神经元结构生物化学/信号传导

信号传导使神经元能够彼此通信。这通常涉及长而复杂的信号通路，最终导致采取行动。不同的细胞内信号传导的例子包括旁分泌信号传导、内分泌信号传导以及化学突触和电突触。在旁分泌信号传导中，化学物质分泌到局部靶细胞上。相反，内分泌信号传导将化学物质或激素直接分泌到血液中，然后血液将化学物质传递到其目标。

化学信号转导的一个普遍目的是允许信号放大。单个配体可以与受体结合，然后受体释放蛋白质以与其他信号分子和受体结合，可以呈指数级地增加试图到达目标蛋白质的分子数量，从而大大增加分子与目标的结合以及信号的效力。

信号分子分为三类：细胞不能渗透的分子、细胞可以渗透的分子和细胞相关的信号分子。
细胞不能渗透的分子是无法穿过脂质双层质膜的分子，因此必须与细胞外受体结合。神经递质被认为是细胞不能渗透的分子。
细胞可以渗透的分子是相对不溶的分子，能够穿过脂质双层质膜与细胞内受体结合。类固醇被认为是细胞可以渗透的分子。
细胞相关的信号分子只能与与靶标直接接触的受体结合。

受体

有几种类型的受体可以接收这些不同的信号分子。分子与受体的结合将在受体内部启动构象变化，从而允许信号传导发生。

通道连接受体

这些受体也称为配体门控离子通道。这些受体通过在信号与受体位点结合时打开或关闭其通道来发挥作用。通道的打开允许离子穿过膜流动，从而导致膜两侧的离子梯度。

酶连接受体

酶连接受体主要由蛋白激酶组成，这些蛋白激酶磷酸化细胞内的目标蛋白。信号首先与非活性酶结合。这会激活酶，从而允许制造产物。

细胞内受体

细胞内受体通常由细胞可以渗透的分子或其他能够穿过膜的分子激活。当信号分子穿过脂质双层质膜并与受体结合时，抑制复合体就会解离并成为受体的活性形式。这开始了一个调节 DNA 转录的信号级联。

G蛋白偶联受体

G蛋白偶联受体 (GPCR) 在信号分子与受体结合时被激活，然后受体与 G 蛋白结合，从而激活它。G 蛋白有两种类型：异三聚体 G 蛋白和单体 G 蛋白。

异三聚体G蛋白

异三聚体 G 蛋白包含三个亚基：α、β 和 γ。这三个亚基通常在结合在一起时处于非活性状态。当信号分子与受体结合时，就会发生磷酸化，GDP 转化为 GTP，然后 α 亚基解离，从而激活 G 蛋白。然后 α 亚基与效应蛋白结合，允许在整个细胞中进行不同的反应和机制。

单体G蛋白

单体 G 蛋白也被称为小 G 蛋白。它们使用与异三聚体 G 蛋白类似的机制。然而，不是三个亚基，而是使用了一个名为 ras 的 G 蛋白（以其在rat sarcoma 肿瘤中的发现而命名）。信号分子与受体的结合使 GDP 磷酸化为 GTP，并激活 ras，使其能够将信号传递到其目标蛋白。

第二信使

第二信使用作神经元之间的信号分子。

钙

钙离子 (Ca²⁺) 是神经元中最丰富的第二信使之一。Ca²⁺ 流入细胞会使细胞去极化，因此会发生很多机制。

来源

有四种方法可以增加细胞内部的 Ca²⁺

电压门控钙通道在响应初始去极化时打开，这会允许进一步的 Ca²⁺ 流入。
配体门控钙通道在响应配体附着时打开。
雷尼丁受体与内质网结合，在响应细胞内 Ca²⁺ 水平升高时被激活。这会导致通道打开，并导致 Ca²⁺ 从内质网流出到细胞内部。
肌醇三磷酸 (IP³) 受体也与内质网结合，通过 IP³ 结合到其受体而被激活。与雷尼丁受体类似，这会导致通道打开，并导致 Ca²⁺ 从内质网流出到细胞中。

移除

有几种方法可以将Ca²⁺从细胞中去除

Na⁺/Ca²⁺交换器位于质膜上，将流入的Na⁺与流出的Ca²⁺进行交换。
膜Ca²⁺泵利用ATP进行主动运输，将Ca²⁺运出细胞。
Ca²⁺结合蛋白与Ca²⁺结合，去除它们的激活能力。
细胞内Ca²⁺泵位于内质网上，利用ATP将Ca²⁺泵回内质网。
线粒体也会从细胞中去除钙。

细胞内靶标

以下是一些例子，这些靶标在与Ca²⁺结合并被激活后，会引发某种反应。

钙调蛋白会与其他靶标结合。它是下游信号通路的主要启动靶标之一。
蛋白激酶在蛋白质上添加磷酸基团（磷酸化）。
蛋白磷酸酶从蛋白质上移除磷酸基团（去磷酸化）。
离子通道
突触蛋白是参与将包含神经递质的突触囊泡运输到突触前末梢表面以释放的必需蛋白。

环状腺苷单磷酸和环状鸟苷单磷酸

环状腺苷单磷酸（cAMP）是在质膜中由G蛋白激活的腺苷酸环化酶作用于ATP，去除两个磷酸基团而产生的。cAMP最常见的靶标是cAMP依赖性蛋白激酶（PKA），它通常会触发许多机制和反应。环状鸟苷单磷酸（cGMP）的产生过程与cAMP非常相似，其中鸟苷酸环化酶作用于GTP，去除两个磷酸基团。与cAMP类似，cGMP最常见的靶标是cGMP依赖性蛋白激酶（PKG），它与PKA具有类似的功能。

IP³和二酰基甘油（DAG）

在IP³和DAG两种情况下，磷脂酰肌醇二磷酸（PIP₂）被一种名为磷脂酶C的酶切割，该酶被钙离子激活。该切割的结果产生IP³和DAG。DAG继续靶向细胞内的蛋白激酶C（PKC），导致其靶标发生磷酸化，触发信号级联反应。IP³与IP³受体结合，然后允许钙从内质网中流出。

调节

- 调节是指修饰由其他突触通过传递门控离子通道（如激活NEβ受体）产生的EPSP有效性的突触传递。- 机制如下：1. 神经递质NE与突触后神经元上的相应受体结合，激活膜上的G蛋白。 2. 然后G蛋白激活酶腺苷酸环化酶。 3. 腺苷酸环化酶将ATP转化为第二信使cAMP。 4. cAMP激活蛋白激酶，通过在钾离子通道上连接一个磷酸基团，导致钾离子通道关闭。

文件：Modulation.jpg

树突信息处理

- 具有轴突的细胞可以通过其树突进行局部输出（反向传播）。- 树突可以利用大部分被动特性执行复杂的计算。- 远端树突可以与轴突输出紧密相连（例如，大型顶端树突）。- 许多神经元显示出其树突场的分离。

群体编码

- 群体编码假说指出，大脑中的信息是由神经元池传递的，而不是由单个神经元系统传递的。

1. 独立编码假说 - 每个神经元独立地贡献于池 - 每个神经元的“投票”构成一个群体向量。

2. 协调编码假说 - 群体中神经元之间的关系是信号的重要组成部分 - 在不考虑群体中神经元之间的时间同步、振荡或其他关系的情况下，无法解码信号。

活动特征模式

参考文献

Purves, Dale, et al. Neuroscience, 4th Edition. Sunderland, MA: Sinauer Associates, Inc., 2008. Purves, Dale, "Principles of Cognitive Neuroscience", Sinauer Associates, Inc., 2008

受体