突触电位和突触整合

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的神经递质信息，主要是从神经递质前膜释放出化学物质，由神经递质(neurotransmitter )完成。 神经递质通常被分离的突触小胞包裹，信号向神经末端传递后，突触小胞向突触前膜移动并融合，破裂后神经递质向突触间隙释放。 神经递质通过突触间隙和突触后膜上的受体作用完成信号转导。 之后，神经递质通过突触后膜上的酶和其他环节失活。 生物进化过程中产生了各种各样的神经递质。 众所周知，从低等动物到高等动物几乎都有同样的神经递质。 根据生理功能具有兴奋性和抑制性的分布部位，根据中枢和周围神经递质的部分的化学性质可分为胺类、嘌呤类、氨基酸类等。

2、 1 .乙酰胆碱(acetylcholine，Ach )是最初确定的神经递质，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以去甲肾上腺素(norepiNEphrine，ne )为神经递质的神经纤维被称为去甲肾上腺素纤维，例如支配汗腺的交感神经和支配肌肉的交感神经和交感神经节后纤维等。 肾上腺素把以肾上腺素(AdrenaliNE，ad )为神经递质的神经元称为肾上腺素能神经元，经常与ne能神经元混合。 多巴胺多巴胺(dopamine，DA )是抑制性神经递质，存在于黑质线条体中。 血清素5 -羟色胺(serotonin，5ht )传导系统神经元主要存在于脑干中缝合核。 NE、DA和

3、Ad是儿茶酚胺(CAtecholamine，ca )，有共同的合成途径的DA合成后就变成NA，NA变成Ad。 三.氨基酸类谷氨酸(glutamate，Glu )是中枢神经系统的重要兴奋性神经递质，广泛分布于脑和脊髓。 研究表明，谷氨酸是与学习和记忆相关的神经递质。 -氨基丁酸-氨基丁酸(-aminobutylicacid，GABA )是一种抑制性神经递质，分布于大脑皮质的一部分神经元、小脑浦左右野细胞中。 甘氨酸(glycine，Gly )也是抑制性神经递质。 四、嘌呤类胃肠壁内神经丛的部分神经递质可能是三磷酸腺苷(ATP )。 5 .神经肽的一些多肽类也是神经递质，包括催产素、阿片(包括内啡

4、肽、内啡肽、内啡肽等)、胃肠素(胆囊收缩素、胃泌素、葡聚糖等)，以及其他多肽类，例如p物质、神经降压素六、其他可能的神经递质近年来被认为一氧化氮(NO )可能是神经递质，但与经典的生物活性物质和神经递质不同，它们不存在于小气泡中，不像细胞吐出那样释放。 是脂溶性物质，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，并分散作用于突触前的鸟嘌呤环化酶。 一氧化氮在突触可塑性变化、长期增强效果上起逆行信使的作用。 第二节神经递质的合成、储藏、释放和去除。 神经递质的合成和储藏神经递质在神经细胞内合成。 确定神经递质的前提条件之一是细胞是否存在合成这种神经递质的酶系和原材料。

5、乙酰胆碱通过胆碱和乙酰水杨酸a在胆碱-乙酰转移酶的催化下合成，存在于细胞内，因此乙酰胆碱作为神经递质在细胞内合成，被突触小胞吸收和储藏。 其他神经递质也是在细胞内合成的。 二.神经递质的释放首先是神经动作电位到达神经末端，Ca流入突触前膜。 Ca的流入促进了突触小细胞向突触前膜的移动和融合，然后小细胞破裂，把神经递质和其他内容物释放到突触间隙中的过程称为细胞排出作用。 Ca对神经递质的释放起着重要作用，另一方面可降低轴浆粘度，有利于小泡的移动，还可去除突触前膜的负电位，使小泡与突触前膜的接触和融合变得容易。 放出神经递质后残留的小泡膜还可以再利用。全过程分为6个时相(左上方图) :小泡突触接近

6、突触前膜活性带的小泡与突触的致密突起紧密接触，小泡与突触前膜接触融合，融合膜破裂向突触间隙释放神经递质的小泡膜回收再利用。 部分小泡膜在回收后不形成功能小泡，在被溶酶体分解后，通过逆行轴浆输送将细胞体重加工成新的小泡，并以顺行轴浆输送回到神经末端。 三.为了去除神经递质，通常三种方式：被特异的酶直接分解的细胞间液稀释后，进入血液循环被运送到一定地方分解失活的突触前膜吸收再利用。 不同种类的神经递质可以用不同的方法去除，上述一种、两种或三种并用。 第三节神经调质和递质共存的神经调质(neuromodulator )也是神经元产生的化学物质，其功能调节了信息传递的效率，影响了神经递质的效果。 通常

7、，我们在严格区分神经递质和神经调质统称为神经递质两者时，神经递质作用于膜受体后，离子通道开放产生兴奋和抑制效果的化学物质神经调质作用于膜受体后，第二信使的作用释放出膜的兴奋性和其他递质因此，乙酰胆碱、氨基酸类被认为是神经递质，多肽类被认为是神经调质。 近年来还发现，一个神经元中同时存在两种以上的神经递质，它们可同时释放，起到增强突触传递的生理功能的协同作用。 Wonderful！ 第六章离子通道和细胞内钙离子平衡第一节离子通道和信号转导概述，离子通道是神经系统信号转导的基本要素。 产生神经元电信号，调节神经递质的分泌，将细胞外的电刺激、化学刺激、细胞内产生的化学信号转换成电反应。 离子通道的特

8、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敏感性。 因此，可以通过各种刺激来调节通过使不同离子穿过不同通道的膜的流动来实现工作电位的离子通道，在信号的传输中具有很大的灵活性。 近年来，随着膜片钳和分子生物学技术的发展，离子通道的研究发生了革命性的变化，从30年前开始就只认识了少数离子通道，到现在为止发现了数十种不同的离子通道，同种类的离子有很多通道类型。 各种各样的离子通道意味着神经系统中的信号传递比以前的认识更多、更复杂。 离子通道的研究有助于理解复杂信号的产生、传递及其功能作用的基础。 第二节离子通道的基本特性被证明是：1.不同的离子通道是相互独立的实

9、验，各离子都有各自独立的通道，互相不影响。 证据：可以用TTX (河豚毒素)和TEA (四乙烯胺)分离钠、钾电流，用不影响钠、钾电流的具有动力学的链霉素处理神经，影响钠通道的失活，影响钾电流二、通道是空洞的，载流子证据：的通道电阻率低，电导率高，达到10-30pS的载流子不能形成的空穴通常每秒只有107个离子流，通过载体的只有105个温度效应：Q10，每当温度上升时电导率钾电导率Q10约为1.2，离子在水中自由扩散，接近Q10的离子通过人工双脂膜载体时，Q10约为2.4，可通过沟道特性：载体特性、沟道非特性、少量其他离子。另外，关于长隧道效应、离子透过选择性、通道电阻作用等实验现象，空穴比载体

10、更容易说明。 3 .离子通道的化学本质证明，神经膜内存在5种内在蛋白质，通道蛋白质是嵌入脂双分子层的型蛋白质。 证据：用链霉素处理使钠通道失活，效果消失的与羧基结合的试剂影响钠通道与TTX的结合的蛋白质中的与巯基结合的交联剂(重金属离子)作用于神经， 在失去神经兴奋能力的钠通道中有氨基酸残基的发育过程中，通道功能的产生可以用蛋白质抑制剂阻止的简单肽类形成特异性离子通道，如短极菌肽可以形成简单通道。 四.通道对离子透过性的特异性，孔的大小，离子形成氢键的能力，通道内部位相互作用的强度通道对离子透过性的大小，不一定与离子半径的大小绝对相关。 例如，Na直径约为0.19nm，k直径约为0.26nm，

11、k可以通过钠通路，但Na不能通过钾通路，直径最小的h也不能通过钠通路。 直径左右大小的-OH基和-NH2基的化合物可以通过钠路径，而-CH3基的化合物不能通过。 原因：Na通常以水合离子的形式存在，完全脱水需要很大的能量，不能配合管道壁。 Na、Li难以进入钾通道含有-OH基、-NO基、-NH2基等基团的化合物，可以在质子和钠通道内壁上形成带负电的氧原子的氢键，降低化合物的直径，通过钠通道； -CH3基系化合物无法供给质子形成氢键，形成水合分子，存在于难以通过钠通道的钠通道内壁上的负基在酸性时(pH5.2 )有可能失去活性，由于降低了对阳离子的引力，不仅h本身不能透过，而且还可以通过其他阳第三

12、节单通道记录技术膜片钳位技术，膜片钳位技术研究了细胞膜，特别是神经纤维处于活动状态时通过膜通道流动离子电流的现代电生理技术。 像电压钳位一样，包括固定细胞膜两侧的电压和测量产生的沟道电流两者。 该技术的主要方法是将经热研磨的前端微小玻璃管(内径0.5-3.0m )放在细胞膜表面，使其密合，与细胞膜形成低电阻密封。 在适当的条件下吸引微管，与膜更紧密地密封形成g级连接。 此时，微管内部和溶液间的阻抗为g以上，能够通过夹紧的膜片来记录电流(b )，或者在低钙溶液中轻轻地拉伸，使大部分的膜脱离而得到内外膜的记录，(c )被吸引到微管内的小片膜破裂可以制作第四节栅极电流，第一.栅极电流的理论是电压依赖

13、性离子通道在电场的作用下导通和截止的结构像栅极。 通道的开关有电荷转移，称为栅极电流。 根据相关式计算一次打开离子通道时使约6个电子电荷移动的电流。 二、栅极电流记录原理从一系列式导出：总膜电流Im=ICm Ig INa IK ILIL为漏电流，为了记录栅极电流Ig，需要删除Ig以外的项目，ICm可以用电压钳删除，INa、IK可以药理上删除，剩下的INa、IK可以用I 记录方法(右图)在包含低钠和TTX的细胞外溶液中除去钠电流，然后用一个无偏振方波和超偏振方波除去直线成分膜的电容电流，得到Ig。 微管内膜薄片破裂时，如果将微管电极拉到细胞下面，就可以获得外-外膜薄片的记录。 以上4种记录形式各

14、有优缺点，在实际应用中可以根据实验目的和材料进行选择使用。 右图显示了记录大鼠肌肉细胞膜上的钠通道电流的细胞接触式膜片钳的实验装置(a )和实验结果(b )。 用于记录膜电流的放大器的特征：的输出必须是流过隔膜的电流Ip的直接测量值，并且隔膜内部的电位必须等于调整电位VC。 即，当Vc=Vm、Vc为-40mV时，隔膜上的电位被设定为-40mV，隔膜被去极化。 实验结果b表明，隔膜处于正常静定电位时(-70mV )，电极被调整为30mV，膜电位被超极化为-100mV。并且，在电极上持续施加-40mV的去极化方波的时候，看到宽度1-2pA不同间隔宽度的内部电流小脉冲，这是单一钠通道开关的结果。 得

15、到平均通道电流1.6pA、平均通道开放时间0.7ms。 第四节电压依赖性离子通道，一.钠通道，钙通道和钾通道的分子结构钠通道蛋白质是低聚物，分子质量约2.6106的亚单元和约3.5104的亚单元(和1亚基虽然跨越细胞膜，但通过二硫化物结合连接的2露出到膜外(右上图)。 各子单元由4个重复同源域(I-IV )构成(右下图)，各域内有6个跨膜区域(S1-S6 )，其中4个区域(S1、S2、S3和S5 )具有高疏水性，而S4具有父母性结构6区都有足够的长度形成跨膜螺旋。 除了这些膜贯通区，S5-S6间的区域有可能成为成为通路的背面的非螺旋发钉结构。 钙通道的分子结构，钙通道由一个大的一个子单元和两个

16、小的一个子单元紧密地连接，二、子单元稀疏地连接(右上图)。 与钠通道同样，钙通道仅由最大的1个子单元构成。 与1个子单元同样，由4个相同区域(I-IV )构成，在各区域内有6个膜贯通区域(S1-S6，右下图)。 钠和钙通道由四个相同的子单元构成，这些子单元可能包围离子通道，但这些子单元不是独立的蛋白质，而是长多肽链中的四个域。 如果这些域是相同结构的话，各域的跨膜段必须是偶数。 否则，不同区域在膜上的方向是相反的。 在钾通道的分子结构中，果蝇Shaker基因编码的约7104种蛋白质构成钾通道，其结构与钠、钙通道四个子单元中的一个域相似。 其蛋白质序列有6个形成跨膜螺旋的相对疏水段，而且第4段与

17、钠通道的第S4段相同，其中一个序列中氨基酸每隔2个有一个赖氨酸或精氨酸。 但是，氨基酸序列的分析中，除了S4段序列的周围，Shaker蛋白与钠和钙通道蛋白几乎没有同源性。 果蝇Shaker基因有5种不同的产物，而且果蝇Shab、Shaw和Shal3基因的产物也与Shaker蛋白质相似，因此可以编码钾通道。 由此，不同的转印形成了相同的低聚物通道和不同的低聚物通道，并且产生了钾通道的多样性。 电依赖性信道的S4级可以是电压感受器，根据Hodgkin-Huxley的双通道模型，信道的栅极过程必然伴随膜内电荷的移动。 在电压激活的钠通道中，栅极电流需要6e-的移动来打开通道的门。 但是，如此必要的能

18、量问题无法解决，蛋白质片段的跨膜移动更加困难。 因此，基于S4段的结构提出了新的解释。 在S4段，每2个氨基酸中，带有正电荷的碱性氨基酸赖氨酸或精氨酸在螺旋段的外侧形成螺旋状排列的正电荷(下图)。 每个正电荷都和相邻的螺旋负电荷成对排列。的. 正常静定电位时，细胞外侧的正电位维持着S4螺旋稳定的结构。 如果细胞外的正电荷减少(去极化)，维持膜内螺旋的力减少，螺旋旋转，结果，各个电荷移动到相邻的电荷位置，再次成为稳定状态。 该旋转的净效果是将膜内的S4螺旋的电荷转移到膜的外侧。 因此，一个电荷的移动不需要蛋白质的跨膜运动，发生于螺旋旋转60，蛋白质的净移动仅为0.6nm。 为了打开钠和钾通道的门，大约需要6个电荷转移。 实验证明，S5和S6之间的非螺旋部形成钾通道的衬里，钾通道的S5和S6之间的区域形成非螺旋的发夹结构，该结构形成钾通道的衬里。 该结构形成了更长的折叠，而不是形成两个特性：基于疏水区域的许多模型中位于细胞外而不是膜内的螺旋结构。 钾通道的TEA药理学实验证明，如果不从膜内给药，TEA就不能阻断钾通道，即使从膜外给药也不能发挥作用。在Shaker钾通道中，S5和S6之间的431个部位的天