突触电位和突触整合

二. 生物胺类 ㈠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。
㈡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。
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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，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。
第三节 单通道记录技术－膜片钳技术 膜片钳(patch clamp)技术用于研究细胞膜, 特别是在神经纤维 处于活动状态时通过膜通道离子电流的一种现代电生理技术。像 电压钳(voltage clamp)一样, 包括固定 细胞膜两边的电压和测量所产生的 通道电流两部分。此技术主要方法 是，将经热抛光尖端的微玻璃管( 内径0.5-3.0μm)置于细胞膜表面并 与之紧密接触, 与细胞膜形成一个 低阻密封。在适宜条件下轻吸微管, 使之与膜更紧密封形成GΩ级的连 接。此时微管内部与溶液间的阻抗 达GΩ或更高, 这样就能记录到通过 被钳住膜片上的电流(B); 或在低钙 溶液中轻拉, 使大部分膜脱离而得到 内-外膜片记录(C); 如果吸至微管内 的小片膜破裂, 可做全细胞记录(D);
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素ii等
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。
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，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)： ①突触小泡靠近突触前膜活性带; ② 小泡贴靠突触致密突起; ③小泡与突 触前膜接触并融合; ④融合膜破裂向 突触间隙释放神经递质; ⑤小泡膜并 入突触前质膜; ⑥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。
㈢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。
㈣5-羟色胺
5-羟色胺(serotonin, 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。
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: ①可用TTX(河豚毒素)和TEA(四乙胺）分离钠、钾电流而互不影响 ②钠、钾电流具有不同的动力学； ③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: ①通道电阻率很低, 电导很高, 达到10-30pS; 载体不可能做到; ②孔洞允许离子流动一般每秒107个, 而通过载体只有105个; ③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; 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. 神经递质的清除 通常有三种方式: ⑴由特异的酶直接分解; ⑵被细胞间液稀释后, 进入血液循环带到一定场所分解失活; ⑶被突触前膜吸收后再利 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。
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
㈠钠通道的分子结构 钠通道蛋白是一个寡聚体，它由一个分子质量约2.6×106的α 亚单位和两个约3.5 ×104的小亚单位(β1和β2)组成。 α和β1亚 单位横跨细胞膜, 而与α以二硫键相连的β2则暴露于膜外(右上 图)。每一个α 亚单位由4个重复的同源域(I-IV)组 成(右下图), 每一个域内有6个跨膜区(S1-S6), 其中4个区(S1, S2, S3和S5)具有高度的疏水性, 而S4则具有双亲性结构, 带正电荷, S4中每隔 两个氨基酸就有一个精氨酸或赖氨酸。6个区 都有足够的长度形成跨膜的 α 螺旋。 除了这些跨膜区以外，S5-S6之间的 区域可能形成作为通道衬里的非螺旋 发夹结构。
三. 氨基酸类 ㈠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。 ㈡γ-氨基丁酸 γ-氨基丁酸(γ- 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。 ㈢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(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。
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: ①Na+通常以水合离子形式存在, 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; ②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； ③钠通道内壁存在负性基团在酸性时(pH<5.2)可能丧失活 性, 从而降低其对阳离子的引力, 因而H+不但本身不能 通透, 还会抑制其它阳离子通透。
㈡钙通道分子结构 钙通道由一个大的α1 亚单位与两个较小的 β, γ 亚单位紧密相连, 并与α2, δ 亚单位疏松连接(右上图)。与钠通道相同，钙通道仅 由最大的α1亚单位构成。 α1与α亚单位一样，由4个同源域 (I-IV)组成, 每一个域内有6个跨膜 区(S1-S6, 右下图)。钠和钙通道都 是由4个同源的亚单位组成,这4个亚 单位可能围成离子通道,只是这些亚 单位不是独立的蛋白质, 而是一条 很长的多肽链中的4个域。如果这些 域是同源结构, 那么每 个域中的跨膜段必须是 偶数, 否则不同域在膜 上的方向是相反的。
第四节 门控电流
一. 门控电流的理论依据 电压依赖性离子通道在电场作用下开启和 关闭的结构像闸门一样。通道的开关有电 荷移动, 称为门控电流。根据相关公式计算 打开一次离子通道大约需要移动6个电子电 荷的电流。 二. 门控电流的记录 ㈠记录原理 根据一系列公式推导得出: 总膜电流 Im=ICm+Ig+INa+IK+IL IL为漏电流, 为了记录门控电流Ig需消除Ig 以外各项, ICm可在电压钳位下消除, INa, IK可用药理方法消除, 剩下的即Ig。 ㈡记录方法(右图): 在低钠并含TTX的胞外溶液中, 消除钠电 流; 然后先用一个去极化方波, 再用一个超 极化方波消除线性成分膜电容电流, 得出Ig。
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α 型蛋白质. 证据: ① 用链霉蛋白酶处理使钠通道失活,效应消失; ②一些与羧基结合的试剂影响钠通道对TTX的结合; 而一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; ③钠通道中有氨基酸残基; ④发育过程中通道功能的产生可用蛋白质抑制剂 阻止; ⑤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。
在微管内膜片破裂的情况下, 将微电极往细胞下方拉, 则得到外外膜片记录。以上四种记录形式各有优缺点, 实际应用中可根据 实验目的和材料选择使用。 右图示记录大白鼠肌肉细胞膜上钠通道 电流的细胞接触式膜片钳的实验装置(A)和 实验结果(B)。记录膜电流的放大器特点:① 输出必须是流过膜片电流Ip的直接测量值; ②膜片内部的电位必须与调定电位VC相等。 即Vc=Vm，当Vc调至-40mV, 膜片上的电位 就被定在-40mV, 膜片被去极化。 实验结果B示当膜片处于正常静息电位时 (-70mV), 电极调至+30mV, 膜电位超极化至 -100mV。然后将-40mV去极化方波加于电 极持续23ms，期间可见幅度1-2pA具有不同 间隔宽度的内向电流小脉冲，此为单个钠通 道开关的结果。得出平均通道电流1.6pA, 平 均通道开放时间0.7ms。
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。 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