信号在神经元胞体和神经突起中的被动传递突起中的被动传递球形神经元：等电位球形神经元：等电位(isopotential)I0Im输入阻抗输入阻抗:电缆状：非等电电缆状：非等电(nonisopotential)神经元的电紧张特性神经元的电紧张特性树突电缆上去极化的衰减是距离的函数树突电缆上去极化的衰减是距离的函数参考书目参考书目1.Bearetal,Neuroscience:ExploringtheBrain,3rded.