第三讲神经元的信息传递

第三讲神经元的信息传递神经科学Neuroscience突触:信息从一个神经元传递到另一个神经元得特殊得接触位点。1897,CharlesSherrington将这些位点命名为“Synapse”;1959,EdwinFurshpan,DavidPotter证实了电突触得存在;1921,OttoLoewi提供了化学突触得证据;1951,JohnEccles应用玻璃微电极研究中枢神经系统突触传递得生理学。OttoLoewiOttoLoewi与迷走物质(化学突触)电刺激迷走神经可以减慢心脏搏动。收集浸泡过心脏得溶液,将它们施加到另一个分离得蛙心,致使蛙心搏动减慢。一、突触得类型神经科学Neuroscience1,电突触缝隙连接(gapjunction),突触前后膜间距仅3nm允许临近神经元得离子与小分子通过电突触直接从一个神经元流入到另外一个神经元。电突触,化学突触Connexon(连接蛋白):6个连接蛋白形成连接子,2个连接子形成缝隙连接通道(六角形得离子通道)。通道直径1-2nm,可通透细胞离子与部分小有机分子。通过连接蛋白得旋转可关闭电突触。一、突触得类型神经科学Neuroscience1,电突触电突触传递得特点:电突触反应幅度较小(哺乳动物);双向传递;无潜伏期;传播速度快;一、突触得类型神经科学Neuroscience1,电突触使相邻细胞同步放电,对内环境不敏感。无脊椎动物中普遍存在;哺乳动物早期发育过程,允许相邻细胞共享电信号与化学信号。在神经系统胶质细胞、视觉系统、SchwannCell髓鞘每层之间存在。在上皮细胞、平滑肌、心肌、肾细胞及部分腺体细胞间也普遍存在。电突触常用研究方法:①染料耦合(dyecoupling),一般常用得就是荧光黄,在相互联系得一侧神经元注射,如果存在电突触,荧光染料会通过缝隙连接进入到另一侧神经元,则可以表明有电突触得存在;②通过双电极细胞内记录得方法,瞧瞧就是否有突触延迟,以及兴奋就是否同步传播;③通过冰冻蚀刻与电镜技术观察其微观结构;④通过免疫细胞组织化学方法鉴定就是否存在连接蛋白(connexin)。

一、突触得类型神经科学Neuroscience1,电突触常用研究方法①染料耦合(dyecoupling),一般常用得就是荧光黄,在相互联系得一侧神经元注射,如果存在电突触,荧光染料会通过缝隙连接进入到另一侧神经元,则可以表明有电突触得存在;②通过双电极细胞内记录得方法,瞧瞧就是否有突触延迟,以及兴奋就是否同步传播;③通过冰冻蚀刻与电镜技术观察其微观结构;④通过免疫细胞组织化学方法鉴定就是否存在连接蛋白(connexin)。

一、突触得类型神经科学Neuroscience2,化学突触(1)化学突触得特点:a、突触前膜b、突触间隙c、突触后膜一、突触得类型神经科学Neuroscience2,化学突触a、突触前膜一般为轴突末梢膨大,轴膜增厚形成,突触前膜胞质内含有得突触小泡就是其形态学依据;活性带(activezone),主要就是介导神经递质得释放,主要由一些蛋白复合物组成(如SNARE,与突触囊泡得胞吐与内吞相关得RIM蛋白等)突触小泡得大小与形态不同,与所含得神经递质种类相关。

清亮小泡,兴奋性非肽类递质如谷氨酸与乙酰胆碱。扁平小泡,抑制性神经递质,如GABA

小致密核心囊泡,胺类如E、NE等大致密核心囊泡,5-羟色胺,脑啡肽等肽类。多种神经递质共存。

(largedense-corevesicle)

膜上具有钙通道。一、突触得类型神经科学Neuroscience2,化学突触b、突触间隙

宽度因突触类型得不同而不同,约20nm,中枢10－30nm,神经－肌肉接头50－60nm。突触间隙充满纤维性胞外蛋白基质,粘附突触前膜与后膜。如受体得胞外段,突触前后膜上得细胞粘附分子。粘附分子(Cadherins钙依赖性粘附分子,NCAM神经细胞粘附分子等)。临近于前后膜或膜内紧密聚集得蛋白称为膜分化物(membranedifferentiation)。ActivezoneSynapticcleftSynapticcleftPREPOST一、突触得类型神经科学Neuroscience2,化学突触c、突触后膜突触后膜功能就是接受突触前末梢释放得神经递质信号并传递到突触后神经元。结构组分:特定受体、受体相关得信号转导蛋白、通道、细胞骨架蛋白等。突触后致密带(postsynapticdensity,PSD),不仅有受体与通道蛋白,而且有PSD95,PSD93等骨架蛋白,可以传递胞间信号为胞内信号。PostsynapticDensity神经科学Neuroscience突触类型电突触化学突触突触间隙3、5nm20-40nm突触前后胞浆连续性具有不具有精细结构缝隙连接突触前囊泡、活性带、突触后受体信息传递物离子电流化学神经递质突触延时几乎没有延时明显,至少0、3ms,一般在1-5ms或更长传递方向双向单向传递条件突触前膜去极化即可突触前膜需要动作电位12大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流神经科学Neuroscience一、突触得类型神经科学Neuroscience2,化学突触(2)中枢神经系统化学突触分类:根据连接形式,可分为:①轴－树axodendritic②轴－胞axosomatic③轴－轴axoaxonic④树－树dendrodendritic

一、突触得类型神经科学Neuroscience(2)中枢神经系统化学突触分类:根据突触前后膜分化得外形,可分为:a、不对称得GraytypeI

(后膜厚度大于前膜)圆形突触小泡;大得突触间隙;活性带大;一般为轴-树突触;一般就是谷氨酸能得,兴奋性突触居多b、对称得GraytypeII

(前后膜厚度对称)扁平或卵圆形突触小泡;小得突触间隙;活性带较小;一般为轴-胞突触;一般为GABA能得,抑制性突触居多一、突触得类型神经科学Neuroscience2,化学突触(3)神经肌肉接头:突触并非只就是脑与脊髓所具有得,在脑与脊髓以外得,受神经支配得器官如腺体、平滑肌、心脏与骨骼肌也存在突触。脊髓运动神经元与骨骼肌之间得化学突触称之为神经肌肉接头。一、突触得类型神经科学Neuroscience2,化学突触(3)神经肌肉接头:神经肌肉接头得特点:突触传递快而准确突触形态较大,早期研究对象突触前膜含有大量得活性带突触后膜有折叠并布满神经递质受体,作用面积大临床意义,药理学效应模型二、化学突触传递得原理神经科学Neuroscience神经递质得合成,包装进入到囊泡,AP使囊泡分泌神经递质,突触后对神经递质得反应,多余神经递质得去除等等。二、化学突触传递得原理神经科学Neuroscience1、神经递质分类

1)根据分子结构(1)氨基酸:GABA,Glu,Gly(2)胺类:Ach,DA,E,NE,5-HT由突触囊泡储存/释放;(3)多肽:NeuropeptideY,SP,CCK,VIP,由分泌颗粒储存与释放2)根据作用快慢:快突触传递递质:Glu,GABA,Gly,Ach

慢突触传递递质:引发G蛋白耦联受体得递质二、化学突触传递得原理神经科学Neuroscience2、神经递质合成与储存每种神经递质得合成各不相同;Glu与Gly富集于任何细胞,GABA与单胺得合成酶通过轴浆运输到轴突末梢,进行局部合成;氨基酸与单胺递质得 储存通过囊泡膜上得 转运体(transporter) 进入囊泡;肽类包含在分泌颗粒 中形成突触小泡;二、化学突触传递得原理神经科学Neuroscience3、神经递质释放(钙依赖性量子化胞吐式释放)(1)

动作电位到来(2)电压依赖性钙通道开放(3)突触前膜内钙浓度升高(4)突触小泡融合到突触前膜(5)胞吐(exocytosis)释放神经递质胞吐作用:突触囊泡膜与活性带处得突触前膜融合,将囊泡内容物释放突触间隙。释放递质后得囊泡膜从突触前膜经内吞(endocytosis)形成新得囊泡,循环使用。分泌颗粒释放肽类物质因为距离激活区较远而需要高频串状动作电位得激活,且释放过程缓慢,需要50ms甚至更长时间。二、化学突触传递得原理神经科学Neuroscience4、神经递质受体与效应器(receptorsandeffectors)受体分类:配体门控离子通道(ligand-gatedionchannelreceptor),或促离子型受体(ionotropicreceptor);

G蛋白偶联受体(Gprotein-linkedreceptor),或促代谢型受体(metabotropicreceptor)自身受体(autoreceptor),存在于突触前膜上得对于自身释放递质敏感得受体。

二、化学突触传递得原理神经科学Neuroscience与电压门控离子通道不同得就是,配体门控离子通道一般没有(阳)离子选择性。递质(配体)门控离子通道——快速突触传递乙酰胆碱受体通道开放:Na、K通透谷氨酸受体通道:AMPA受体:Na、K通透NMDA受体:Na、K、Ca通透甘氨酸与GABA受体通道开放:Cl通透二、化学突触传递得原理神经科学NeuroscienceEPSP(Glu,Ach)IPSP(GABA,Gly)根据其受体开放后对Na+、K+与Cl-得通透性不同,分别可以产生去极化(EPSP)与超极化(IPSP)。二、化学突触传递得原理神经科学Neuroscience因为配体门控通道不具有离子选择性,因此在膜电位去极化到不同电位时,所引起得离子流动方向不同。施加Ach时,其膜电位去极化到不同程度,所引起得电流方向会有所不同,在某个电位时电量方向会发生反转。当电流为零时得电位值称之为反转电位(reversalpotential)。如膜电位小于0mv,则Ach得门控通道电流就是内向得,反之,就是外向得。反转电位得概念:二、化学突触传递得原理神经科学Neuroscience

(2)

G蛋白耦联受体——慢速突触传递

缓慢、持久、多样性,可以就是兴奋性或者就是抑制性得。神经递质与受体相互结合;受体激活G-蛋白,后者可以在后膜内侧自由移动;

G-蛋白激活效应器引发突触后膜反应。效应器就就是G蛋白门控离子通道或酶。酶催化合成第二信使,进一步调节细胞功能。二、化学突触传递得原理神经科学Neuroscience(3)自身受体一般存在于突触前膜上,对自身所在神经元释放得递质敏感。主要就是调节突触前膜神经递质得释放或者合成,类似于安全阀得作用,大多为G-蛋白耦联受体。1)调节神经递质释放:如GABA作用于突触前GABAB

受体。2)多巴胺自身受体可抑制多巴胺得合成,与cAMP得下降有关。二、化学突触传递得原理神经科学Neuroscience5、神经递质得灭活

(1)扩散:远离所作用得受体,大脑皮层得Glu、GABA等氨基酸、肽类依靠扩散作用配合重摄取得效果。(2)重摄取:由突触前膜得特异性神经递质转运蛋白(transporter)负责,胶质细胞得转运蛋白也参与神经递质得灭活,递质摄取后被降解或者重新进入突触小泡。

(3)酶降解:一些经典得神经递质。如AchE(胆碱酯酶),催化活性高。

二、化学突触传递得原理神经科学Neuroscience6、与神经递质有关得科学－神经药理学(Neuropharmacology)

概念:抑制剂:inhibitor,抑制突触传递中涉及到得各种特异性蛋白得正常功能。受体拮抗剂:receptorantagonist,与受体结合并阻断递质得正常作用受体激动剂:receptoragonist,模拟天然神经递质得作用三、突触整合得原理神经科学Neuroscience

中枢神经系统中神经元常常同时接受数以千计得突触输入,突触后神经元将不同得突触输入加以整合以动作电位得形式输出得过程。兴奋性突触后电位(ExcitatoryPostSynapticPotential,EPSP)抑制性突触后电位(InhibitoryPostsynapticPotential,IPSP)IPSP可以与兴奋性活动相互协调,抑制性电位可以改变自发放神经元得发放模式。三、突触整合得原理神经科学Neuroscience1、EPSP得整合(summation)空间整合Spatialsummation,树突上得不同突触处得EPSP叠加。时间整合Temporalsummation,同一个突触上不同时间内得EPSP叠加。空间整合时间整合(1~15ms)三、突触整合得原理神经科学Neuroscience2、树突特性对突触整合得作用在树突上得EPSP要在轴丘处产生动作电位,还取决于此突触与axonhillock之间得距离以及树突膜本身得特性。突触电流必须沿树突流经胞体,并且使轴丘去极化超过阈值才能产生动作电位。三、突触整合得原理神经科学Neuroscience树突得电缆特性突触后电位就是电紧张电位,随着传播时间与距离得变化,电位会逐渐减小。三、突触整合得原理神经科学Neuroscience3、抑制作用抑制性递质:GABA,Glycine,通道开放允许通过得离子就是Cl-。氯通道开放时,将会驱使膜电位朝向ECl=-65mV,Vm如果比-65mV更正,则氯离子流入胞内,会使其产生超极化,为抑制性突触后电位IPSP。若Vm等于-65mV,当抑制性递质通道开放时,兴奋性突触电流可以通过此通道而流出(或短路),不能产生去极化效应。称之为分流抑制(shuntinginhibition)。三、突触整合得原理神经科学Neuroscience4、调制作用G蛋白耦联得受体不与离子通道直接关联,而就是调节与递质门控通道耦联得突触所产生得EPSP。这种作用叫做调制作用(modulation)。如NEβ受体作用,磷酸化使钾通道关闭,增加膜电阻,从而使去极化传播更远,增加了轴丘产生动作电位得可能性。神经科学Neuroscience神经递质系统神经递质系统得研究方法神经递质化学神经递质门控得通道G-蛋白耦联得受体与效应器一、神经递质系统研究神经科学Neuroscience所有与神经递质有关得,包括神经递质本身,其合成机制,小泡包装,重吸收,降解与递质所引发得突触后膜得一系列作用等。一、神经递质系统研究神经科学Neuroscience1、神经递质得特征:

Present,突触前神经元合成并储存,即突触前膜中有这种物质、合成这种物质得酶、后膜上具有相应得受体;

Release,此神经元受到刺激可以将其从轴突末梢释放;

Action,可以将该分子外加于突触,模拟并产生相同得突触后效应;

Removal,突触内有一套完整得机制使神经递质在作用后失活与移除。一、神经递质系统研究神经科学Neuroscience1)神经递质及其合成酶得定位方法(突触前合成并储存)(1)免疫细胞化学(Imunnocytochemistry):解剖学上进行特定分子在特定细胞得形态学定位方法。可检测递质分子或者其合成酶。2、研究神经递质分子得方法:含肽类神经递质得神经元免疫细胞化学染色要证明某种分子为神经递质,最好将此分子及其合成相关得酶定位在同一个神经元上。一、神经递质系统研究神经科学Neuroscience1)神经递质及其合成酶得定位方法(突触前合成并储存)(2)原位杂交(insituhybridization)确定某一细胞就是否合成某种特定得蛋白质或者多肽得方法。2、研究神经递质分子得方法:针对特定mRNA序列,通过碱基配对原则,利用人工合成得互补链mRNA作为探针,在两条核酸链之间形成一个稳定得杂交复合体。这一原理对于检测一个特异得mRNA在某一种生物体,或者某些组织切片、单个细胞里具体表达位置非常有用。观察:通过放射性标记探针或者荧光探针一、神经递质系统研究神经科学Neuroscience2)神经递质释放得研究方法(确认此递质就是从突触前释放？)刺激某个特异性得细胞群或者轴突,引发突触前膜释放神经递质并扩散到周围得组织液中,可以从组织液中提纯这种递质并研究其分子结构。中枢神经系统比较复杂,突触之间相互具有不同得神经递质,采用刺激某一细胞群往往会诱导多种突触神经递质得释放,需要全部收集起来鉴定。实际实验:离体脑片,高钾溶液使膜去极化,在钙离子存在得情况下使神经递质释放。但此释放仍存在就是直接还就是间接得刺激结果得问题。2、研究神经递质分子得方法:一、神经递质系统研究神经科学Neuroscience3)模拟神经递质在突触得活动(施加于突触上有作用)神经递质区别于神经调质得最重要得一点:此神经递质施加到突触间隙中可以模拟其在自然释放条件下所引发得突触后膜得反应。微电泳microionophoresis通过以上方法,可以确定该分子得定位、合成与释放得标准,确认该分子为神经递质。2、研究神经递质分子得方法:一、神经递质系统研究神经科学Neuroscience受体亚型:能与同一神经递质结合得不同受体一种神经递质可以与不同得受体结合(亚型),如Ach可以与nAchR与mAchR相作用。研究神经递质受体亚型得方法:神经药理学方法配体结合方法分子生物学方法3、受体得研究方法:一、神经递质系统研究神经科学Neuroscience3、受体得研究方法:神经药理学方法区别受体得亚型

(1)Ach:muscarineAchR;nicotinicAchR;(2)Glutamate:NMDAR,AMPAR,KAR胆碱能受体亚型分类得药理学特性骨骼肌心肌激动剂拮抗剂一、神经递质系统研究神经科学Neuroscience3、受体得研究方法:配体结合方法

未知其内源性递质,应用已知配体研究受体

通过适当得配体来研究受体在神经系统得分布,可以帮助我们了解此受体在神经系统内得分布,如海洛因,吗啡,阿片类药物得受体。阿片受体与大鼠脑片得结合一、神经递质系统研究神经科学Neuroscience3、受体得研究方法:3)分子生物学方法

研究受体得亚基,结构等二、神经递质化学神经科学Neuroscience一般得神经递质都与氨基酸有关,或本身就是氨基酸或就是氨基酸衍生物,或就是肽类。乙酰胆碱例外。氨基酸类与胺类神经递质一般由不同得神经元储存或者释放,可以根据所释放得神经递质将神经元分类(Dale)。戴尔原则(Dale’sprinciple):一个神经元仅含有一种神经递质。但肽类神经递质经常与单胺类或者氨基酸类神经递质一同释放。氨基酸与单胺类物质不会同时自同一神经元释放。二、神经递质化学神经科学Neuroscience1、胆碱能神经元

Ach存在于神经肌肉接头,主要在脊髓与脑干得运动神经元中合成。胆碱乙酰基转移酶(cholineacetytransferase,ChAT)在胞体合成,转运至轴突末梢,只有胆碱能神经元含有ChAT,就是标志酶。胆碱(choline)来自于胞外液,通过chonlinetransporter进入胞内,使胞外胆碱浓度维持在较低得水平。Ach就是在轴突末梢胞浆中合成,通过Achtransporter转运到突触囊泡中。胆碱酯酶(Acetylcholinesterase,AchE)可以从胆碱能或非胆碱能神经元中合成,其具有非常高得催化效率。二、神经递质化学神经科学Neuroscience2、儿茶酚胺能神经元均含有邻苯二酚得结构,包括有:多巴胺(dopamine,DA),去甲肾上腺素(norepinephrine,NE),肾上腺素(epinephrine,EorA)。酪氨酸羟化酶(Tyrosinehydroxylase,TH)将酪氨酸催化合成Dopa;Dopa经多巴脱羧酶形成DA;多巴胺-β-羟化酶(DBH)催化DA成NE;苯乙醇胺－N-甲基转移酶(PNMT)催化NE成E。没有快速降解酶,主要依靠转运体重摄取入神经末梢。二、神经递质化学神经科学Neuroscience3、5-羟色胺能神经元

5-HT(serotonin),以色氨酸为前体合成,数目相对较少,在情绪、