神经生物学课件chapter3.ppt

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1、Chapter 3. Synaptic Transmission 神经元间的信号传递 -突触传递,一.研究简史： 二.突触的类型： 三.突触的结构： 四.递质和内源性活性物质 五.信号在突触间的传递过程及调节： 六.化学性突触的整合功能 七.突触的可塑性,synapse： 神经元之间的联系仅是彼此接触，胞质并不沟通。 人脑有1011神经元，1个神经元大约有1000个突触。 是一个神经元的末梢和另一神经元的树突或胞体的接触部位。以及神经元与效应器，感受器细胞与神经元之间信号传递的接点。 retina: 1:1 synapse; pyramidal cell: 250 Inhibitory on

2、cell body; 10000 Excitatory on axondendritic synapses Motor neuron: 2000 Purkinje cell: 10 billion,突触的概念,神经原与神经原之间相互接触并传递信息的部位。由突触前膜、突触间隙和突触后膜构成。,一.研究简史,1888,Ramon Y.Cajal,神经元间信息流通的接点 1897,Sherringtong，首先引入SYNAPSE一词 1870,Du Bois Remond，首先推论神经肌肉接头处可能是电传递，也可能是化学传递 1930-1947，电镜技术的应用，证实了化学性突触的结构，使神经元学说得

3、到了普遍承认 1964，Eccles，神经元间依靠电传递 Dale,神经元间依靠化学物质传递；一个神经元的所有末梢释放同一种化学物质 电性突触的发现,二.突触的类型,1.按接触部位： 轴树性突触，轴体性突触，轴轴性突触 树树性突触，树体性突触，树轴性突触 2.按传递方式： 化学性突触，电性突触，非典型性化学性突触，混合性 3.按信息传递方向： 交互型，串联型，并联型，复合型（小球型）,二.突触的类型,4.按突触间隙的宽窄和突触囊泡的大小 Gray I,间隙30nm，囊泡直径30-60m,兴奋性突触 Gray II,间隙20nm，囊泡直径10-30m,抑制性突触 5.按传递信息的性质 兴奋性突触

4、，释放兴奋性递质，产生兴奋性突触后电位 抑制性突触，释放抑制性递质，产生抑制性突触后电位,三.突触的结构,（一）化学性突触（chemical synapse） 1.中枢神经系统内的化学性突触 2. 非典型性化学性突触 3.神经肌肉接头的结构 （二）电性突触（electrical synapse） （三）混合性突触（）,四.递质和内源性活性物质,（一）关于神经递质的研究概况 （二）鉴定递质的条件 （三）各经典递质和内源活性物质的合成、储存、释放、灭活 （四）递质共存和共释放,五.信号在突触间的传递过程及调节,（一）化学性突触（chemical synapse） 1.中枢内的化学性突触（chemi

5、cal synapse） 2.非突触性化学性传递 3.神经肌肉接头的结构 （二）电性突触（electrical synapse） （三） 突触的可塑性（Synaptic plasticity） （四）chemical synapse and electrical synapse diversity,(二)电性突触（ electrical synapse） structure： gap junctions; connexons property：abdominal nerve cord Furshpan的实验 螯虾的腹神经索 内侧巨纤维 外侧巨纤维与每个腹神经节发出的运动巨纤维（腹神经节发出的）

6、形成巨突触，电突触为单向兴奋性的电突触。突触延搁很小， 或无（0.1-0.2ms）,Electrical synapse：nervous system，cardiac muscle,smooth muscle and liver。 其广泛存在与鱼类，鸟类，哺乳类动物。 电镜发现：哺乳类动物的大脑皮层感觉区星状cell,小脑皮层蓝细胞与星状细胞，视网膜水平细胞与双极细胞，嗅球的僧帽细胞均存在着电突触。 Function：in excitable cell:电突触双向快速传递，传递空间减少，则传递更有效，突触灵活性增加，有利于机能相似的细胞进行同步活动。低电阻通路还可调节细胞间小分子量物质的转移。

7、而细胞间的化学突触传递易于受到代谢障碍的明显影响，而电突触具有较大的耐受力。 in nonexcitable cell:它是和生长代谢的控制，胚胎的发育及分化等现象有关。它可运输某些代谢产物和营养物质。,1.中枢内的化学性突触（chemical synapses） Morphology of chemical synapses Presynaptic membrane:vesicle;dense projections;active zone Synaptic cleft Postsynaptic membrane: Postsynaptic density,Excitatory postsy

8、nptic potentials (EPSP) Inhibitory postsynptic potentials (IPSP) Similar properties except for their inhibitory or excitatory. EPSP a, recorded from cell body;the activation of several synapses; b, a short delay of 0.5-1ms between stimulating afferents and the EPSP; c, small and grade(1-8mV) dependi

9、ng on the number of afferent fibres; d, last time depending on different molecules. glumate Na+, K+的膜电导暂时升高 IPSP A, GABAergic synapses B, 后膜对K+、CI-的离子电导升高。 EPSP and IPSP 由于突触前末梢释放的递质对于突触后膜通透性 的影响不同， 25 sensory neurons -EPSP-10 mv active potential.,小结 化学性突触信息传递的过程,化学性突触处的兴奋性信息传递过程,当神经冲动传到轴突末,膜Ca2通道开放

10、，膜外Ca2向膜内流动,突触前膜内囊泡移动、融合、破裂，囊泡中兴奋性递质释放,神经递质与突触后膜上的受体结合，受体蛋白分子构型改变,突触后膜Na、K 离子通道开放(尤其是Na)通透性,突触后膜去极化兴奋性突触后电位（EPSP）,EPSP电紧张性扩布至突触后膜周围细胞膜,去极化达到阈电位,突触后神经元爆发动作电位,化学性突触处的抑制信息传递过程,当神经冲动传到轴突末,膜Ca2通道开放，膜外Ca2向膜内流动,突触前膜内囊泡移动、融合、破裂，囊泡中抑制性递质释放,神经递质与突触后膜上的受体结合，受体蛋白分子构型改变,突触后膜氯 离子通道开放，膜对氯通透性,突触后膜超极化抑制性性突触后电位（IPSP）

11、,IPSP电紧张性扩布至突触后膜周围细胞膜,超极化,突触后神经元产生抑制,3.NM接头处的兴奋传递,1）N-M接头 （运动终板）的 结构： 接头（终板）前膜 接头（终板）间隙 接头（终板）后膜。,接头间隙,运动神经末梢神经肌肉接头,2）N-M接头处的兴奋传递过程,当神经冲动传到轴突末,膜Ca2通道开放，膜外Ca2向膜内流动,接头前膜内囊泡移动、融合、破裂，囊泡中ACh释放(量子释放),ACh与终板膜上的N2受体结合，受体蛋白分子构型改变,终板膜对Na、K (尤其是Na)通透性,终板膜去极化终板电位（EPP）,EPP电紧张性扩布至肌膜,去极化达到阈电位,爆发肌细胞膜动作电位,N-M接头处的兴奋传

12、递过程,膜Ca2通道开放，膜外Ca2向膜内流动,接头前膜内囊泡移动、融合、破裂， 囊泡中的ACh释放(量子释放),ACh与终板膜上的N2受体结合， 受体蛋白分子构型改变,终板膜对Na、K (尤其是Na)通透性,3）N-M接头处的兴奋传递特征: （1）是电-化学-电的过程： N末梢APACh受体EPP肌膜AP （2）具1对1的关系,4）影响N-M接头处兴奋传递的因素： （1）阻断ACh受体：箭毒和银环蛇毒，肌松剂（驰肌碘）。 （2）抑制胆碱酯酶活性：有机磷农药，新斯的明。 （3）自身免疫性疾病：重症肌无力（抗体破坏ACh受体），肌无力综合征（抗体破坏N末梢Ca2+通道）。 （4）接头前膜Ach释

13、放：肉毒杆菌中毒。 5.EPP的特征：无“全或无”现象；无不应期；有总和现象；EPP的大小与Ach释放量呈正相关。,小终板电位（miniature end-palet-potential,mEPP) Katz等将微电极刺入蛙骨骼肌终板区 进行细胞内记录。可观察到一电位变化。随机出现的，约每秒一次的，形状与刺激神经诱发EPP相似，但振幅仅约0.5mv 的去极化电位。称这种自发的去极化变化为小终板电位(mEPP)。 个别束泡自发释放，引起微小变化。 突触前膜处于静息水平时，一个突触小泡在某一个时刻自发进行胞吐作用释放其中递质的机率是很低，而且是随机的，但当动作电位传到神经末梢突触前膜去极化时，量子

14、释放的机率量增加，表现为终板电位的出现 . 箭毒碱和胆碱酯酶抑制剂对它们都分别有抑制或增强作用。mEPP是全或无反应，虽其振幅有所波动。 多个小泡 100-300个(200, ACh)同步释放EPP 终板电位是局部电位。,acetylchlinergic neuron：mEPP是由一固定量的Ach乙酰胆碱分子（约1万个）引起若干条通道同步开放而产生的，此单位量的Ach被称为量子。递质的量子式释放称为量子释放(quantal release) mEPP便是由一个量子的Ach所引起的电位变化。一个量子 = 一个囊泡. 多个小泡 100-300个(200, ACh)同步释放产生终板电位（end-pa

15、let-potential， EPP）。 终板电位是局部电位。 EPP不是全或无反应，其振幅随着末梢释放的的Ach量连续改变。 EPP是同步发放的mEPP形成的.,小结*. The neuromuscular junction 神经-肌肉传递 1. One to one 2. excitation 3. ACh acetycholine and its receptor 传递过程: impulse travelling terminal ACh release and diffuse cleft postsynaptic receptor ion to flowNatrium and pota

16、ssium-end-plate potential (EPP ) initiating the impulse response of the muscle contraction EPP; mEPP(miniature); quantal release; synaptic plasticity,chemical synapse 1 chemical synapse in CNS, central synapses 2. Nondirected synapse: (chemically addressed synapse ): postganglionic fiber of autonomi

17、c nerve system and receptor: (varicosity) 3. The neuromuscular junction 神经-肌肉传递 EPP; mEPP; quantal release; synaptic plasticity 4. Loligo giant axon Calcium channel, CaM（Calmodulin ）, synaptic delay 在冲动到达突触前终末约0.50.9ms后，脊髓运动 神经元的去极化才开始。这段时间称为突触延搁.,Synaptic plasticity: chemical synapse, 容易受环境因素的影响，特别

18、是传递能力受它们已经进行过的传递活动的影响。Synaptic plasticity。 当突触前末梢受一个短串刺激时，虽然每个刺激都引起递质释放，但后来的刺激引起的递质释放要比前面刺激引起的为多。 突触传递效率由于活动而发生的短时间或长时间的增加（LTP）或减弱（LTD）现象，可塑性来自突触前和后两方面的调控。,2. Loligo giant axon 1). 递质 释放量和突触前动作电位振幅成正比。 2). 钙离子内流是递质 释放的重要环节, 和突触延搁有关. 并和囊泡(突触)的各个环节相关.(mobilization, targeting,docking, fusion, exocytosi

19、s) Calcium channel, CaM（Calmodulin） synaptic delay: 在冲动到达突触前终末约0.50.9ms后，脊髓运动 神经元的去极化才开始。这段时间称为突触延搁.,3*.chemical synapse in CNS, central synapses Integration （Coordination） Function Classification: I，axonadendrite axoncell body axonaxon II， Gray I Gray II fig III, Directed synapse: The neuromuscular

20、 junction Nondirected synapse: (chemically addressed synapse ): postganglionic fiber of autonomic nerve system and receptor:(varicosity),Typical example: Connection synapse: postganglionic fiber of autonomic nerve system and receptor:(varicosity) Presynaptic: releasing neuropeptides or amine Its Ter

21、minal:a number of branch; a string of beads; varicosity. no active zone;no one to one; 400nm; overlap in different cell; its special receptor on receptor (organs)； penetrating or permeating innervation(action of autonomic nervous system on its organs),synapse diversity,chemical synapse 1接触点两边的内膜面超微结

22、构和细胞器通常是不对称的。 2通过较宽的突触裂隙有细胞内的低电阻分路，但细胞之间的电阻无变化。 3突触前膜的动作电位对后膜电位影响很少。 4经常有自发性的递质量子化释放，引起后膜的微小电位。 electrical synapse 1接触点两边的内膜面超微结构和细胞器通常是对称的，无内膜面和细胞器的特化。 2有狭窄的突触裂隙，减少分流，细胞间存在低电阻通路。 3突触前的动作电位是突触传递的直接因素。 4.不存在类似的情况。,synapse diversity,chemical synapse 5突触前动作电位在Ca2的协同下引起大量囊泡同步地释放递质。 6递质释放后引起突触后膜局部的、非传导性的

23、等级性电位，该电位可以总和，而且后膜电位变化时，突触后电位可以倒相。 7局部兴奋性突触后电位达到一定值时，可导致突触后动作电位；若在抑止性突触，抑止性突触后电位则使突触后不易发生冲动。 8突触后膜受体与递质结合，导致膜通透性改变产生突触后电位。 electrical synapse 5.无这种情况发生。 6突触前动作电位引起类似的反应也可以跨过突触后膜，但后膜电位改变时，突触后电位不会倒相。 7兴奋性突触后电位达到一定值也可导致突触后冲动的产生。 8无这种改变,synapse diversity chemical synapse 9突触前，后膜含递质水解酶与其他的存在与突触前、后膜使递质失活的

24、机制。 10突触前、后膜的变化可受化学因素的影响 11跨突触的突触传导是单向的 12通过时空的总和，局部的后突触电位有整合作用 13传递受温度变化的影响较大 electrical synapse 9不存在这种变化 10不存在类似的情况。 11多数情况是双向，偶尔也是单向传导 12类似，但许多是1比1的，很少整合性 13传递受温度变化较小,c. Transmitter synthesis and release p 53 The neuron as a secretory cell 1). neurons and secretions 2) synthesis in the perikaryon

25、 video a, Co-translational Insertion b, The Golgi body and post-translational modification 3) Transport Along the axon Exocytosis and endocytosis the synaptic terminal refilling or recycle p57 Inactivation or degradation p61 transport and diffusion,sensory neurons, interneurons , motor neurons The n

26、ervous system provides rapid control and coordination of body functions through both voluntary and involuntary mechanisms. Stimuli cause receptors to form impulses that are carried to the CNS by sensory neurons. The CNS determines the appropriate response and sends impulses via motor neurons to prod

27、uce the appropriate action.,4. Neural integration Postsynaptic potential temporal summation afferent neuron -Different time (successive;a volley) nonlinear spatial summation different parts of the cell (body,axon, dendrite) nonlinear and linear; algebraic sum ; Both occur together as a cell is activ

28、e. Amplitude and duration of the depolarization of the axon hillock membrane.,时间性总和,空间性总和,（一）神经递质和内源性活性物质的研究概况,1.1904，Elliott，冲动传导到交感神经末梢，可能从那里释放肾上腺素，在作用于效应器细胞。 2.1921，Loewi,通过蛙心灌流发现“迷走素” 3.Dale,发现神经肌肉接头处的神经递质是ACH。 Loewi, Dale共享1936年诺贝尔奖。 4.1921，Cannon,将刺激交感神经后，从肝脏中分离出的物质命名为“交感素”；1949，这种物质被von Eulur

29、鉴定为去甲肾上腺素，为此获1970年诺贝尔奖。 5.1960-今，50多种神经肽被发现。 6.1980-1988，FurchgottIgnarroMoncade三个研究小组相继发现NO为神经递质,三人共享1998年诺贝尔奖。,（二）鉴定递质的主要条件,1.存在：在突触前神经元内有该物质及其合成酶的存在 2.释放：从突触前末梢可释放足以在突触后细胞或效应器引起一定反应的物质。 3.相同的突触后效应：将适当浓度的该物质人工地施加到突触后细胞上应能引起与由神经诱发的相同反应。 4.灭活机制：应找到将该物质从突触间隙中除去的机制。,（三）各经典递质和内源活性物质的合成、储存、释放、灭活,1.已酰胆碱（Acetylcholine,Ach）,