昆虫神经生理.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章神经生理,第七章神经生理,昆虫的神经系统是昆虫的信息系统,通过感受器从外部和内部不断获得各种信息,依靠神经的综合能力和固定的编码程序处理信息,依靠脑和神经节的整合能力，综合信息并对效应器发出指令,昆虫纲从低等到高等的演化，形成了这种相当复杂的综合能力与行为程序，特别在社会性昆虫的行为中，得到了最充分的反映，它体现了昆虫的神经系统在结构方面的高度复杂性，和在功能方面的惊人适应性,第七章神经生理,昆虫的神经系统是昆虫的控制系统，通过信息整合并发出指令，对昆虫实行控制,控制昆虫的运动,控制昆虫的行为,控制昆虫生命活动,第七章神经生理,昆虫的神经系统是昆虫的调节系统，通过神经肽的分泌，对昆虫实行调节,调节昆虫的内分泌系统,调节昆虫的消化和营养吸收,调节昆虫的物质和能量代谢,调节昆虫的排泄,第七章神经生理,一、神经系统的组成和结构,二、信息的突触传导,三、信息的电传导,第七章神经生理,一、神经系统的组成和结构,二、信息的突触传导,三、信息的电传导,1.,神经细胞,细胞体,(,核周质,),富含线粒体、高尔基体、粗面内质网,神经纤维,树突：,接收信号,轴突：传出信号给其它细胞,端丛（形成突触）,细胞体,细胞体,1.神经细胞,感觉神经原,(Sensory neurone),是传导感觉器发生的冲动至中枢神经系统中的神经组织,又称为传入神经原,它们的细胞体位于体躯的周缘，除去轴状突外，还有一个端突,(distal process),连接在感受器上，以接受特殊的刺激,这类神经原一般是双极的，谓之双极神经原,少数为多极神经原，其细胞体位于体壁内面和消化道壁上，其细小分支形成树状突分布于皮细胞层，体壁肌及内脏肌上，而轴状突也通入腹神经索的神经节内,1.,神经细胞,运动神经原,(Motor neurone),将中枢神经节内的冲动传至反应器官的神经组织，所以它们的轴状突又称为运动神经纤维或传出神经纤维，,一般是单极神经原,(unipolar neurone),细胞体常位于神经节内，神经纤维外延至肌肉,1.,神经细胞,联络神经原,(Association neurone),其细胞体位于脑或神经节的周缘，称神经细胞球体,(globuli),联络神经原的轴状突和侧支分别联络感觉神经原和运动神经原，形成一个双边系统,一个联络神经原可联系多个运动神经原使产生复杂反应,1.,神经细胞,-,膜构成,膜由双层脂蛋白组成,膜上有多种离子通道,K+,、,Na+,、,Ca2+,等通道,膜分区,细胞体区：无激应性,纤维区：具激应性,突触区：前膜释放递质，后膜接受递质,1.,神经细胞,神经,由神经纤维束（轴突束）及其外围的一层,神经鞘,组成的长线型构造。,一般情况下，一条神经含有,2,种（如感觉和运动）或,3,种神经纤维，但也有只含一种神经纤维的神经,神经可由主干分支，直径逐渐变细、所含轴突数量逐渐减少，在末端分支内只含有一种神经纤维,神经的一端或两端与神经节相连接。,一、神经系统的组成和结构,神经细胞,神经胶细胞,昆虫的神经系统,脑的结构,神经组织的化学成分,神经胶细胞及神经鞘,神经鞘内的胶细胞,包围在神经细胞外（除微小分支）,分层：单层折叠或多层重叠,胶细胞间以紧密、间隙和桥粒等联结方式联结,胶细胞外有间隙：外层大内层窄（,periodic lacunae),胶细胞数量：中枢神经系统较多，大轴突较多,胶细胞（神经鞘的功能,神经围膜：保护、支持神经细胞（系统）；具有弹性。血淋巴可自由出入,外周鞘细胞：维持微环境中的离子等平衡的稳定,内层胶细胞：提供营养，损伤修复,小型胶细胞,（,microglia,），具有分化、增殖、移动、分泌和吞噬功能，修补伤口，吞噬异物,胶细胞（神经鞘）结构,神经鞘对离子平衡维持,神经鞘细胞对各种离子不是一概排斥的，对,K,+,有较大的通透性，而对,Na,+,的通透性较差,(,只有,K,+,的,1,30),有离子泵进行,Na,+,和,K,+,的主动运输,神经鞘对离子平衡维持,一、神经系统的组成和结构,神经细胞,神经胶细胞,昆虫的神经系统,脑的结构,神经组织的化学成分,3.,昆虫的神经系统,昆虫的神经系统包括中枢神经、交感神经和外周神经三部分,由外胚层腹面的一部分,细胞发育而成,整个系统除脑以外，就是一系列腹神经节组成的腹神经索，因此昆虫与环节动物相似，都属腹神经索型,3.,昆虫的神经系统,中枢神经系统由脑、咽下神经节、,1,3,个胸神经节、,l,一,10,个腹神经节以及相应的神经连锁和神经索组成,在高等昆虫的体节中，很多神经节已经发生合并，胸部神经节和咽下神经节及腹神经节都有不同程度的愈合，合并成少数几个神经节,随着神经节愈合程度的加强，昆虫的神经综合能力也得到了提高,神经节（中枢神经系统）,位置（咽上）,组成,咽下神经节,胸神经节,腹神经节,尾神经节,3.,昆虫的神经系统,交感神经系统包括控制消化道的口道交感神经和控制气门与背血管的中神经,(,由胸部 神经节和腹神经索伸出,),腹部末端的复合神经节控制后肠和生殖器官的活动，也具有交感神经的功能,交感神经也是神经内分泌的组成部分，有的直接与血淋巴相通，形成神经血器官,3.,昆虫的神经系统,3.,昆虫的神经系统,3.,昆虫的神经系统,昆虫的外周神经系统不发达，主要分布在软体幼虫的体表，由感觉神经元与运动神经元的神经纤维形成网络,3.,昆虫的神经系统,神经节,(ganglia),是神经细胞和胶细胞的集合体，其中有大量运动神经元和联络神经元，感觉神经元的轴突也伸入到神经节内，各种神经元之间通过复杂的轴突联系，进行综合作用，形成多种多样的反射弧,神经节内的神经细胞,运动神经细胞（传出神经）,数量较少，其分布左右对称,单极，细胞体较大且成组分布,树突分枝很多，与众多神经形成突触；轴突则不分枝（中神经除外），,进入外周神经,控制本体节的肌肉运动,神经节内的神经细胞,神经节内的,联系神经细胞,（,interneuron),感觉和运动神经间一般由联系神经相联系,中枢神经系统中，联系神经细胞占绝大多数,可分为,本地联系神经元：只在一个神经节内，非峰型,(non-spiking),占相当比例,节间联系神经元：沿腹神经索传递信息，用于协调不同神经节间的活动，,上升和下降纤维,咽下神经节,由上颚、下颚和下唇三个神经节愈合而成,有伸向上颚、下颚和下唇的神经，及通向颈和,唾腺,的神经,口器附肢活动和协调中心，对胸神经节有刺激作用,一、神经系统的组成和结构,神经细胞,神经胶细胞,昆虫的神经系统,脑的结构,神经组织的化学成分,4.,脑的结构,脑,(Brain),是昆、虫头部多个神经节愈合而成的，由于位置在消化道的背面，因此又称咽上神经节,(supraoesophageal ganglion),脑的组织学与神经节相同。但结构比神经节要复杂得多,现代昆虫的脑，虽在外形上有很多变异，但都由前脑、中脑与后脑合并而成,4.,脑的结构,前脑的左右两侧有突出的视叶,(optic lobe),，直接与复眼相连接，在中部的蕈体,(mushroom body),是最重要的联络中心，它的大小与昆虫行为的复杂性有十分明显的相关性,4.,脑的结构,此外，还有中央体、脑桥体和脑腹体形成的联络中心,4.,脑的结构,中脑包括两个膨大的中脑叶，控制触角的神经由此发生，并有很多联络神经与前脑的神经髓相联络,4.,脑的结构,后脑由第一体节的一对神经节特化而成，它的神经通向额神经节与上唇,在昆虫的前脑与后脑中，都有神经分泌细胞,脑,特化的神经节,附叶,触角叶,一、神经系统的组成和结构,神经细胞,神经胶细胞,昆虫的神经系统,脑的结构,神经组织的化学成分,5.,神经组织的化学成分,蛋白,受体蛋白,离子通道蛋白,酶类,神经系统特殊的功能蛋白,神经递质和激素受体,离子通道蛋白及相关传导成分,脑特定蛋白激酶,神经递质合成酶,递质释放器,神经肽作用酶,递质重吸收载体,细胞骨架和轴突传导蛋白,神经元生长因子及受体,神经元生长相关蛋白,神经元生长抑制因子,神经胶质生长因子及受体,神经节及树突形态因子,神经细胞粘连及细胞寻址大分子,神经系统形成 素,记忆机理相关蛋白,5.,神经组织的化学成分,脂类：,主要为磷脂，少量神经节苷脂和胆固醇,磷脂：膜的结构和功能物质；在亚细胞中以磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸形式存在,神经节苷脂：脑组织,脑微粒体和突触体,-,突触膜中，含量依次增高；与胆碱脂酶、,ATP,酶活力平行；与激素受体、细胞间识别和物质运输密切相关,胆固醇：含量高而稳定，不随发育阶段和饥饱变化,5.,神经组织的化学成分,糖及核酸,糖贮备很低，主要靠血液供糖,DNA,与其它组织相比，无区别,RNA,在不同细胞和部位含量差异较大：轴突上，愈远端含量愈高，但近细胞体时又增高,无机盐：,磷酸盐、钠、钾、氯、钙,一般地，功能越复杂的部位，其蛋白、水分、糖、脂、核酸的含量越高，其中脂在神经组织中较高,中枢神经系统的,糖代谢特点,耗氧量最高、糖代谢最旺盛组织,依靠葡萄糖,的有氧氧化供能，只少量摄取血液中非糖物质（乳酸、丙酮酸等）,糖元贮备少，几乎无糖的异生作用，依靠血液供糖由胶质细胞转移，饥饿时受影响,第七章神经生理,一、神经系统的组成和结构二、信息的电传导,三、信息的突触传导,二、信息的电传导,静息电位与电压门控通道,分级电位,动作电位,动作电位的传导,二、信息的电传导,静息电位与电压门控通道,分级电位,动作电位,动作电位的传导,1.,静息电位与电压门控通道,静息电位,电压门控通道,(1),静息电位,静息电位,(resting potential),是指神经细胞在静息状态下的跨膜电位差,由于神经元对不同离子跨膜透性不同，形成膜内外离子浓度的差异，导致膜内电位比膜外更负，这即是神经的极化状态,昆虫神经细胞的跨膜电位一般为,70mV,左右,(2),电压门控通道,神经轴突的离子通道,(ion channel),是双层脂膜上跨膜的大分子蛋白质，对离子通透具有高度选择性,通道的开关可以改变细胞膜内外的离子浓度和细胞膜电位,按照通道对电位的引发方式，神经轴突的离子通道分为电压门控通道和化学门控通道两大类,四种类型门控离子通道,(2),电压门控通道,电压门控通道,(voltage-gated channel),又称电压门控性离子通道。它的开关由轴突膜电位控制,常见的有,Na+,通道、,K+,通道、,Ca2+,通道和,Cl-,通道,典型的,Na+,通道是由一个球,链模型,(ball and chain model),构成的,该模型的跨膜蛋白由,3,部分组成,(2),电压门控通道,选择性滤器,(selectivity filter)位于细胞双层膜的外侧，它选择性允许,Na+,等离子通过,电压感受器,(sensor),，位于双层膜的中间，对膜电位变化非常敏感，它控制闸门的开关,闸门,(gate),，由膜内通道口上一个胞内球构成，当膜电压发生变化时，能迅速作出反应，从而开启或关闭闸门，造成膜内外离子浓度的改变，激发出轴突的动作电位,Na,+,通道的功能部分,选择性滤孔：位于细胞外膜，对离子通过具选择性，对,Na,+,有高度选择性,;,电压感受器：,S4,，内外膜之间，带正电荷，对膜电位很敏感，控制闸门；,闸门：位于内膜，为通道内侧口。,(2),电压门控通道,20,世纪,80,年代日本学者发现电鳗,(Electrophorus electricus),的,Na,通道由一个,亚基和两个,亚基组成,亚基有,4,个结构相似的功能域，即工、,、,和,每个结构域又有,6,个亚区，都呈跨膜,螺旋，而且氨基酸序列相似，分别以,S1,S6,命名,其中两个亚区是疏水性的，两个带负电荷，一个带正电荷，另一个是中性的，这样就由,24,条跨膜氨基酸链组成四重对称结构形成的一个,Na+,通道,电鳗钠通道跨膜片段的排列,S1S3,带负电，,S4,正电，,S5-S6,为非极性,4,个,S2,形成钠通道,(2),电压门控通道,(2),电压门控通道,果蝇,Na,通道的中心亚区为,S4,，其结构高度保守，处于,S1,、,S2,、,S3,、,S5,和,S6,的中央，构成一电压感受器,S4,以,20,个氨基酸残基组成,螺旋，每,3,个氨基酸中有一个带正电的赖氨酸或精氨酸，而正好与,S1,、,S3,中的负电荷形成离子对，,S5,和,S6,之间有两条发夹样,折叠，构成孔道内壁,(2),电压门控通道,在膜电位变化时，引起,S4,片段的旋转，将膜内一个电荷移到膜的外侧,如果,的,S4,全部移动，使,S2,、,S3,中一些保守氨基酸残基位移，引起通道内壁的结构变化，掩盖通道上,S4,的正电荷，从而为,Na+,打开中央孔道，这就是电压感受器的滑动螺旋模型”,(sliding helix model),它由,20,世纪,90,年代,Kallen,等根据鼠脑的研究而提出，以后陆续在果蝇等昆虫中得到证实，但其中仍有一些细节需要进一步研究,Na,+,通道,离子通道具有共同的结构特点,4,个相似的主构域；,每个主构域由,6,个（,S1-S6,）跨膜结构组成；,24,条跨膜螺旋形成,4,重对称结构，中央形成,Na,+,通道,；,(2),电压门控通道,在果蝇中，通过分子生物学技术，很多,K,通道蛋白基因已得到克隆,shaker(sA),基因编码的,K,通道蛋白，由,7,个疏水的跨膜片段构成。其中除,6,个为,螺旋外，膜内还有一个,折叠,在氨基酸链中，部分氨基酸形成开关闸门的球体,编码亚基蛋白的还有,shaw,、,shab,和,shal,基因等，它们之间存在很大的相似性,(2),电压门控通道,果蝇,Na,通道的中心亚区为,S4,，其结构高度保守，处于,S1,、,S2,、,S3,、,S5,和,S6,的中央，构成一电压感受器,S4,以,20,个氨基酸残基组成,螺旋，每,3,个氨基酸中有一个带正电的赖氨酸或精氨酸，而正好与,S1,、,S3,中的负电荷形成离子对，,S5,和,S6,之间有两条发夹样,折叠，构成孔道内壁,K,+,通道,K,+,通道的种类：,延迟整流,K,+,通道,早发,K,+,通道,Ca,2+,激活,K,+,通道,延迟整流,K,+,通道,神经轴突中,K,+,离子流随去极化而增加称为延迟整流作用，与此有关的通道为延迟整流,K,+,通道。是一,微量,的跨膜蛋白。,延迟整流,K,+,通道功能部分,选择性滤器：于狭长管道入口处，直径,3.3A,；,电压感受器：带正电荷，控制活化门的开闭；,活化门：于通道内口处，直径,8-12A,，较大，可被季胺盐阻断。,隧道：于通道外口处，为一狭长管道；,果蝇,K,+,通道和,Na,+,通道一样，为四聚体。,早发,K,+,通道,开启后，可对抗去极化刺激的效应，并可阻制动作电位的触发。,与电压门控,Na,+,通道不同的是：它们从失活状态恢复得比较慢，从而抑制了动作电位的发放频率。,Ca,2+,激活,K,+,通道,只当膜内,Ca,2+,离子浓度升高时，才启动；,当长期用一强大的去极化刺激时，会引发一连串动作电位，使,Ca,2+,离子经电压门控,Ca,2+,通道进入细胞内；,Ca,2+,浓度升高，使,Ca,2+,激活,K,+,通道打开。,K,+,的通透性增高，引起动作电位后的长时间超极化，膜难于去极化，从而增加了两个动作电位间的时间延迟。,A,通道,在持续去极化电流作用下能产生长时间的动作电位，其频率与电流成正比。,与延迟,K,+,通道不同的是：去极化时，通道开放，产生短暂的外向电流，即迅速活化和迅速失活，因此称为,A,通道。,功能：参与膜的兴奋性调节，减慢去极化速度及延缓动作电位的产生，并使重复爆发性放电变成缓慢放电。,果蝇的,A,通道蛋白由,616,个氨基酸残基组成，分子量,70.2KD,有,7,个大疏水区域组成的跨膜,A,螺旋,二、信息的电传导,静息电位与电压门控通道,分级电位,动作电位,动作电位的传导,2.,分级电位,分级电位是,(graded potential),是神经细胞接受外界刺激而产生的原发性膜电位，因此，是神经细胞产生的一类非常重要的反应,分级电位的大小与刺激强度成正比,在传递过程中由于组织的阻抗作用，会逐渐衰减,和峰电位的,l,3ms,的时间过程相比，分级电位的上升和下降都很缓慢。因此，分级电位有时又称为慢电位,(slow potentials),2.,分级电位,分级电位经常以其发生部位来命名，例如,突触电位,(synaptic potential),受体电位,(receptor potential),启动电位,(pace maker potential),局部电位,(local potential),分级电位不能远距离传播，常局限于发生部位的附近,2.,分级电位,分级电位经常以其发生部位来命名，例如,突触电位,(synaptic potential),受体电位,(receptor potential),启动电位,(pace maker potential),局部电位,(local potential),分级电位不能远距离传播，常局限于发生部位的附近,二、信息的电传导,静息电位与电压门控通道,分级电位,动作电位,动作电位的传导,3.,动作电位,神经元产生的分级电位，可在轴丘处引发出峰电位,电位发生时其上升相即,Na+,大量进入膜内的时期，下降相则相反,当,Na+,透性变化时，,K+,和,C1-,等离子也在膜内外发生一连串变化，其间有,Na+,活化和失活两个过程组成,3.,动作电位,神经元产生的分级电位，可在轴丘处引发出峰电位,电位发生时其上升相即,Na+,大量进入膜内的时期，下降相则相反,当,Na+,透性变化时，,K+,和,C1-,等离子也在膜内外发生一连串变化，其间有,Na+,活化和失活两个过程组成,3.,动作电位,Na+,活化,当刺激的程度达到神经细胞膜去极化时，,Na+,通道完全开启，神经细胞膜对,Na+,的通透性发生明显的改变并在瞬间达到最大值,这种,Na+,流的瞬间增加称为钠活化,(sodium activation),。此时，,Na+,在,2,3ms,内进入膜内,随着向内的电流的产生，在示波器上会显现一个上升电位，即动作电位,(action potential),或称峰电位,(spike),。它具有明显的阈值，是一个全或无的反应,动作电位,3.,动作电位,Na+,活化,峰电位的上升相,(,阶段,),非常迅速,例如美洲大蠊的大轴突在,1ms,内就可上升,1370mV,这个速度可使大轴突内一个典型的,70mV,静息电位在,10ms,内去极化,3.,动作电位,Na+,活化,在动作电位产生的过程中，,Na+,迅速涌入膜内，膜电位上升达到零电位，然后继续超升，由原来的外正内负变为外负内正。这个电位称为超升电位,(overshoot potential),。,蜚蠊大轴突的超升电位为,+35mV,动作电位的大小是静息电位和超升电位绝对值的总和。例如一个神经细胞，静息电位为,70mV,，超升电位为,+35mV,，其动作电位即为,105mV,3.,动作电位,Na+,活化,在动作电位的峰期内，再给予第二个刺激，不能引发第二个动作电位，这一时期称为不应期,不应期包括绝对不应期,(absolute refractory period),和相对不应期,(relatively refractory period),当动作电位的高峰终结时，,Na+,通道处于失活状态，不管多强的刺激都不能引发第二个动作电位，称绝对不应期,因此，第一个刺激后,1,2ms,内再给予第二个刺激不会引起轴突的反应,3.,动作电位,Na+,活化,几个毫秒的绝对不应期后，一部分,Na+,通道由失活恢复到活化状态，这时，若提高刺激强度，可能引发一个动作电位，因此称为相对不应期,虽然绝对不应期和相对不应期都很短，但它限定了一个神经元在单位时间内传导神经冲动的频率，大约为,100,脉冲,s,3.,动作电位,Na+,活化,没有离子泵的补偿作用，蜚蠊大轴突的轴突系膜间隙的,Na+,仅够发生,20,30,次动作电位,因此，每次动作之后，必须在短时间内恢复轴突周围的离子组成和浓度，否则会造成轴突失活,这就依靠镶嵌在胶细胞膜内表面的,Na+,K+,泵，从胶细胞内将,Na+,泵入轴突系膜，将,K+,泵入胶细胞，为轴突在短时间内连续被激活创造外部环境,3.,动作电位,Na+,活化,轴突膜上也镶嵌有,Na+,K+,泵，使,Na+,泵出轴突，,K+,进入轴突,Na+,K+,泵能在短时间内连续运转，维持轴突膜内低浓度的,Na+,，保持神经细胞膜的正常生理功能,3.,动作电位,Na+,失活,膜的兴奋状态通常是非常短暂的，,Na+,通道具有依赖于时间的关闭机制，称为,Na+,失活,(sodium inactivation),Na+,的完全失活的时间变化较大，从几毫秒到几百毫秒,在,Na+,失活期间，,Na+,通道是关闭的。动作电位会迅速下降,(,蜚蠊神经大轴突的下降速率为,640mV,ms),，下降的速率反映出钠通道的关闭的过程,3.,动作电位,Na+,失活,一般情况下，随着动作电位的下降，会变得比静息电位更负，称为正相或正后电位,(positive after potential),，即膜电位的超极化,(hyperpolarization),紧接着出现一个振幅比较低的更缓慢的负后电位,(negative after potential),3.,动作电位,Na+,失活,3.,动作电位,Na+,失活,这是由于当,Na+,通道部分关闭，限制了,Na+,的向内流动时，向外的,K+,流才会使膜电位朝着静息电位发展。恢复极化相对于去极化来讲是非常缓慢的，完全恢复需要十到几十毫秒,随着,K+,向外流出和,Na+,通道关闭，膜电位开始向静息电位恢复，重新回到膜内为负而膜外为正的状态,二、信息的电传导,静息电位与电压门控通道,分级电位,动作电位,动作电位的传导,4.,动作电位的传导,动作电位的传导是根据局部电路理论,(local circuit theory),进行的,按照局部电路理论，,Na+,电流流入轴突膜，使电压门控的,Na+,通道打开，导致一个部位的膜去极化,接着去极化又使局部电流流入膜的下一个部位，在新的位点发生去极化，产生一个动作电位,这种沿轴突的去极化作用朝着一个方向移动，就形成动作电位的传导,4.,动作电位的传导,4.,动作电位的传导,兴奋之后的膜区域处于相对不应期，很难使这部分膜再次去极化，因此冲动在轴突上只会向前传导，不会返回到刚经过去极化的轴突部分,第七章神经生理,一、神经系统的组成和结构,二、,信息的电传导,三,、,信息的突触传导,二、信息的突触传导,突触传导,神经递质、神经调质与神经激素,神经递质的受体,1.,突触传导,突触是神经元之间、或神经元和肌细胞、或神经元和腺体细胞之间的联结点,1.,突触传导,分,电突触和化学突触,。前者通过间隙联结直接电偶合，但其适应的范围及调控的可能性很小；后者由神经递质来传导，适应范围很宽，绝大多数属于此种,前膜与后膜之间的距离,10,20 nm,，有的可达,20,50nm,1.,突触传导,前膜以囊泡形式释放递质。当递质通过间隙与后膜或肌肉上受体结合时，产生后膜的兴奋性或抑制性电位，即完成突触传导,(synaptic transmission),突触的结构和功能,由突触前膜、间隙和后膜组成。,前神经元末端膨大,突触体,突触小泡,神经递质；,间隙宽,200-500A,，含,电子密度高、含糖基的物质,传递前膜的递质到后膜；,后膜是换能器,递质与其受体蛋白（配体门控离子通道或分解酶）结合,化学信号变为电信号。,1.,突触传导,1.,突触传导,(1),钙通道,(2),突触种类,Ca2+,通道,控制,Ca,2+,的跨膜内流，可调节许多重要的生理机能：,触发肌肉收缩、递质释放和发挥第二信使作用。,其激活和失活过程都很慢，较钠通道需更强的去极化电流才能激活。,一般在去极化期间始终处于开启状态，多见于,突触前膜,。,Ca,2+,通道的类型,L,型：通过的电导大，衰减慢，持续活动时间长，需强的去极化去激活。普遍存在于骨骼肌、心肌、神经元等不同组织中。,T-,型：电导小，衰减快，弱的去极化电流可激活；,N-,型：电导大小和电压依赖性介于两者之间，需强的去极化去激活，但失活快。,Ca,2+,通道的分子结构,是高分子量的糖蛋白，,L,型研究较细,。为,3,种亚基构成的复合体。,亚基的4,个亚区构成,通道结构,，每个亚区由,5,个疏水性螺旋片段及一个亲水片段（,S4,）构成。,S4,（含,5-6,个正电荷残基）为主构成电压感受器,;,亚基包括一个,cAMP,依赖磷酸化位点，为非糖多肽。,亚基有,30,的碳水化合物，其余为疏水区。,Ca,2+,通道的分子结构示意图,Ca,2+,穿过,Ca,2+,通道,Ca,2+,通道对,Ca,2+,有高度的选择性。,正常时，胞外,Ca,2+,浓度比内高两个数量级；而胞内,Ca,2+,浓度比胞内,K,低,5-6,个数量级，因此，,Ca,2+,通道主要透过,Ca,2+,离子。,Ca,2+,通道上有,两个,Ca,2+,高度亲和位点,，且,相距很近当胞外,Ca,2+,浓度极低时，通道不结合,Ca,2+,离子；当升高时，一个位点结合；当胞外,Ca,2+,浓度进一步升高，两个位点都结合。,两个位点间产生很强的静电斥力，使一个,Ca,2+,迅速解离，进入细胞内,1.,突触传导,(1),钙通道,(2),突触种类,突触类型,兴奋性突触：配体门控阳离子通道,细胞膜去极化,动作电位,抑制性突触：配体门控阴（,Cl,）离子通道,静息电位接近,Cl,-,平衡电位,膜超极化,对抗兴奋,突触类型,突触传导,电信号刺激,Ca,2+,通道打开，增加,Ca,2+,的通透性而使大量,Ca,2+,进入突触前膜,激活环腺苷酸合成酶，合成,cAMP,引发一系列反应，促使突触内的小泡膜与突触前膜融合,向突触间隙释放神经递质,神经递质种类,小分子：乙酰胆碱，氨基酸，单胺等,神经肽：,不同动物，神经递质种类不同,神经,肌肉接头,处，脊椎动物,-,乙酰胆碱，昆虫,氨基酸；,交感神经及其它神经联结处,，脊椎动物,-,去甲肾上腺素，昆虫,章鱼胺。,乙酰胆碱,部位：昆虫中枢神经系统中广泛存在，外周神经中不存在,代谢：胆碱乙酰化酶（,CAT,）催化，轴突末端合成，突触小泡内贮存,乙酰,CoA+,胆碱,+ATP-,乙酰胆碱,+ADP,昆虫与脊椎动物的神经递质比较,脊椎动物,中枢神经系统中，谷氨酸为主,神经肌肉的突触部位,乙酰胆碱,昆虫（非脊椎动物）,中枢神经系统中，乙酰胆碱为主,神经肌肉的突触部位，谷氨酸,两者刚好相反,胆碱及,CAT,来源,胆碱,血浆，主要来源；,突触间隙摄入，只占,8-9,。,CAT,线粒体内糖的有氧氧化和脂肪酸的,-,氧化。以柠檬酸和已酸的形式穿膜，再硫激酶再转化回来；,糖酵解中的丙酮酸转变而来，占,10,乙酰胆碱的贮存和利用,乙酰胆碱的存在形式,利用乙酰胆碱：在兴奋时释放，占,80,；,定态乙酰胆碱：不因兴奋而传递，占,20,乙酰胆碱的存在部位,突触小泡中，,90,；突触间隙,10,胆碱能神经兴奋时，其合成速度提高,7-8,倍，,此时，大部分进入间隙,乙酰胆碱的分解与乙酰胆碱酯酶,一个突触冲动：放出的乙酰胆碱分子可达,10-5mol,，后膜上约有,8500,个,AchR,及同样多的,AchE,。乙酰胆碱要么与,AchR,结合，引起突触膜后电位；要么与,AchE,接触，被分解成已酸和胆碱。,昆虫中乙酰胆碱酯酶的底物有两种：,乙酰胆碱,和,丁酰胆碱，,前者对乙酰胆碱的活性要大于后者。,AchE,的结构,为糖蛋白，分为球型（对称型）和尾型（不对称型）。昆虫中主要是球型二聚体（,G2,）和球型单体（,G1,）。,不同生物及同一生物不同,AchE,分子，大小、形状、氨基酸组成差异很大。但都具有相同的底物催化特征，原因是,N,末端的氨基酸序列都相同,。这一序列也称,催化亚基,。与此亚基相连的结构域决定着酶分子的类型和理化特性。,AchE,的催化机制,形成酶和底物的复合物（,EAX,）,乙酰化反应形成乙酰化酶（,EA,）：乙酰基连到催化部位上，胆碱和乙酰基脱离。,乙酰化酶水解成已酸（,A,）和酶（,E,），酶复活,图,乙酰胆碱的再形成,如果乙酰胆碱不能被即时除去，其过度积累使神经传递阻断。,分解后的,胆碱,重新被前膜吸收；已酸被一般细胞吸收，再与,CoA,形成,乙酰辅酶,A,，运到突触前膜。,在突触前膜，在胆碱乙酰转移酶作用下，两者重新合成乙酰胆碱。,AchE,的酯酶同工酶,高等动物和昆虫中，乙酰胆碱酯酶均有多种分子型,-,同工酶。家蝇中，有,4,种,脊椎动物中，同工酶在于由不同的亚基组成；在昆虫中，除亚基外，还涉及到其糖和脂肪分子的不同。,AchE,的酯酶同工酶,胺类递质（生物胺）,章鱼胺（,Octopamine,）存在于中枢神经系统、神经血器官（胃神经系统和中神经联系的）和唾腺中；儿茶酚胺存在于某些膜翅目的毒腺中；,5-,羟色胺在美洲蜚蠊的血细胞；多巴胺在表皮鞣化中起作用,胺类递质（生物胺）,在,昆虫交感神经末梢和效应器间,构成胺能突触,刺激,cAMP,的活性，导致靶细胞中,cAMP,水平的增高,生物胺的合成,脊椎动物中路线如图,昆虫中不完全清楚。美洲蜚蠊中，,5,羟色胺由色氨酸合成；章鱼胺由酪氨而来。烟草天蛾中，章鱼胺由酪氨酸而来。,生物胺的灭活和分解,灭活可能有多种途径,1.,轭合作用（,conjugation,）。把体内原存在的一些轭合剂（如葡萄糖酸等）与生物胺轭合，形成轭合物，灭活。是一生物合成过程，因此是耗能过程。据活化的中间物质将轭合分成两类：即中间活化物为轭合剂（包括甲基化、葡萄糖醛酸苷等）和中间活化物为底物（氨基酸轭合）。昆虫中最主要酶代谢途径是,N-,乙酰化。,2.,氧化作用。单胺氧化酶（,Monoamine oxidase MAO,）催化,5,羟色胺脱氨是其最主要的代谢途径。,氨基酸类神经递质,谷氨酸（,Glu,）是神经,肌肉突触的兴奋性神经递质,谷氨酸,神经系统中，其含量很高。,很少有灭活现象，其灭活是在谷氨酸脱羧酶（,glutamicacid decarboxylase GAD作用下合成了,-,氨基丁酸。该酶在昆虫一些组织中浓度相当高，主要存于轴突末端的突触体组分中。,昆虫中，谷氨酸也能通过转氨作用破坏。酶为,GluAsp,转氨酶。,谷氨酸可从三羧酸循环或谷氨酰胺获得。,-,氨基丁酸,对昆虫中枢神经系统有普遍的抑制效应。不仅能突触后抑制，也能作用于突触前，减少兴奋性递质的释放（突触前抑制）,-,氨基丁酸,哺乳动物中，,GABA,的合成是通过三羧酸循环的“侧支”进行的，谷氨酸是直接前身,这种侧支循环是中枢神经系统独具的,合成后由神经末梢释放，但突触间间隙不具其分解酶，因此不是在间隙水解，而是被前膜或相邻的胶质细胞收回（靠专一性转运蛋白来摄取）,其它多种神经递质也靠类似的机制来终止,神经肽类神经递质,由神经系统合成、贮存和释放的一类多肽活性物质，是重要的化学信使。昆虫中以,神经激素和神经递质,的形式调控许多重要的生理和代谢活动。,主要包括：后肠灵、鞣化激素、羽化激素、利尿激素、氯化物运载激素等。,昆虫中主要神经肽,后肠灵：对中枢神经系统中单胺能神经元产生慢的双重影响，即在持续兴奋后产生一种抑制作用。为后肠神经,肌肉接点的递质和中枢神经系统的神经调控剂。,鞣化激素：在整个神经系统中，主要在脑神经细胞和心侧体，从胸和腹神经节进入血淋巴，蜕皮前或中刺激酪氨酸羟基化成多巴。,羽化激素：蜕皮前从腹神经节、羽化前从心侧体释放，引起神经支配的复杂行为。,氧化物刺激到运栽激素：由心侧体分泌，刺激,Cl,-1,从直肠腔进入血淋巴。,其它多种神经肽类激素。,各种神经递质的作用模式,神经递质的释放,递质的释放是量子化和随机的,钙与神经递质的释放,神经递质每释放一个小泡，需,3-4,个,Ca,2+,。膜上的,Ca,2+,通道只能通透,Ca,2+,，并在去极化间总处于开启状态。由胞外进入胞内，与,CaM,结合，引起前膜蛋白质构象变化，,Ca,2+,进一步内流，,Ca,2+,-CaM,复合物激活,CaM,依赖的蛋白激酶。后者使一第列的内源蛋白磷酸化，使,ATP,酶的活性增加，,ATP,水解释放能量，引起轴突内微丝收缩和微管解聚。这一过程使小泡”贴靠”在突触,前膜,上，两者的蛋白相互作用，两者融合、扭曲、破裂，递质从泡内释放出来。,二、信息的突触传导,突触传导,神经递质、神经调质与神经激素,神经递质的受体,配体门控离子通道,由,化学信号,（神经递质或兴奋剂）激活而开放的离子通道。,已克隆出,3,种这种通道,乙酰胆碱受体,甘氨酸受体,氨基丁酸受体,钙调素（,CaM,）,广泛分布于各种生物的神经组织中，主要位于,突触胞浆、突触泡、突触前神经末梢和突触后膜致密处,。,由,19,种氨基酸、,148,个残基组成的耐热的酸性球蛋白，分子量,16.68KD.,可作为钙的受体，对神经系统有调节作用，包括：调节突触功能、参与神经递质的合成和释放、参与轴浆运输等。,是迄今为止已知的最重要的结合蛋白。,钙调素作用机制,刺激特异蛋白质的磷酸化，特别是激活,Ca2+,依赖的蛋白激酶（,RK,），蛋白激酶催化包括神经递质受体蛋白、离子通道蛋白、突触囊泡有关的,突触蛋白的合成,；,激活突触膜的腺甘酸环化酶（,AC,）、突触后致密区的磷酸二酯酶（,PDE,）来,控制,CAMP,的代谢；,激活神经递质合成酶系（如酪氨酸及色氨酸羟化酶）。,轴突传导与离子通道,动作电位一旦发生，即通过轴突膜上致密的电压门控,Na,通道,接力式地,进行长距离迅速传播。当某一部位受刺激时，造成去极化，去极化超过阈值时，,Na,通道开启，产生动作电位，,Na,的大量注入使电流沿轴突流动，造成邻近的膜去极化，这个去极化也达到阈值，所以此处的膜也产生动作电位，如此下去，直到轴突末梢，其传播速度,1-100m/s,。,电压沿轴突的传播不经电压门控通道而放大，故称,被动传播,，这种性质称,轴突电缆性质,。,神经递质受体,把对神经递质起应答作用的生物活性物质通称为神经递质受体。,位于突触膜上，分子链镶嵌于膜内，但与配体（递质）的结合位点露于膜外。,两个功能单位：识别部位（,recognition site,）和离子通道,(ion channel),。,乙酰胆碱受体（,AchR,）通道,乙酰胆碱受体是阳离子通道。骨骼肌肌膜上的,AchR,是由,4,种亚基构成的,5,聚体糖蛋白,（,2,），分子量约,250KD,。两个,亚基是与,Ach,的结合部位；每个亚基含有一个跨膜片段，并多次跨膜，将,Ach,固定的膜上。,5,个亚基排列成中央凹陷的通道结构。,乙酰胆碱受体,N,型受体,即烟碱样受体，能被烟碱（,Nicotine,）激化的寡聚糖蛋白，位于细胞膜上，是突触后膜的配体门控离子通道。,当受体与,Ach,结合后，其构象改变，离子通道开启。脊椎动物中，该受体存在于神经,-,肌肉突触及植物神经节内，引起的反应为骨骼肌的收缩和植物神经的兴奋。,乙酰胆碱受体,烟碱类杀虫剂和沙蚕毒素类杀虫剂的作用靶标就是乙酰胆碱受体。,对昆虫乙酰胆碱受体分子生物学的深入研究，并结合受体表达，放射配体结合实验以及神经电生理的研究能为新型杀虫剂的开发，及其作用机理的研究提供理论和技术支持。,电鳗的,N,型乙酰胆碱受体,为,4,种、,5,个亚基形成的跨膜多肽链，,4,种亚基的分子量分别为,40,、,50,、,60,、,65KD,，分含有,437,、,469,、,489,和,501,个氨基酸残基，组成的五聚物,2,的每个亚基含有,4,个跨膜片段（,M1-M4,）。,乙酰胆碱结合位点位于,亚基的半胱氨酸区或附近，位点序列为,Cys-192,和,Gys-193,。,各亚基间形成一个中央有孔的玖瑰花形结构。通道分子长约,12nm,，其中,5.5 nm,延伸到膜外，,2 nm,向内伸到膜内侧面；膜外部分的直径,8 nm,，在膜内