突觸電位和突觸整合課件

1、第五章 神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)肽 第一節(jié) 神經(jīng)遞質(zhì)及其分類 神經(jīng)元之間靠突觸傳遞信息，主要是通過(guò)突觸前膜釋放化學(xué)物質(zhì)，神經(jīng)遞質(zhì)(neurotransmitter)完成的。神經(jīng)遞質(zhì)通常包裹在分離的突觸小泡中, 當(dāng)信號(hào)傳遞到神經(jīng)終末時(shí), 突觸小泡移向突觸前膜并與之融合, 然后破裂釋放神經(jīng)遞質(zhì)到突觸間隙。神經(jīng)遞質(zhì)穿過(guò)突觸間隙與突觸后膜上的受體作用完成信號(hào)的傳遞。此后神經(jīng)遞質(zhì)通過(guò)突觸后膜上的酶或其它環(huán)節(jié)而失活。 在生物進(jìn)化過(guò)程中產(chǎn)生了種類繁多的神經(jīng)遞質(zhì)。已知從低等動(dòng)物到高等動(dòng)物具有基本相同種類的神經(jīng)遞質(zhì)。按生理功能有興奮性和抑制性之分；按分布部位有中樞和周圍神經(jīng)遞質(zhì)之分；按化學(xué)性質(zhì)分為胺類、嘌呤類 和氨基酸類

2、等等。一. 乙酰膽堿 乙酰膽堿(acetylcholine, Ach)是第一個(gè)確定的神 經(jīng)遞質(zhì), 廣泛存在于中 樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)中。 二. 生物胺類 去甲腎上腺素 釋放去甲腎上腺素(norepinephrine, NE)作為神經(jīng)遞質(zhì)的神經(jīng)纖維稱為去甲腎上腺素能纖維, 如支配汗腺的交感神經(jīng)和支配肌肉的交感舒血管神經(jīng)和交感神經(jīng)節(jié)后纖維等。 腎上腺素 以腎上腺素(adrenaline, Ad) 作為神經(jīng)遞質(zhì)的神經(jīng)元稱為腎上腺素能的神經(jīng)元, 常與NE能神經(jīng)元混雜一起。 多巴胺 多巴胺(dopamine, DA)是一種抑制性神經(jīng)遞質(zhì), 存在于黑質(zhì)-紋狀體中。 5-羥色胺 5-羥色胺(serotonin,

3、 5-HT)遞質(zhì)系統(tǒng)神經(jīng)元主要存在于腦干的中縫核。 NE，DA和Ad同屬兒茶酚胺(catecholamine, CA), 有共同的合成途徑; DA合成后可轉(zhuǎn)化為NA, NA又可轉(zhuǎn)化為Ad。 三. 氨基酸類 谷氨酸 谷氨酸(glutamate, Glu)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì),廣泛分布于腦和脊髓中。研究表明谷氨酸是與學(xué)習(xí)和記憶有關(guān)的神經(jīng)遞質(zhì)。 -氨基丁酸 -氨基丁酸(- aminobutylic acid, GABA)是抑制性神經(jīng)遞質(zhì), 分布于大腦皮層部分神經(jīng)元, 小腦浦頃野細(xì)胞中。 甘氨酸 甘氨酸(glycine, Gly)也是一種抑制性神經(jīng)遞質(zhì)。 四. 嘌呤類 在胃腸道的壁內(nèi)神

4、經(jīng)叢中部分神經(jīng)元的神經(jīng)遞質(zhì)可能是三磷酸腺苷(ATP)。 五. 神經(jīng)肽 有些肽類物質(zhì)也是神經(jīng)遞質(zhì)，如催產(chǎn)素、阿片樣肽(包括-內(nèi)啡肽、腦啡肽和強(qiáng)啡肽等)、胃腸素(膽囊收縮素、胃泌素和胰高血糖素等)和其它一些肽類物質(zhì), 如P物質(zhì)、神經(jīng)降壓素和血管舒張素II等。 六. 其它一些可能的神經(jīng)遞質(zhì) 近年來(lái)普遍認(rèn)為一氧化氮(NO)可能是神經(jīng)遞質(zhì), 但它與經(jīng)典的生物活性物質(zhì)和神經(jīng)遞質(zhì)不同，它不存在于小泡中, 也不以胞吐的方式釋放。它是脂溶性物質(zhì)，可穿過(guò)細(xì)胞膜，通過(guò)化學(xué)/自由基反應(yīng)發(fā)揮作用和滅活。一氧化氮在突觸后生成，通過(guò)彌散作用于突觸前的鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶。一氧化氮在突觸的可塑性變化、長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)效應(yīng)中起逆行信使的作用

5、。 第二節(jié) 神經(jīng)遞質(zhì)合成、儲(chǔ)存、釋放和清除 一. 神經(jīng)遞質(zhì)的合成與儲(chǔ)存 神經(jīng)遞質(zhì)是在神經(jīng)細(xì)胞體內(nèi)合成的, 因?yàn)榇_定神經(jīng)遞質(zhì)的先決條件之一是細(xì)胞中是否存在合成這種神經(jīng)遞質(zhì)的酶系及原材料。乙酰膽堿是由膽堿和乙酰輔酶A在膽堿乙酰轉(zhuǎn)位酶催化下合成的，它們都存在于細(xì)胞內(nèi)，所以乙酰膽堿作為神經(jīng)遞質(zhì)是在細(xì)胞內(nèi)合成并被突觸小泡攝取和儲(chǔ)存。其它神經(jīng)遞質(zhì)也是在細(xì)胞體內(nèi)合成的。 二. 神經(jīng)遞質(zhì)的釋放 首先是神經(jīng)動(dòng)作電位到達(dá)神經(jīng)終末, 引起Ca+流入突觸前膜。Ca+ 的流入促進(jìn)突觸小泡向突觸前膜移動(dòng)并與之融合，隨后小泡破裂 將神經(jīng)遞質(zhì)和其它內(nèi)含物釋放到突觸間隙中，此過(guò)程稱為胞吐作用。Ca+在神經(jīng)遞質(zhì)的釋放中起重要作用

6、，一方面它可降低軸漿黏度，有利于小泡移動(dòng)；另外它消除突觸前膜的負(fù)電位，便于小泡與突觸前膜接觸和融合。釋放 神經(jīng)遞質(zhì)后殘留的小泡膜仍可重復(fù)利 用。整個(gè)過(guò)程分為6個(gè)時(shí)相(左上圖)： 突觸小泡靠近突觸前膜活性帶; 小泡貼靠突觸致密突起; 小泡與突 觸前膜接觸并融合; 融合膜破裂向 突觸間隙釋放神經(jīng)遞質(zhì); 小泡膜并 入突觸前質(zhì)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, 被溶酶體降解后經(jīng)逆行軸 漿運(yùn)輸返回胞體重新加工成小泡, 經(jīng) 順行軸漿運(yùn)輸送回神經(jīng)終末。 三. 神經(jīng)遞質(zhì)的清除 通常有三種方式: 由特異的酶直接分解; 被細(xì)胞間液稀釋后,進(jìn)入血液循環(huán)帶到一定場(chǎng)所分解失活; 被突觸前

7、膜吸收后再利用。不同類型的神經(jīng)遞質(zhì)采用不同的方式被清除, 可能是上面的一種、兩種或三種并用。 第三節(jié) 神經(jīng)調(diào)質(zhì)和遞質(zhì)共存 神經(jīng)調(diào)質(zhì)(neuromodulator)也是神經(jīng)元產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì), 它的功能是調(diào)節(jié)信息傳導(dǎo)的效率, 影響神經(jīng)遞質(zhì)的效應(yīng)。通常我們把神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)調(diào)質(zhì)統(tǒng)稱為神經(jīng)遞質(zhì)；在嚴(yán)格區(qū)分二者時(shí)認(rèn)為，神經(jīng)遞質(zhì)作用于膜受體后，導(dǎo)致離子通道開(kāi)放而產(chǎn)生興奮或抑制效應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)；而神經(jīng)調(diào)質(zhì)作用于膜受體后，通過(guò)第二信使作用來(lái)改變膜的興奮性或其它遞質(zhì)釋放的化學(xué)物質(zhì)。因此認(rèn)為乙酰膽堿、氨基酸類為神經(jīng)遞質(zhì)；而肽類物質(zhì)被認(rèn)為是神經(jīng)調(diào)質(zhì)。 另外，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)神經(jīng)元中可同時(shí)存在兩種以上的神經(jīng)遞質(zhì)，它們同

8、時(shí)釋放，可能起著一種協(xié)同的作用，加強(qiáng)突觸傳遞的生理功能。Wonderful!第六章 離子通道與胞內(nèi)鈣離子平衡第一節(jié) 離子通道與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)概述 離子通道是神經(jīng)系統(tǒng)中信號(hào)傳導(dǎo)的基本元件。它產(chǎn)生神經(jīng)元的電信號(hào)，調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的分泌，也能將細(xì)胞外的電刺激、化學(xué)刺激及細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電反應(yīng)。離子通道的特性與神經(jīng)系統(tǒng)可塑性的變化密切相關(guān)。離子通道的兩個(gè)特性：對(duì)離子的特異性和對(duì)調(diào)節(jié)的易感性。因此使不同離子通過(guò)不同通道實(shí)現(xiàn)跨膜流動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)作電位；離子通道可被各種不同刺激調(diào)節(jié)，而使信號(hào)的傳送具有很大的靈活性。 近年由于膜片鉗及分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使離子通道研究發(fā)生革命性變化，由30年前只認(rèn)識(shí)少數(shù) 離子通道

9、，到現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)幾十種不同 離子通道，而同一種離子又有多種 通道類型。如此種類繁多的離子通 道意味著神經(jīng)系統(tǒng)中信號(hào)的傳導(dǎo)比 早先認(rèn)識(shí)的更多變，更復(fù)雜。對(duì)離 子通道的研究有助于了解復(fù)雜信號(hào) 的產(chǎn)生、傳遞及其功能作用的基礎(chǔ)。第二節(jié) 離子通道的基本特性 一. 不同的離子通道是互相獨(dú)立的 實(shí)驗(yàn)證明, 各種離子具有各自獨(dú)立的通道, 互不影響。 證據(jù): 可用TTX(河豚毒素)和TEA(四乙胺）分離鈉、鉀電流而互不影響鈉、鉀電流具有不同的動(dòng)力學(xué)；用鏈霉蛋白酶處理神經(jīng)，對(duì)鈉通道的失活化產(chǎn)生影響，而對(duì)鉀電流無(wú)影響。 二. 通道是孔洞而不是載體 證據(jù): 通道電阻率很低, 電導(dǎo)很高, 達(dá)到10-30pS; 載體不可能做

10、到; 孔洞允許離子流動(dòng)一般每秒107個(gè), 而通過(guò)載體只有105個(gè); 溫度效應(yīng): Q10為溫度每升高10引起電導(dǎo)變化的倍數(shù), 鈉、鉀電導(dǎo)Q10約1.2, 近似離子在水中自由擴(kuò)散的Q10; 離子通過(guò)人工雙層脂膜載體時(shí)Q10約為2.4; 通道專一性: 載體專一性, 通道非專一性, 可允許少量其它離子通過(guò)。另外對(duì)長(zhǎng)隧道效應(yīng)、離子通透選擇性、通道阻抑作用等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象用孔洞比載體更容易解釋. 三. 離子通道的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 研究證明神經(jīng)膜內(nèi)有5種內(nèi)在蛋白質(zhì), 通道蛋白是鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中的 型蛋白質(zhì).證據(jù): 用鏈霉蛋白酶處理使鈉通道失活,效應(yīng)消失; 一些與羧基結(jié)合的試劑影響鈉通道對(duì)TTX的結(jié)合;而一

11、些與蛋白質(zhì)中巰基結(jié)合的交聯(lián)劑(重金屬離子)作用于神經(jīng),使神經(jīng)喪失興奮能力; 鈉通道中有氨基酸殘基; 發(fā)育過(guò)程中通道功能的產(chǎn)生可用蛋白質(zhì)抑制劑阻止; 簡(jiǎn)單的肽類可形成特異性離子通道, 如短桿菌肽可形成簡(jiǎn)單的通道。 四. 通道對(duì)離子通透的特異性依賴孔洞大小、離子形成氫鍵的能力及通道內(nèi)位點(diǎn)相互作用的強(qiáng)度 通道對(duì)離子通透性的大小不一定與離子半徑大小絕對(duì)相關(guān)。如Na+直徑約0.19nm, K+直徑約0.26nm, K+可通過(guò)鈉通道, 而Na+不能通過(guò)鉀通道; 直徑最小的H+也不能通過(guò)鈉通道。直徑大小差不多的-OH基和-NH2基化合物能通過(guò)鈉通道, 而-CH3基化合物則不能。原因: Na+通常以水合離子形

12、式存在, 完全脫水需要很大能量, 又不能與管道壁契合。所以Na+，Li+很難進(jìn)入鉀通道; 含有-OH基、-NO基、-NH2基等基團(tuán)化合物能提供質(zhì)子與鈉通道內(nèi)壁上帶負(fù)電的氧原子形成氫鍵 ，降低化合物的直徑，可通過(guò)鈉通道；而-CH3基類化合物不能提供質(zhì)子形成氫鍵，形成水合分子，很難通過(guò)鈉通道；鈉通道內(nèi)壁存在負(fù)性基團(tuán)在酸性時(shí)(pHK+Rb+Cs+Ti+; 鉀通道可通過(guò)3種無(wú)機(jī)離子,其順序?yàn)門(mén)i+K+Rb+NH4+, 對(duì)有機(jī)離子通透性很小. 3. 陽(yáng)離子通過(guò)鈉通道的難易程度, 與離子大小, 形成氫鍵能力及通道微環(huán)境的pH等因素有關(guān)。 鈉通道的藥理學(xué)特性 TTX和STX可專一性阻斷鈉通道，?？舅睾湍承?/p>

13、蝎毒素可阻遏鈉通道的失活，箭毒可以激活鈉通道。 鈉通道的多樣性 鈉通道存在多種亞型，它們激活和失活緩慢，不常失活，存在于CNS神經(jīng)元胞體和樹(shù)突上。三. 鉀通道 鉀通道電導(dǎo) 單個(gè)鉀通道電導(dǎo)為10pS, 通道密度60個(gè)/m2。鉀通道電導(dǎo)比鈉通道的高一些, 分布不均勻, 切與鈉通道分布無(wú)關(guān)。 鉀通道的多樣性 1. IK型: 是最普遍的鉀通道, 可被很小的去極化作用緩慢激活, 適于維持靜息狀態(tài)膜電位。它可被四乙胺(TEA)、四氨基吡啶(4-AP)、Ba2+和Co2+所阻斷。 2. 延遲整流器(IDR): 槍烏賊軸突上經(jīng)典的鉀通道, 它在強(qiáng)的去極化作用下經(jīng)歷短暫的延遲后被激活, 失活非常緩慢.阻斷劑類似

14、IK. 3. 鈣依賴性鉀電流(IK (Ca) ): 主要依賴電壓依賴性的鈣通道的激活。Ca2+的內(nèi)流和在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的聚集導(dǎo)致這種鉀通道的開(kāi)放。它可被apamin和charybdotoxin(CTX)阻斷。 4. 早期鉀電流(IA): 也稱快瞬性鉀通道, 它被很小的去極化作用迅速激活和失活，特別是在一次動(dòng)作電位后被超極化作用“去失活”而接通?？杀?-AP 阻斷。 5. 反常整流器(IAK): 幾乎所有鉀通道因去極化接通, 而IAK在去極化時(shí)關(guān)閉, 在超極化并大于靜息電位時(shí)才開(kāi)放。 6. M電流(IM): 能被去極化激活, 但不會(huì)失活。四. 鈣通道鈣通道的特性1. 鈣通道在靜息膜電位時(shí)關(guān)閉, 在較強(qiáng)

15、的去極化作用時(shí)才可逆性開(kāi)放, 在延長(zhǎng)去極化時(shí)也失活化。2. 鈣通道和鈉通道的動(dòng)力學(xué)有相似之處, 都是隨去極化出現(xiàn)S形活化和指數(shù)式的失活化過(guò)程, 只是鈣通道的慢10-20倍。3. 鈣通道可通過(guò)Ca2+, Ba2+, Sr2+; 阻斷劑有Cd2+, Co2+, Mn2+, Ni2+和La2+及一些有機(jī)阻斷劑, 如異博定、類硫氮卓酮和雙氫吡啶類。4. 槍烏賊巨軸突傳播沖動(dòng)時(shí)除伴有大量Na+內(nèi)流外，還有少量Ca2+ 通過(guò)鈉通道或鈣通道內(nèi)流。5. 神經(jīng)軸突上的鈉通道和鈣通道具有不同的功能?？焖俜磻?yīng)的細(xì)胞具有鈉通道, 具鈣通道的細(xì)胞反應(yīng)緩慢, 鈣沖動(dòng)傳播速度亦慢。6. 鈣離子具有運(yùn)載電流, 作為細(xì)胞內(nèi)信使, 激活神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)代謝, 誘導(dǎo)突觸小泡釋放等作用。鈣通道的多樣性 根據(jù)激活電位域值、失活特性、單通道電導(dǎo)和藥