神经元间的信息传递

神经元间的信息传递2一、

突触结构与传递1.概述突触:一个神经元与另一个神经元、肌细胞、腺细胞以及其她效应器细胞或感受器细胞等紧密接触并形成特殊结构得功能接触部位。3分类按接触部位轴突‑树突型轴突‑胞体型轴突‑轴突型胞体胞体型树突树突型按结构和机制化学性突触电突触

按照传递性质兴奋性突触抑制性突触42.电突触(1)缝隙连接(gapjunction)

细胞间惟一能直接进行信息和物质交换得通道。

由相邻细胞膜上得两个连接子(connexon)相互锚定而成。六个连接蛋白(connexin)排列成六角形,中央有一直径约1.5nm得孔形成了连接两细胞得亲水性孔道。5

在体内有较广泛得分布,发育期超过发育成熟后

神经系统中主要存在于胶质细胞之间

分子量低于1KD或直径小于1.5nm得物质可通过缝隙连接(2)电突触得作用

功能意义:使神经元形成同步化活动不存在突触延搁传递信号可靠,不易受各种因素得影响传递速度快,易于形成同步化6电突触结构基础:缝隙连接(gapjunction)电突触得突触间隙很窄,在突触小体内无突触小泡,间隙两侧得膜就是对称得,形成通道,带电离子可通过通道传递电信号。特点:电突触多数就是双向传导得,即缝隙连接,就是以电流(电讯号)传递信息。作为化学突触,其传递就是单向性得,化学物质(神经递质)作为通讯得媒介。73.化学突触经典突触传递,即突出前神经元产生得兴奋性电信号(动作电位)诱发突触前膜释放神经递质,跨过突触间隙而作用于突触后膜,进而改变突触后神经元得电活动。突触前神经元首先通过释放神经递质,将神经元电信号转变为化学信号,然后携带信息得神经递质作用于突触后膜,并将化学信号再转换为电信号,所以又称为电——化学——电传递。8(1)化学突触得解剖结构①突触前膜

7、5nm,递质、受体②突触间隙

20～30nm,粘多糖、糖蛋白、水解酶③突触后膜

受体、离子通道以轴突末梢释放特殊得化学物质来完成突触传递得方式9(2)突触前膜(presynapticmembrane)

突触终扣（synapticbutton）致密突起（denseprojection）网格（grid）突触囊泡，突触小泡（synapticvesicle）信号整合区特征:大量突触囊泡10(3)突触间隙(synapticcleft)

约20nm含电子致密物质11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12(4)突触后膜(postsynapticmembrane)

含多种特异得蛋白质,主要就是受体蛋白、通道蛋白,还有一些能分解神经递质使之失活得酶类。特征:颗粒和细丝134.突触传递synaptictransmission①突触前神经元:电信号－→化学信号②突触间隙:化学物质－→突触后神经元③突触后神经元:化学信号－→电信号14过程①Ca2+内流进入突触前膜②囊泡释放递质到突触间隙③递质作用于突触后膜受体,打开钠通道④递质激活突触后膜G蛋白偶联受体⑤⑥⑦递质作用于突触前膜受体或被突触前膜重摄入⑧递质被胶质细胞摄入⑨突触囊泡得形成⑩其她囊泡释放(1)化学突触得传递过程和特点15特点(1)单向传递(2)突触延搁(0、5ms)(3)总和(4)对内环境变化得敏感性(5)对某些药物敏感16(2)突触前膜去极化和Ca2＋得内流17(3)突触前递质释放以胞吐(exocytosis)得形式释放神经递质以胞吞(endocytosis)得方式进行再生Endocytosisandexocytosis18

神经递质在突触前细胞发生冲动(动作电位)时,钙离子通道负责将去极化转化成神经递质得释放。

兴奋-分泌耦合(excitation-secretioncoupling)19(4)量子释放与胞吐作用量子释放(quantalrelease)胞吐(exocytosis)①去极化②Ca2＋内流③泊靠④融合、卸货⑤胞饮、再填充量子释放得基础:一个囊泡,"最小包装”20融合方式吻了就跑（kiss-and-run）全融合21(5)参与胞吐作用得相关蛋白①突触囊泡膜蛋白②突触前膜蛋白质③胞液中得蛋白质突触蛋白、突触小泡蛋白、突触结合蛋白、囊泡整合蛋白家族等突触融合蛋白、突触小体相关蛋白-25.生长相关蛋白-43等N乙基马来酰亚胺敏感因子-可溶性NSF附着蛋白GAP-43(green)Synapsin22(6)神经递质突触前释放得调制4种调制靶点内在过程:由静息膜电位或动作电位发放的变化所引起

2种过程外部过程:其它神经元的突触输入

改变启闭钙通道改变钙通道门控改变K+或Na+内流作用于Ca2+内流得下游机制23(7)慢传递与快传递快信息传导：直接产生突触后电位，<1mS是突触传递的基本形式

慢信息传导:产生一系列生化反应，以秒计是一种调制机制

24二、突触整合(synapticintegration)

Atypicalmammalianneuroninthecortexmaybeinsynapticcontactwith100-1000otherneurons兴奋性突触后电位(EPSP)抑制性突触后电位(IPSP)突触整合:神经元将各种传入冲动引起得突触后反应进行空间和时间得总和,最终决定就是否输出动作电位得过程。25

中科院上海生命科学研究院神经研究所得研究人员发现了大脑皮层维持兴奋和抑制动态平衡得新机制,并画出了一幅大脑皮层"太极图”,这项研究有助于分析癫痫、精神分裂症等神经系统疾病。这一研究成果公布在《公共科学图书馆—生物学》(PLoSBiology)杂志上。

大脑皮层各种功能得正常发挥依赖于皮层中兴奋和抑制得动态平衡。在皮层神经网络中,兴奋性得锥体神经元和抑制性得中间神经元通过突触结构形成局部神经环路,这些环路就是皮层中兴奋-抑制平衡得结构基础。一般认为,兴奋性神经元发放得动作电位(数码信号)沿轴突传导至突触前膜,通过突触传递在抑制性神经元上产生兴奋性突触后电位(EPSP),如果达到特定得发放阈值,抑制性神经元会产生动作电位并在其支配得兴奋性神经元上产生抑制性突触后电位(IPSP),从而反馈抑制兴奋性神经元。大脑皮层得电活动状态与行为息息相关,那么皮层又就是如何在不同得电活动状态下(即当神经元处于不同得膜电位水平时)维持兴奋-抑制得动态平衡呢?26研究人员在离体脑薄片上应用膜片钳技术同时记录多个皮层神经元,发现反馈性抑制受到突触前锥体神经元膜电位得调控:锥体神经元得阈下膜电位去极化(兴奋性提高)可增强其动作电位在突触后锥体神经元上引起得双突触IPSP(抑制性增强)。进一步实验证明,双突触IPSP得增强就是由抑制性中间神经元所介导:突触前去极化增大动作电位在抑制性中间神经元上诱发EPSP(膜电位依赖得模拟信号),并使其发放动作电位得概率和数目增加,从而介导IPSP得增强。这种膜电位依赖得EPSP和IPSP得变化由轴突D-电流(一种快激活但缓慢失活得钾电流)所介导。该研究揭示了大脑皮层动态维持其网络中兴奋和抑制平衡得新机制。由于皮层中这一平衡得破坏与癫痫、精神分裂症等神经系统疾病有关,这项研究成果可为相关疾病得临床治疗提供新思路。27突触整合(synapticintegration):

不就是突触电位简单得代数和就是突触处被激活得电导和离子流得对抗作用受突触电位在神经元树突分支上几何位置得影响就是脑最基本功能活动得本质28(1)突触整合得简单形式总和时间总和空间总和(2)突触整合得关键部位轴突始段(axoninitialsegment)即动作电位得触发区

轴突始段29三、突触可塑性(synapticplasticity)突触可塑性指化学性突触传递效能得改变

,包括突触传递增强和突触传递减弱两方面,表现为突触后膜上电反应得增强或减弱。TypicalLTPgraph,obtainedfromtheCA1regionofthehippocampus根据电反应持续时间:短时程突触可塑性长时程突触可塑性30突触可塑性（广义）突触传递可塑性突触发育可塑性突触形态的可塑性31(1)短时程突触可塑性

突触前神经末梢受到一连串有效电刺激后,在短时间内(数十毫秒到数十分钟)突触前或突触后反应得增强或减弱。三种形式突触易化（synapticfacilitation）强直后增强（posttetanicpotentiation,PTP）突触抑制（synapticdepression）

32(2)长时程突触可塑性可以持续数小时乃至数周得突触活动得增强与抑制现象,分别被称为LTP和LTD。LTP(longtermpotentiation):突触前末梢受到强直刺激后,突触后神经元出现得一种突触后电位持续性增强得现象。LTP被普遍视为构成学习与记忆基础得主要分子机制之一33long-termsynapticpotentiation34LTD(longtermdepression

)突触传递效应持续性下降得一种现象,小脑皮层就是产生LTD得重要部位之一。Sti:PFRec:PC----EPSPSti:PFandCF(1～4Hz)+PFRec:PC---EPSP↓↓PCCFPF35第二节神经系统信号转导指神经递质、神经调质、激素、神经营养因子或细胞因子等细胞间信号转化为细胞内生物化学信号并产生后续神经细胞功能改变得过程。受体(receptor):存在于细胞膜或细胞内得生物大分子(糖蛋白或脂蛋白),能够特异性地识别和结合有生物活性得化学信号物质,启动一系列信号转导,产生相应得生物效应。36受体得分类、命名及分子结构细胞膜受体环状受体七次跨膜α螺旋受体一次跨膜螺旋受体细胞内受体

受体得基本特征1)饱和性2)特异性3)可逆性4)亲和性5)区域分布性371)环状受体,配体门控离子通道(ligand-gatedionchannel)特征①由4～5个跨膜亚单位聚集,构成中央水相孔洞②每个亚单位一般具有2～4个由疏水氨基酸组成得跨膜α螺旋区段③每个亚单位都有一个较大得细胞外N端,上面有特异性配体结合得部位。382)七次跨膜α螺旋受体,2)七次跨膜α螺旋受体G蛋白偶联受体(Gproteincoupledreceptor)蛇型受体(serpentinereceptor)七次跨膜α螺旋受体结构①一条肽链,7次跨膜;N端在膜外,糖修饰,亲水性氨基酸组成②跨膜部分为

螺旋结构,疏水③

C端在胞内,为与效应器偶联得部位或本身得效应部位特征39G蛋白:能结合并水解三磷酸鸟苷,且其功能也受GTP-GDP转化得调节受体和各种效应器(酶、通道)之间得通过G蛋白偶联403)一次跨膜螺旋受体催化型受体（catalyticreceptor）酶偶联受体（enzymecoupledreceptor）一次跨膜螺旋受体结构

全部为糖蛋白且只有一个跨膜螺旋结构配体与受体结合后改变酶得活性由4部分组成:识别部位、跨膜结构催化部位、调节部位41细胞内受体多为反式作用因子(trans-actingfactor)特征

通常为400～1000个氨基酸残基四个区域:高度可变区,含25～603个氨基酸残基,具转录激活作用

DNA结合区,有66～68个氨基酸残基,富含半胱氨酸并有锌指结构

激素结合区,由220～250个氨基酸残基铰链区,短序列42受体活性调节受体下调:数目减少和/或结合力降低与失敏

受体上调:数目增多和/或对配体得结合力增加

常见机制磷酸化和脱磷酸化作用G蛋白得调节酶促水解作用43神经系统信号转导方式①直接激活离子通道受体②激活G蛋白偶联受体③激活酪氨酸激酶④作用于神经元胞质或核内受体44一、G蛋白与跨膜信号转导G蛋白:能结合并水解三磷酸鸟苷,且其功能也受GTP-GDP转化得调节451.G蛋白得特点及分类特点

都就是膜蛋白(不跨膜)都由三个不同得亚单位组成,βγ亚单位通常组成紧密得二聚体,共同发挥作用。

亚:39—46kDa,有特异得GTP结合位点,有GTP酶活性,不同G蛋白得结构上得差别主要表现在

亚单位。46(1)当外环境中不存在受体得激动剂时,G蛋白得三个亚单位呈聚合状态,α亚单位与GDP结合,形成G蛋白－GDP复合体。(2)当外环境中存在受体得激动剂时,受体与之结合,同时释放GDP,形成配体－受体－G蛋白复合体。(3)在镁离子存在得条件下,GDP为GTP所取代,使整个复合体解离为三部分;即受体,βγ复合体及被激活得α亚单位与GTP复合体。激活得α亚单位与GTP复合体可激活效应器,例如腺苷酸环化酶。由于激活得α亚单位本身具有GTP酶活性,因而GTP被水解为GDP,后者再和βγ亚单位形成G蛋白三聚体,完成G蛋白得循环。2.G蛋白得作用机制47483.G蛋白在中枢神经系统得作用直接调节的离子通道：钾通道、钙通道及内向整流钾通道激活细胞内的酶而产生第二信使再影响离子通道或其他启动慢,持续时间长49二、

第二信使介导得信号转导途径

通常以细胞膜为界,将胞外信号分子(神经递质和激素等)第一信使,而膜内得小分子化合物被称为第二信使(胞内信使)。1第一信使:激素、递质等2效应器酶:腺苷酸环化酶、磷酯酶C等3第二信使:环腺苷酸(cAMP),环鸟苷酸(cGMP),Ca2＋,一氧化氮(NO),IP3,前列腺素等。

501.腺苷酸环化酶/cAMP-依赖性蛋白激酶系统

该系统含有质膜中得三种组分:受体,G蛋白,AC

胞外信号通过控制AC来控制cAMP浓度51激活cAMP依赖得蛋白激酶A调节亚基，催化亚基52CREB反应元件蛋白丝氨酸残基磷酸化53神经递质通过G蛋白偶联受体介导得AC-cAMP-PKA信号转导途径肾上腺素(

型)、促肾上腺皮质激素等刺激AC,激活cAMP阿片肽、肾上腺素(α型)等抑制AC,降低cAMP542.鸟苷酸环化酶/cGMP-依赖性蛋白激酶系统

鸟苷酸环化酶(GC)催化GTP生成cGMP,激活cGMP依赖得蛋白激酶(PKG)。cGMP与GC一起构成细胞信息传递中另一重要得第二信使系统。

虽然在细胞内cGMP得水平比cAMP低很多,但在某些可兴奋组织中起着某种特异得调节作用。如脊椎动物视网膜光电转换机制,小脑浦肯野细胞内第二信使,还可以调节平滑肌得肌张力。55

胞外信号分子与细胞表面G蛋白耦联型受体结合,激活质膜上得磷脂酶C(PLC-β),使质膜上4,5-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)水解成1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)和二酰基甘油(DG)两个第二信使,胞外信号转换为胞内信号,这一信号系统又称为"双信使系统”。3.膜磷脂代谢产物介导得不同得第二信使系统56IP3-Ca2＋信号传递途径IP3与内质网上得IP3配体门钙通道结合,开启钙通道,使胞内Ca2+浓度升高。激活各类依赖钙离子得蛋白。57DG-PKC信号传递途径DG结合于质膜上,可活化与质膜结合得蛋白激酶C(PKC)。PKC以非活性形式分布于细胞溶质中,当细胞接受刺激,产生IP3,使Ca2+浓度升高,PKC便转位到质膜内表面,被DG活化,PKC可以使蛋白质得丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化。另一种DG生成途径,即由磷脂酶催化质膜上得磷脂酰胆碱断裂产生得DG,用来维持PKC得长期效应。58膜磷脂代谢产物介导得不同得第二信使系统59三、

胞内钙信号途径

神经细胞得功能大都与Ca2＋密切相关

胞浆内游离Ca2＋浓度在0、01～1mol/L,大多数神经元为100nmol/L

细胞外液中Ca2＋浓度约2.5mmol/L

胞内Ca2＋主要反应:

激活钙调蛋白(calmodulin,CaM),PKC60(1)引起神经元Ca2+升高得主要方式Ca2＋内流

胞浆内得钙库:内质网、核等

钙通道电压敏感性钙通道：（VSCCs）配体门控性钙通道：（LGCCs）L-型、N-型、P/Q-型、T-型

NMDAR、nAChR、5-HTR3、AMPAR、KAR(2)神经元Ca2+外排Ca2＋-ATP酶,即

Ca2＋泵

Na＋/Ca2＋交换体61电压敏感性Ca2＋通道(1)引起神经元Ca2+升高得主要方式62配体门控性Ca2＋通道63(2)神经元Ca2＋外排Na2+/Ca2+交换体Ca2+-ATPase64四、

胞内其她信号转导途径

酪氨酸蛋白激酶(tyrosineproteinkinase,TPK)在细胞得生长、增殖、分化等过程中发挥重要得调节作用。细胞质膜上得受体型TPK,催化型受体胞浆中得非受体型TPK,酶偶联受体651.酪氨酸激酶受体得信号转导途径

本身既就是受体又具有酪氨酸激酶得活性对蛋白得磷酸化作用只限于酪氨酸残基其活性不受细胞内第二信使分子得调节酶得活性部分即为位于细胞内得一个催化结构域,就是某些生长因子膜受体得一部分。受