突触电位和突触整合课件

1、第五章 神经递质和神经肽 第一节 神经递质及其分类 神经元之间靠突触传递信息，主要是通过突触前膜释放化学物质，神经递质(neurotransmitter)完成的。神经递质通常包裹在分离的突触小泡中, 当信号传递到神经终末时, 突触小泡移向突触前膜并与之融合, 然后破裂释放神经递质到突触间隙。神经递质穿过突触间隙与突触后膜上的受体作用完成信号的传递。此后神经递质通过突触后膜上的酶或其它环节而失活。 在生物进化过程中产生了种类繁多的神经递质。已知从低等动物到高等动物具有基本相同种类的神经递质。按生理功能有兴奋性和抑制性之分；按分布部位有中枢和周围神经递质之分；按化学性质分为胺类、嘌呤类 和氨基酸类

2、等等。一. 乙酰胆碱 乙酰胆碱(acetylcholine, Ach)是第一个确定的神 经递质, 广泛存在于中 枢和周围神经系统中。 二. 生物胺类 去甲肾上腺素 释放去甲肾上腺素(norepinephrine, NE)作为神经递质的神经纤维称为去甲肾上腺素能纤维, 如支配汗腺的交感神经和支配肌肉的交感舒血管神经和交感神经节后纤维等。 肾上腺素 以肾上腺素(adrenaline, Ad) 作为神经递质的神经元称为肾上腺素能的神经元, 常与NE能神经元混杂一起。 多巴胺 多巴胺(dopamine, DA)是一种抑制性神经递质, 存在于黑质-纹状体中。 5-羟色胺 5-羟色胺(serotonin,

3、 5-HT)递质系统神经元主要存在于脑干的中缝核。 NE，DA和Ad同属儿茶酚胺(catecholamine, CA), 有共同的合成途径; DA合成后可转化为NA, NA又可转化为Ad。 三. 氨基酸类 谷氨酸 谷氨酸(glutamate, Glu)是中枢神经系统中重要的兴奋性神经递质,广泛分布于脑和脊髓中。研究表明谷氨酸是与学习和记忆有关的神经递质。 -氨基丁酸 -氨基丁酸(- aminobutylic acid, GABA)是抑制性神经递质, 分布于大脑皮层部分神经元, 小脑浦顷野细胞中。 甘氨酸 甘氨酸(glycine, Gly)也是一种抑制性神经递质。 四. 嘌呤类 在胃肠道的壁内神

4、经丛中部分神经元的神经递质可能是三磷酸腺苷(ATP)。 五. 神经肽 有些肽类物质也是神经递质，如催产素、阿片样肽(包括-内啡肽、脑啡肽和强啡肽等)、胃肠素(胆囊收缩素、胃泌素和胰高血糖素等)和其它一些肽类物质, 如P物质、神经降压素和血管舒张素II等。 六. 其它一些可能的神经递质 近年来普遍认为一氧化氮(NO)可能是神经递质, 但它与经典的生物活性物质和神经递质不同，它不存在于小泡中, 也不以胞吐的方式释放。它是脂溶性物质，可穿过细胞膜，通过化学/自由基反应发挥作用和灭活。一氧化氮在突触后生成，通过弥散作用于突触前的鸟苷酸环化酶。一氧化氮在突触的可塑性变化、长时程增强效应中起逆行信使的作用

5、。 第二节 神经递质合成、储存、释放和清除 一. 神经递质的合成与储存 神经递质是在神经细胞体内合成的, 因为确定神经递质的先决条件之一是细胞中是否存在合成这种神经递质的酶系及原材料。乙酰胆碱是由胆碱和乙酰辅酶A在胆碱乙酰转位酶催化下合成的，它们都存在于细胞内，所以乙酰胆碱作为神经递质是在细胞内合成并被突触小泡摄取和储存。其它神经递质也是在细胞体内合成的。 二. 神经递质的释放 首先是神经动作电位到达神经终末, 引起Ca+流入突触前膜。Ca+ 的流入促进突触小泡向突触前膜移动并与之融合，随后小泡破裂 将神经递质和其它内含物释放到突触间隙中，此过程称为胞吐作用。Ca+在神经递质的释放中起重要作用

6、，一方面它可降低轴浆黏度，有利于小泡移动；另外它消除突触前膜的负电位，便于小泡与突触前膜接触和融合。释放 神经递质后残留的小泡膜仍可重复利 用。整个过程分为6个时相(左上图)： 突触小泡靠近突触前膜活性带; 小泡贴靠突触致密突起; 小泡与突 触前膜接触并融合; 融合膜破裂向 突触间隙释放神经递质; 小泡膜并 入突触前质膜; 小泡膜回收并重新 利用。一些小泡膜在回收后不形成 功能小泡, 被溶酶体降解后经逆行轴 浆运输返回胞体重新加工成小泡, 经 顺行轴浆运输送回神经终末。 三. 神经递质的清除 通常有三种方式: 由特异的酶直接分解; 被细胞间液稀释后,进入血液循环带到一定场所分解失活; 被突触前

7、膜吸收后再利用。不同类型的神经递质采用不同的方式被清除, 可能是上面的一种、两种或三种并用。 第三节 神经调质和递质共存 神经调质(neuromodulator)也是神经元产生的化学物质, 它的功能是调节信息传导的效率, 影响神经递质的效应。通常我们把神经递质和神经调质统称为神经递质；在严格区分二者时认为，神经递质作用于膜受体后，导致离子通道开放而产生兴奋或抑制效应的化学物质；而神经调质作用于膜受体后，通过第二信使作用来改变膜的兴奋性或其它递质释放的化学物质。因此认为乙酰胆碱、氨基酸类为神经递质；而肽类物质被认为是神经调质。 另外，近年来发现，在一个神经元中可同时存在两种以上的神经递质，它们同

8、时释放，可能起着一种协同的作用，加强突触传递的生理功能。Wonderful!第六章 离子通道与胞内钙离子平衡第一节 离子通道与信号转导概述 离子通道是神经系统中信号传导的基本元件。它产生神经元的电信号，调节神经递质的分泌，也能将细胞外的电刺激、化学刺激及细胞内产生的化学信号转变成电反应。离子通道的特性与神经系统可塑性的变化密切相关。离子通道的两个特性：对离子的特异性和对调节的易感性。因此使不同离子通过不同通道实现跨膜流动产生动作电位；离子通道可被各种不同刺激调节，而使信号的传送具有很大的灵活性。 近年由于膜片钳及分子生物学技术的发展，使离子通道研究发生革命性变化，由30年前只认识少数 离子通道

9、，到现在发现几十种不同 离子通道，而同一种离子又有多种 通道类型。如此种类繁多的离子通 道意味着神经系统中信号的传导比 早先认识的更多变，更复杂。对离 子通道的研究有助于了解复杂信号 的产生、传递及其功能作用的基础。第二节 离子通道的基本特性 一. 不同的离子通道是互相独立的 实验证明, 各种离子具有各自独立的通道, 互不影响。 证据: 可用TTX(河豚毒素)和TEA(四乙胺）分离钠、钾电流而互不影响钠、钾电流具有不同的动力学；用链霉蛋白酶处理神经，对钠通道的失活化产生影响，而对钾电流无影响。 二. 通道是孔洞而不是载体 证据: 通道电阻率很低, 电导很高, 达到10-30pS; 载体不可能做

10、到; 孔洞允许离子流动一般每秒107个, 而通过载体只有105个; 温度效应: Q10为温度每升高10引起电导变化的倍数, 钠、钾电导Q10约1.2, 近似离子在水中自由扩散的Q10; 离子通过人工双层脂膜载体时Q10约为2.4; 通道专一性: 载体专一性, 通道非专一性, 可允许少量其它离子通过。另外对长隧道效应、离子通透选择性、通道阻抑作用等实验现象用孔洞比载体更容易解释. 三. 离子通道的化学本质是蛋白质结构 研究证明神经膜内有5种内在蛋白质, 通道蛋白是镶嵌在脂质双分子层中的 型蛋白质.证据: 用链霉蛋白酶处理使钠通道失活,效应消失; 一些与羧基结合的试剂影响钠通道对TTX的结合;而一

11、些与蛋白质中巯基结合的交联剂(重金属离子)作用于神经,使神经丧失兴奋能力; 钠通道中有氨基酸残基; 发育过程中通道功能的产生可用蛋白质抑制剂阻止; 简单的肽类可形成特异性离子通道, 如短杆菌肽可形成简单的通道。 四. 通道对离子通透的特异性依赖孔洞大小、离子形成氢键的能力及通道内位点相互作用的强度 通道对离子通透性的大小不一定与离子半径大小绝对相关。如Na+直径约0.19nm, K+直径约0.26nm, K+可通过钠通道, 而Na+不能通过钾通道; 直径最小的H+也不能通过钠通道。直径大小差不多的-OH基和-NH2基化合物能通过钠通道, 而-CH3基化合物则不能。原因: Na+通常以水合离子形

12、式存在, 完全脱水需要很大能量, 又不能与管道壁契合。所以Na+，Li+很难进入钾通道; 含有-OH基、-NO基、-NH2基等基团化合物能提供质子与钠通道内壁上带负电的氧原子形成氢键 ，降低化合物的直径，可通过钠通道；而-CH3基类化合物不能提供质子形成氢键，形成水合分子，很难通过钠通道；钠通道内壁存在负性基团在酸性时(pHK+Rb+Cs+Ti+; 钾通道可通过3种无机离子,其顺序为Ti+K+Rb+NH4+, 对有机离子通透性很小. 3. 阳离子通过钠通道的难易程度, 与离子大小, 形成氢键能力及通道微环境的pH等因素有关。 钠通道的药理学特性 TTX和STX可专一性阻断钠通道，海葵毒素和某些

13、蝎毒素可阻遏钠通道的失活，箭毒可以激活钠通道。 钠通道的多样性 钠通道存在多种亚型，它们激活和失活缓慢，不常失活，存在于CNS神经元胞体和树突上。三. 钾通道 钾通道电导 单个钾通道电导为10pS, 通道密度60个/m2。钾通道电导比钠通道的高一些, 分布不均匀, 切与钠通道分布无关。 钾通道的多样性 1. IK型: 是最普遍的钾通道, 可被很小的去极化作用缓慢激活, 适于维持静息状态膜电位。它可被四乙胺(TEA)、四氨基吡啶(4-AP)、Ba2+和Co2+所阻断。 2. 延迟整流器(IDR): 枪乌贼轴突上经典的钾通道, 它在强的去极化作用下经历短暂的延迟后被激活, 失活非常缓慢.阻断剂类似

14、IK. 3. 钙依赖性钾电流(IK (Ca) ): 主要依赖电压依赖性的钙通道的激活。Ca2+的内流和在细胞质内的聚集导致这种钾通道的开放。它可被apamin和charybdotoxin(CTX)阻断。 4. 早期钾电流(IA): 也称快瞬性钾通道, 它被很小的去极化作用迅速激活和失活，特别是在一次动作电位后被超极化作用“去失活”而接通。可被4-AP 阻断。 5. 反常整流器(IAK): 几乎所有钾通道因去极化接通, 而IAK在去极化时关闭, 在超极化并大于静息电位时才开放。 6. M电流(IM): 能被去极化激活, 但不会失活。四. 钙通道钙通道的特性1. 钙通道在静息膜电位时关闭, 在较强

15、的去极化作用时才可逆性开放, 在延长去极化时也失活化。2. 钙通道和钠通道的动力学有相似之处, 都是随去极化出现S形活化和指数式的失活化过程, 只是钙通道的慢10-20倍。3. 钙通道可通过Ca2+, Ba2+, Sr2+; 阻断剂有Cd2+, Co2+, Mn2+, Ni2+和La2+及一些有机阻断剂, 如异博定、类硫氮卓酮和双氢吡啶类。4. 枪乌贼巨轴突传播冲动时除伴有大量Na+内流外，还有少量Ca2+ 通过钠通道或钙通道内流。5. 神经轴突上的钠通道和钙通道具有不同的功能。快速反应的细胞具有钠通道, 具钙通道的细胞反应缓慢, 钙冲动传播速度亦慢。6. 钙离子具有运载电流, 作为细胞内信使, 激活神经细胞内代谢, 诱导突触小泡释放等作用。钙通道的多样性 根据激活电位域值、失活特性、单通道电导和药