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结构生物化学/神经元

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神经元是一种通过电信号和化学信号在整个神经系统中传递信息的细胞。存在许多不同大小和功能的神经元。

组成部分

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神经元结构:1-树突,2-轴突,3-郎飞结,4-轴突末梢,5-施旺细胞,6-胞体,7-细胞核

大脑和整个神经系统都基于神经细胞(称为神经元)之间的相互通信。每个神经元都像身体中的任何其他细胞一样。每个神经元都由细胞膜包围,充满液体,并具有包含其遗传物质的细胞核。神经元专门用于接收和传递信息。所有神经元都从身体的其他细胞或环境中收集信息。它们将信息传递给其他神经元和/或其他类型的细胞。一个典型的神经元有一个扩大的区域,即胞体。胞体包含细胞核。神经元有分支或神经纤维。接收信息的树突被称为树突。树突是一种分支结构,接收来自其他细胞的信号。每个神经元都有一个较长的尾状结构,即轴突。轴突将信息传递给其他细胞。轴突可以在尖端分支。许多类型神经元的轴突都被一层称为髓鞘的脂肪分段覆盖物包围。覆盖物充当一种绝缘体,并提高轴突快速传递神经系统信号的能力。单个神经元可能能够同时在其树突和胞体上从数千个不同的细胞接收信息。大多数神经元通常具有胞体、树突、轴突和轴突末梢。胞体是神经元的细胞体,包含细胞核,并负责细胞的许多过程。

神经元的分类基于(1)从胞体(胞体)延伸的突起的数量和(2)神经元的功能


感觉神经元从感觉器官接收感觉信号。然后,这些信号通过短轴突发送到中枢神经系统。由于将它们分成两个分支的短突起,这些神经元也被称为假单极神经元。这两个分支之一充当轴突,而另一个充当树突。


运动神经元是控制身体运动的神经元。它们接收来自大脑皮层的指令并将信号发送到脊髓,或从脊髓发送到肌肉。运动神经元和中间神经元构成多极神经元家族,后者拥有单个轴突和许多树突。


中间神经元也称为联络神经元,是在大脑或脊髓内相互连接各种神经元的神经元。大多数这些神经元都位于大脑中,连接密集。这些神经元传递信息并在神经元之间传导信号。中间神经元也可以称为双极神经元,因为它们有两个主要的延伸部分,一个树突和一个轴突。

中间神经元可以是传出神经元,将信号从大脑传出,也可以是传入神经元,将信号传回大脑。

神经元分类

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神经元可以以两种方式组织:1)基于解剖结构和 2)基于功能。神经元可以是假单极的、双极的、无轴突的或多极的。假单极神经元具有单个轴突,其胞体位于一侧。双极神经元在胞体的两侧都有轴突延伸。无轴突神经元没有明显的轴突,但具有胞体和树突。多极神经元没有长轴突,但具有极度分支的树突。假单极神经元和双极神经元是感觉(或传入)神经元。无轴突神经元和多极神经元是中枢神经系统内的中间神经元。多极神经元也充当传出神经元。

神经元降解

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尽管发生神经元吞噬作用,但大脑中的神经元替换是有限的。脂多糖 (LPS) 会吞噬存活的神经元。小胶质细胞负责吞噬存活的神经元,但也负责吞噬凋亡神经元,这可能是有益的,因为它可以减少碎片和炎症。大脑中的炎症会导致小胶质细胞吞噬存活的神经元,但是可以通过阻断吞噬作用信号来阻止这种情况。小胶质细胞还会杀死小脑和海马体中蛋白质中的发育中的神经元。

突触是两个神经元之间轴突末梢与另一个神经元的树突之间的连接。在此连接处,一个神经元通过电信号或化学信号将信息发送到另一个神经元。发送信息的流程称为动作电位,其中电脉冲沿着神经元的轴突发送。

此外,突触是两个细胞之间的一个小间隙,通常被称为连接,它允许第一个细胞(突触前细胞)通过化学信号与第二个细胞(突触后细胞)进行通信。这些化学信号称为神经递质,一旦它们被突触前细胞释放,它们就会通过称为神经递质受体的特殊蛋白质分子作用于突触后细胞。

突触是一种连接,允许神经冲动的传递。突触可以在神经细胞与其他神经细胞相遇的地方以及神经细胞与腺体和肌肉细胞的界面处找到。在所有情况下,这种连接都允许数据单向移动。人体包含数万亿个突触,并且在任何给定时间,这些连接中的大量连接都处于活动状态。

轴突运输

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轴突缺乏核糖体和内质网,因此,胞体必须合成蛋白质并通过轴突运输将其发送到轴突中。轴突运输主要有两种类型:慢速和快速。慢速轴突运输用于将细胞不快速消耗的蛋白质(例如酶和细胞骨架蛋白)通过轴突移动。快速轴突运输用于将细胞更快需要的蛋白质(例如细胞器)沿轴突移动。

微管及其在轴突运输中的作用

微管在快速轴突运输系统中发挥着至关重要的作用,通过为长细胞提供运输材料的高速公路,为突触小泡提供重要的化学信使。两个蛋白质家族,动力蛋白和驱动蛋白,负责通过微管进行囊泡运输。动力蛋白负责逆向运输,而驱动蛋白负责顺向运输,它们的组合比例为轴突提供了运输速度的可变性以及有意停止囊泡运输的可能性。


信息处理

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信息处理是大脑解释接收到的信息和知识的过程。信息处理有三个阶段:感觉输入、整合和运动输出。信息处理中还有不同类型的神经元。它们是感觉神经元、中间神经元、运动神经元和来自大脑的神经元。感觉神经元从传感器(如检测声音等刺激的耳朵)传递信息。中间神经元是构成大脑中大多数神经元的神经元。运动神经元是将信号传递到肌肉细胞以使其收缩的神经元。最后,来自大脑的神经元是引发反应或运动输出的神经。此外,还有两个主要的神经系统有助于解释信息。它们是中枢神经系统和周围神经系统。中枢神经系统由大脑和神经索组成,负责整合的神经元位于此处。周围神经系统由接收感觉输入并导致运动输出的神经元组成。[编辑:“信息处理有三个阶段:感觉输入、整合和运动输入。” - 正确的是“和运动输出”]

信息处理

化学信号传导

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化学信号传导是指突触间隙中发生的物理化学交换。含有神经递质的囊泡由传入的轴突释放,并由相对端的受体接收,从而在受体神经元上诱导反应。细胞分泌的分子通过细胞外空间进行化学信号传导。信号分子也可能停留在细胞表面,影响其他细胞。化学信号传导可能涉及小分子(配体)或大分子(细胞表面信号蛋白)。这种信号可以通过受体蛋白在细胞表面或细胞内部接收,也可以通过受体蛋白接收。例如,类固醇激素的细胞内信号接收。信号也可以被有意提供,例如激素的情况,或者由于不是为了提供信号的目的而存在。例如血液中的二氧化碳水平。


神经递质在突触间隙中的运动

神经胶质细胞

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神经胶质细胞不是神经元。它们的數量远远超过神经元,因此对于神经系统的作用至关重要。以前认为神经胶质细胞仅仅在神经系统中提供物理支持。然而,神经胶质细胞实际上与神经元进行电信号交流,并为其提供重要的生化支持。常见的神经胶质细胞类型包括1. 少突胶质细胞 2. 星形胶质细胞 3. 小胶质细胞和 4. 室管膜细胞,所有这些都存在于中枢神经系统中。外周神经系统中发现的神经胶质细胞包括 5. 施旺细胞和 6. 卫星胶质细胞。

1. 少突胶质细胞

少突胶质细胞是一种神经胶质细胞,主要负责髓鞘化中枢神经系统中的中枢轴突。髓鞘化是指少突胶质细胞用髓鞘包裹轴突,髓鞘由脂质和蛋白质构成。少突胶质细胞的髓鞘化对神经信号的传递具有至关重要的影响,因为它可以提高动作电位沿轴突传导的速度。此操作允许神经信号在较短的能量和时间内传播长距离。
用GFAP染色星形胶质细胞,末端包裹血管

2. 星形胶质细胞

星形胶质细胞构成大多数脑区体积的20-50%,尤其是在中枢神经系统中。它主要负责大脑的物理和代谢支持。它还有许多其他功能,包括产生大量蛋白质,例如N-CAM、层粘连蛋白、纤连蛋白、生长因子以及细胞因子,这些细胞因子负责免疫系统中参与信号传导的蛋白质。

3. 小胶质细胞

小胶质细胞是一种神经胶质细胞,主要负责充当巨噬细胞。小胶质细胞约占哺乳动物大脑的5-20%,作为免疫反应的介导者。小胶质细胞在中枢神经系统内不断移动,分析受损神经元、斑块和感染因子。

4. 室管膜细胞

室管膜细胞通过形成上皮层来帮助分离中枢神经系统的液体成分,也是神经干细胞的来源。脑室系统中的室管膜细胞形成毛细血管,在每个脑半球的每个脑室中形成脉络丛。脉络丛然后产生脑脊液(CSF)。60-80%的脑脊液来自脉络丛,其余来自脉络丛外的来源。

5. 施旺细胞

施旺细胞的功能与少突胶质细胞非常相似。它们髓鞘化外周神经系统内的神经元,而不是中枢神经系统中的神经元。主要区别在于施旺细胞长约100微米,仅单独覆盖轴突的一部分,而一个少突胶质细胞可以通过伸展其树突来髓鞘化多个轴突。

6. 卫星胶质细胞

卫星胶质细胞是一种覆盖外周神经系统中神经元外侧的神经胶质细胞。卫星胶质细胞的功能类似于中枢神经系统中的星形胶质细胞。尽管目前仍在进行研究以发现其具体功能和机制,但迄今为止已发现卫星胶质细胞为外周神经元提供营养,并通过摄取和失活神经递质来调节神经递质。

脑脊液(CSF)

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脑脊液 (CSF) 是一种在神经系统和全身循环的体液,产生于大脑每个脑室系统的脉络丛。它通常用于诊断神经系统正常和病理状态的信息。

脑脊液的功能

1. 它为大脑和脊髓提供浮力和支撑,防止快速运动和外伤。

2. 该液体为中枢神经系统和外周神经系统中的神经元以及其他神经胶质细胞提供营养。

3. 它像淋巴系统一样,清除神经系统中的废物。

4. 它控制神经系统细胞局部微环境的离子成分的稳态。

5. 它充当释放因子、激素、神经递质、代谢物的运输系统。

6. 该液体控制脑脊液中的H+和CO2浓度(pH值),这可能影响肺通气和脑血流。

7. 该液体在医学领域至关重要,因为它提供了有关神经系统的诊断信息。

参考文献

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  1. 坎贝尔,尼尔和里斯,简。(2007)。生物学第 8 版。本杰明-卡明斯出版公司。 ISBN 978-0321543257
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