第5章 神经化学和神经药理学基础(一)
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•低等动物防御反应 低等动物防御反应 •对脑发育和成熟 对脑发育和成熟
2011-4-11
•胶质细胞互换信息 胶质细胞互换信息
6
5.1.3 化学突触
以轴突末梢释放特殊的化学物质 来完成突触传递的方式
1. 化学突触的解剖结构 ① 突触前膜 nm，递质、 7.5 nm，递质、受体 ② 突触间隙
20～ nm，粘多糖、糖蛋白、 20～30 nm，粘多糖、糖蛋白、 水解酶
2011-4-11
12
特点
(1)单向传递 单向传递 (2)突触延搁（0.5 ms） 突触延搁（ 突触延搁 ） (3)总和 总和 (4)对内环境变化的敏感性 对内环境变化的敏感性 (5)对某些药物敏感 对某些药物敏感 2011-4-11
13
2. 突触前膜去极化和 2＋的内流 突触前膜去极化和Ca ＋
2）七次跨膜α螺旋受体 ）七次跨膜 螺旋受体 2）七次跨膜 螺旋受体 螺旋受体, ）七次跨膜α螺旋受体 G蛋白偶联受体（G protein coupled receptor） 蛋白偶联受体（ 蛋白偶联受体 ） 蛇型受体（ 蛇型受体（serpentine receptor） ） 特征
次跨膜； ①一条肽链，7次跨膜；N 一条肽链， 次跨膜 端在膜外，糖修饰, 端在膜外，糖修饰 亲水性 氨基酸组成 ②跨膜部分为α螺旋结构， 跨膜部分为α螺旋结构， 疏水 端在胞内， ③ C端在胞内，为与效应 端在胞内 器偶联的部位或本身的效 2011-4-11 应部位
③ 突触后膜
受体、 受体、离子通道
2011-4-11 7
2. 突触前膜（presynaptic membrane） 突触前膜（ ） 信号整合区
突触终扣（ 突触终扣（synaptic button） ） 致密突起（ 致密突起（dense projection） ） 网格（ 网格（grid） ） 突触囊泡，突触小泡（synaptic vesicle） 突触囊泡，突触小泡（ ）
特征： 特征：颗粒和细丝
2011-4-11 10
5.1.4 突触传递
synaptic transmission ①突触前神经元：电信号－→化学信号 突触前神经元： 信号－ 化学信号 ②突触间隙：化学物质－→突触后神经元 突触间隙：化学物质－ 突触后神经元 物质 ③突触后神经元：化学信号－→电信号 突触后神经元：化学信号－ 电
七次跨膜α螺旋受体结构 七次跨膜 螺旋受体结构
29
受体和各种效应器 通道） （酶、通道）之间 的通过G蛋白偶联 的通过 蛋白偶联
G蛋白 能结合并水解三磷酸鸟苷，且其功能也受 蛋白: 能结合并水解三磷酸鸟苷， 蛋白 GTP-GDP转化的调节 转化的调节
2011-4-11
神经生物学
2011-4-11
1
第
5
章
神经化学与神经药理学基础
神经化学（ 神经化学（neurochemistry） ） 神经活动中化学物质释放和作用规律 神经药理学（ 神经药理学（neuropharmacology） ） 药物和内源性活性物质对神经系统的作用 共同基础： 共同基础： 突触和受体 药物作用的胞内信息传递 神经递质和调质的作用 -------
2011-4-11
8
特征： 特征：大量突触囊泡
3. 突触间隙 (synaptic cleft)
约 20 nm
含电子致密物质
2011-4-11 9
4. 突触后膜（postsynaptic membrane） 突触后膜（ ） 含多种特异的蛋白质，主要是受体蛋白、 含多种特异的蛋白质，主要是受体蛋白、通道 受体蛋白 蛋白，还有一些能分解神经递质使之失活的酶类 酶类。 蛋白，还有一些能分解神经递质使之失活的酶类。
融合方式
吻了就跑 （kiss-and-run） ） 全融合
2011-4-11
18
5. 参与胞吐作用的相关蛋白 （1）突触囊泡膜蛋白 ）
突触蛋白、突触小泡蛋白、 突触蛋白、突触小泡蛋白、突触结合 蛋白、 蛋白、囊泡整合蛋白家族等
Synapsin
（2）突触前膜蛋白质 ）
突触融合蛋白、突触小体相关蛋白 、 突触融合蛋白、突触小体相关蛋白-25、 生长相关蛋白-43等 生长相关蛋白 等
兴奋性突触后电位 (EPSP) 抑制性突触后电位 (IPSP) 2011-4-11
A typical mammalian neuron in the cortex may be in synaptic contact with 100-1000 other neurons
20
突触整合（ 突触整合（synaptic integration）： ）：
2011-4-11
轴突始段
22
5.1.6 突触可塑性 （synaptic plasticity） ）
突触可塑性 包括突触传递 指化学性突触传递效能的改变 ，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 两方面， 增强和突触传递减弱两方面，表现为突触后膜上电 反应的增强或减弱 的增强或减弱。 反应的增强或减弱
受体的基本特征 1）饱和性 2）特异性 3）可逆性 ） ） ） 4）亲和性 5）区域分布性 ） ） 受体的分类、 受体的分类、命名及分子结构 环状受体 细胞膜受体 胞膜受体 七次跨膜α螺旋受体 七次跨膜 螺旋受体 一次跨膜螺旋受体 胞内受体 细胞内受体
2011-4-11
27
1）环状受体, 配体门控离子通道 ）环状受体 （ligand-gated ion channel） ） 特征
（3）胞液中的蛋白质 ）
n-SecⅠ、 N 乙基马来酰亚胺敏感因子、 Ⅰ 乙基马来酰亚胺敏感因子、 2011-4-11 可溶性NSF附着蛋白 可溶性 附着蛋白
19
GAP-43 (green)
5.1.5 突触整合（synaptic integration） ）
突触整合: 突触整合 神经元将各种传入冲动引 起的突触后反应进行空间 起的突触后反应进行空间 和时间的总和， 和时间的总和，最终决定 是否输出动作电位的过程。 是否输出动作电位的过程。
2011-4-11 25
5.2 神经系统信号转导
指神经递质、神经调质、激素、 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 功能改变的过程。 功能改变的过程。
受体（ 受体（receptor）: 存在于细胞膜或细胞内的生物大分子（糖 ） 存在于细胞膜或细胞内的生物大分子（ 蛋白或脂蛋白），能够特异性地识别和结合有生物活性的化学 蛋白或脂蛋白），能够特异性地识别和结合有生物活性的化学 ）， 2011-4-11 26 信号物质，启动一系列信号转导，产生相应的生物效应。 信号物质，启动一系列信号转导，产生相应的生物效应。
• 不是突触电位简单的代数和 • 是突触处被激活的电导和离子流的对抗作用 • 受突触电位在神经元树突分支上几何位置的影响 • 是脑最基本功能活动的本质
2011-4-11
21
1.突触整合的简单形式 突触整合的简单形式 时间总和 总和 空间总和 2. 突触整合的关键部位 轴突始段（ 轴突始段（axon initial segment） ） 即动作电位的触发区
2011-4-11
2
5.1 突触结构与传递
5.1.1 概述
突触：一个神经元与另一个神经元、肌细胞、 突触：一个神经元与另一个神经元、肌细胞、腺 细胞以及其他效应器细胞或感受器细胞等紧密接 触并形成特殊结构的功能接触部位 功能接触部位。 触并形成特殊结构的功能接触部位。
2011-4-11
3
分类
轴突-树突型 轴突 树突型 轴突-胞体型 轴突 胞体型 轴突-轴突型 轴突 轴突型 胞体 胞体型 树突 树突型
个跨膜亚单位聚集， ①由4～5个跨膜亚单位聚集，构成 ～ 个跨膜亚单位聚集 中央水相孔洞 ②每个亚单位一般具有2～4个由疏 每个亚单位一般具有 ～ 个由疏 水氨基酸组成的跨膜α螺旋区段 水氨基酸组成的跨膜 螺旋区段 ③每个亚单位都有一个较大的细胞 外N端，上面有特异性配体结合的部 端 位。
2011-4-11 28
根据电反应持续时间： 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
2011-4-11 23
Typical LTP graph, obtained from the CA1 region of the hippocampus
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， 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） 在短时间内（数十毫秒到数十分钟）突触前或突 触后反应的增强或减弱。 触后反应的增强或减弱。 突触易化（ 突触易化（synaptic facilitation） ） 强直后增强（ 强直后增强（posttetanic potentiation, PTP） ） 突触抑制（ 突触抑制（synaptic depression） ）
按接触部位
化学性突触 按结构和机制 电突触 按照传递性质
2011-4-11
兴奋性突触 抑制性突触
4
5.1.2 电突触
1. 缝隙连接（gap junction） 缝隙连接（ ）
• 细胞间惟一能直接进行信息和物质交换的通道。 细胞间惟一能直接进行信息和物质交换的通道。 直接进行信息和物质交换的通道 • 由相邻细胞膜上的两个连接子（connexon）相互锚定而成 由相邻细胞膜上的两个连接子（ ）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 六个连接蛋白（ 六个连接蛋白 ）排列成六角形，中央有一直径约1.5 nm 亲水性孔道。 的孔形成了连接两细胞的亲水性孔道 的孔形成了连接两细胞的亲水性孔道。
2011-4-11
11
1. 化学突触的传递过程和特点 化学突触的传递过程和特点
过程
①Ca2+内流进入突触前膜 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， 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 递质激活突触后膜 蛋白 偶联受体 ⑤⑥⑦递质作用于突触前膜 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突触囊泡的形成 ⑩其它囊泡释放
2011-4-11
16
4. 量子释放与胞吐作用 量子释放（ 量子释放（quantal release） ） 胞吐（ 胞吐（exocytosis） ）
①去极化
＋ ②Ca2＋内流
③泊靠 ④融合、卸货 融合、 ⑤胞饮、再填充 胞饮、
2011-4-11 17
量子释放的基础：一个囊泡， 最小包装” 量子释放的基础：一个囊泡，“最小包装”
2011-4-11
5
• 在体内有较广泛的分布，发育期超过发育成熟后 在体内有较广泛的分布， • 神经系统中主要存在于胶质细胞之间 • 分子量低于 KD或直径小于 分子量低于1 或直径小于1.5 nm的物质可通过缝隙连接 或直径小于 的物质可通过缝隙连接
2. 电突触的作用 功能意义： 功能意义：使神经元形成同步化活动
2011-4-11
14
3. 突触前递质释放 以胞吐（ 以胞吐（exocytosis）的形式释放神经递质 ） 以胞吞（ 以胞吞（endocytosis）的方式进行再生 ）
2011-4-11
Leabharlann Baidu
15
Endocytosis and exocytosis
兴奋-分泌耦合（ 兴奋 分泌耦合（excitation-secretion coupling） 分泌耦合 ） 神经递质在突触前细胞发生冲动（动作电位） 神经递质在突触前细胞发生冲动（动作电位） 去极化转化成神经 时，钙离子通道负责将去极化转化成神经递质的释 钙离子通道负责将去极化转化成神经递质的释 放。
24
三 种 形 式
2011-4-11
2. 长时程突触可塑性 可以持续数小时乃至数周的突触活动的增强 与抑制现象，分别被称为LTP和LTD 。 与抑制现象，分别被称为 和 LTP(long term potentiation)：突触前末梢受到强 ： 直刺激后， 直刺激后，突触后神经元出现的一种突触后电位持 续性增强的现象。 续性增强的现象。 LTD（long term depression ） （ 突触传递效应持续性下降的一种现象， 突触传递效应持续性下降的一种现象，小脑皮层 是产生LTD的重要部位之一。 的重要部位之一。 是产生 的重要部位之一
2011-4-11
•胶质细胞互换信息 胶质细胞互换信息
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5.1.3 化学突触
以轴突末梢释放特殊的化学物质 来完成突触传递的方式
1. 化学突触的解剖结构 ① 突触前膜 nm，递质、 7.5 nm，递质、受体 ② 突触间隙
20～ nm，粘多糖、糖蛋白、 20～30 nm，粘多糖、糖蛋白、 水解酶
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特点
(1)单向传递 单向传递 (2)突触延搁（0.5 ms） 突触延搁（ 突触延搁 ） (3)总和 总和 (4)对内环境变化的敏感性 对内环境变化的敏感性 (5)对某些药物敏感 对某些药物敏感 2011-4-11
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2. 突触前膜去极化和 2＋的内流 突触前膜去极化和Ca ＋
2）七次跨膜α螺旋受体 ）七次跨膜 螺旋受体 2）七次跨膜 螺旋受体 螺旋受体, ）七次跨膜α螺旋受体 G蛋白偶联受体（G protein coupled receptor） 蛋白偶联受体（ 蛋白偶联受体 ） 蛇型受体（ 蛇型受体（serpentine receptor） ） 特征
次跨膜； ①一条肽链，7次跨膜；N 一条肽链， 次跨膜 端在膜外，糖修饰, 端在膜外，糖修饰 亲水性 氨基酸组成 ②跨膜部分为α螺旋结构， 跨膜部分为α螺旋结构， 疏水 端在胞内， ③ C端在胞内，为与效应 端在胞内 器偶联的部位或本身的效 2011-4-11 应部位
③ 突触后膜
受体、 受体、离子通道
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2. 突触前膜（presynaptic membrane） 突触前膜（ ） 信号整合区
突触终扣（ 突触终扣（synaptic button） ） 致密突起（ 致密突起（dense projection） ） 网格（ 网格（grid） ） 突触囊泡，突触小泡（synaptic vesicle） 突触囊泡，突触小泡（ ）
特征： 特征：颗粒和细丝
2011-4-11 10
5.1.4 突触传递
synaptic transmission ①突触前神经元：电信号－→化学信号 突触前神经元： 信号－ 化学信号 ②突触间隙：化学物质－→突触后神经元 突触间隙：化学物质－ 突触后神经元 物质 ③突触后神经元：化学信号－→电信号 突触后神经元：化学信号－ 电
七次跨膜α螺旋受体结构 七次跨膜 螺旋受体结构
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受体和各种效应器 通道） （酶、通道）之间 的通过G蛋白偶联 的通过 蛋白偶联
G蛋白 能结合并水解三磷酸鸟苷，且其功能也受 蛋白: 能结合并水解三磷酸鸟苷， 蛋白 GTP-GDP转化的调节 转化的调节
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神经生物学
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第
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章
神经化学与神经药理学基础
神经化学（ 神经化学（neurochemistry） ） 神经活动中化学物质释放和作用规律 神经药理学（ 神经药理学（neuropharmacology） ） 药物和内源性活性物质对神经系统的作用 共同基础： 共同基础： 突触和受体 药物作用的胞内信息传递 神经递质和调质的作用 -------
2011-4-11
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特征： 特征：大量突触囊泡
3. 突触间隙 (synaptic cleft)
约 20 nm
含电子致密物质
2011-4-11 9
4. 突触后膜（postsynaptic membrane） 突触后膜（ ） 含多种特异的蛋白质，主要是受体蛋白、 含多种特异的蛋白质，主要是受体蛋白、通道 受体蛋白 蛋白，还有一些能分解神经递质使之失活的酶类 酶类。 蛋白，还有一些能分解神经递质使之失活的酶类。
融合方式
吻了就跑 （kiss-and-run） ） 全融合
2011-4-11
18
5. 参与胞吐作用的相关蛋白 （1）突触囊泡膜蛋白 ）
突触蛋白、突触小泡蛋白、 突触蛋白、突触小泡蛋白、突触结合 蛋白、 蛋白、囊泡整合蛋白家族等
Synapsin
（2）突触前膜蛋白质 ）
突触融合蛋白、突触小体相关蛋白 、 突触融合蛋白、突触小体相关蛋白-25、 生长相关蛋白-43等 生长相关蛋白 等
兴奋性突触后电位 (EPSP) 抑制性突触后电位 (IPSP) 2011-4-11
A typical mammalian neuron in the cortex may be in synaptic contact with 100-1000 other neurons
20
突触整合（ 突触整合（synaptic integration）： ）：
2011-4-11
轴突始段
22
5.1.6 突触可塑性 （synaptic plasticity） ）
突触可塑性 包括突触传递 指化学性突触传递效能的改变 ，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 两方面， 增强和突触传递减弱两方面，表现为突触后膜上电 反应的增强或减弱 的增强或减弱。 反应的增强或减弱
受体的基本特征 1）饱和性 2）特异性 3）可逆性 ） ） ） 4）亲和性 5）区域分布性 ） ） 受体的分类、 受体的分类、命名及分子结构 环状受体 细胞膜受体 胞膜受体 七次跨膜α螺旋受体 七次跨膜 螺旋受体 一次跨膜螺旋受体 胞内受体 细胞内受体
2011-4-11
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1）环状受体, 配体门控离子通道 ）环状受体 （ligand-gated ion channel） ） 特征
（3）胞液中的蛋白质 ）
n-SecⅠ、 N 乙基马来酰亚胺敏感因子、 Ⅰ 乙基马来酰亚胺敏感因子、 2011-4-11 可溶性NSF附着蛋白 可溶性 附着蛋白
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GAP-43 (green)
5.1.5 突触整合（synaptic integration） ）
突触整合: 突触整合 神经元将各种传入冲动引 起的突触后反应进行空间 起的突触后反应进行空间 和时间的总和， 和时间的总和，最终决定 是否输出动作电位的过程。 是否输出动作电位的过程。
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5.2 神经系统信号转导
指神经递质、神经调质、激素、 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 功能改变的过程。 功能改变的过程。
受体（ 受体（receptor）: 存在于细胞膜或细胞内的生物大分子（糖 ） 存在于细胞膜或细胞内的生物大分子（ 蛋白或脂蛋白），能够特异性地识别和结合有生物活性的化学 蛋白或脂蛋白），能够特异性地识别和结合有生物活性的化学 ）， 2011-4-11 26 信号物质，启动一系列信号转导，产生相应的生物效应。 信号物质，启动一系列信号转导，产生相应的生物效应。
• 不是突触电位简单的代数和 • 是突触处被激活的电导和离子流的对抗作用 • 受突触电位在神经元树突分支上几何位置的影响 • 是脑最基本功能活动的本质
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1.突触整合的简单形式 突触整合的简单形式 时间总和 总和 空间总和 2. 突触整合的关键部位 轴突始段（ 轴突始段（axon initial segment） ） 即动作电位的触发区
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5.1 突触结构与传递
5.1.1 概述
突触：一个神经元与另一个神经元、肌细胞、 突触：一个神经元与另一个神经元、肌细胞、腺 细胞以及其他效应器细胞或感受器细胞等紧密接 触并形成特殊结构的功能接触部位 功能接触部位。 触并形成特殊结构的功能接触部位。
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分类
轴突-树突型 轴突 树突型 轴突-胞体型 轴突 胞体型 轴突-轴突型 轴突 轴突型 胞体 胞体型 树突 树突型
个跨膜亚单位聚集， ①由4～5个跨膜亚单位聚集，构成 ～ 个跨膜亚单位聚集 中央水相孔洞 ②每个亚单位一般具有2～4个由疏 每个亚单位一般具有 ～ 个由疏 水氨基酸组成的跨膜α螺旋区段 水氨基酸组成的跨膜 螺旋区段 ③每个亚单位都有一个较大的细胞 外N端，上面有特异性配体结合的部 端 位。
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根据电反应持续时间： 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
2011-4-11 23
Typical LTP graph, obtained from the CA1 region of the hippocampus
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， 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） 在短时间内（数十毫秒到数十分钟）突触前或突 触后反应的增强或减弱。 触后反应的增强或减弱。 突触易化（ 突触易化（synaptic facilitation） ） 强直后增强（ 强直后增强（posttetanic potentiation, PTP） ） 突触抑制（ 突触抑制（synaptic depression） ）
按接触部位
化学性突触 按结构和机制 电突触 按照传递性质
2011-4-11
兴奋性突触 抑制性突触
4
5.1.2 电突触
1. 缝隙连接（gap junction） 缝隙连接（ ）
• 细胞间惟一能直接进行信息和物质交换的通道。 细胞间惟一能直接进行信息和物质交换的通道。 直接进行信息和物质交换的通道 • 由相邻细胞膜上的两个连接子（connexon）相互锚定而成 由相邻细胞膜上的两个连接子（ ）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 六个连接蛋白（ 六个连接蛋白 ）排列成六角形，中央有一直径约1.5 nm 亲水性孔道。 的孔形成了连接两细胞的亲水性孔道 的孔形成了连接两细胞的亲水性孔道。
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1. 化学突触的传递过程和特点 化学突触的传递过程和特点
过程
①Ca2+内流进入突触前膜 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， 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 递质激活突触后膜 蛋白 偶联受体 ⑤⑥⑦递质作用于突触前膜 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突触囊泡的形成 ⑩其它囊泡释放
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4. 量子释放与胞吐作用 量子释放（ 量子释放（quantal release） ） 胞吐（ 胞吐（exocytosis） ）
①去极化
＋ ②Ca2＋内流
③泊靠 ④融合、卸货 融合、 ⑤胞饮、再填充 胞饮、
2011-4-11 17
量子释放的基础：一个囊泡， 最小包装” 量子释放的基础：一个囊泡，“最小包装”
2011-4-11
5
• 在体内有较广泛的分布，发育期超过发育成熟后 在体内有较广泛的分布， • 神经系统中主要存在于胶质细胞之间 • 分子量低于 KD或直径小于 分子量低于1 或直径小于1.5 nm的物质可通过缝隙连接 或直径小于 的物质可通过缝隙连接
2. 电突触的作用 功能意义： 功能意义：使神经元形成同步化活动
2011-4-11
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3. 突触前递质释放 以胞吐（ 以胞吐（exocytosis）的形式释放神经递质 ） 以胞吞（ 以胞吞（endocytosis）的方式进行再生 ）
2011-4-11
Leabharlann Baidu
15
Endocytosis and exocytosis
兴奋-分泌耦合（ 兴奋 分泌耦合（excitation-secretion coupling） 分泌耦合 ） 神经递质在突触前细胞发生冲动（动作电位） 神经递质在突触前细胞发生冲动（动作电位） 去极化转化成神经 时，钙离子通道负责将去极化转化成神经递质的释 钙离子通道负责将去极化转化成神经递质的释 放。
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三 种 形 式
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2. 长时程突触可塑性 可以持续数小时乃至数周的突触活动的增强 与抑制现象，分别被称为LTP和LTD 。 与抑制现象，分别被称为 和 LTP(long term potentiation)：突触前末梢受到强 ： 直刺激后， 直刺激后，突触后神经元出现的一种突触后电位持 续性增强的现象。 续性增强的现象。 LTD（long term depression ） （ 突触传递效应持续性下降的一种现象， 突触传递效应持续性下降的一种现象，小脑皮层 是产生LTD的重要部位之一。 的重要部位之一。 是产生 的重要部位之一