氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)-神經(jīng)生物學(xué)田波

氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì),田 波神經(jīng)生物學(xué)系,1,氨基酸,胺類,多肽,神經(jīng)遞質(zhì)(Classical neurotransmitters),經(jīng)典神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿(Acetylcholine, Ach)單胺類(Monoamine)氨基酸類(Amino acids)Glutamate(谷氨酸)，Aspartate(天冬氨酸) Glycine(甘氨酸), GABA (-氨基丁酸)其他： 脯氨酸，?；撬幔?-氨基乙磺酸）、N-甲基-D-天冬氨酸 (NMDA）神經(jīng)肽類其他：NO 、CO,神經(jīng)遞質(zhì)的判定標(biāo)準(zhǔn)（ Criteria for neurotransmitter）,突觸前神經(jīng)元存在合成遞質(zhì)的前體和酶體系，并能合成該遞質(zhì)遞質(zhì)存在突觸小泡內(nèi)，當(dāng)沖動(dòng)抵達(dá)末梢時(shí)，小泡內(nèi)遞質(zhì)能釋放入突觸間隙遞質(zhì)釋出后經(jīng)突觸間隙作用于后膜上特異受體而發(fā)揮其生理效應(yīng)存在使該遞質(zhì)失活的酶或其他方式(如重?cái)z取)有特異的受體激動(dòng)劑或拮抗劑，并能夠分別擬似或阻斷該遞質(zhì)的突觸傳遞作用,吊著氨基酸上課，高考真從“點(diǎn)滴”做起？,氨基酸類遞質(zhì),氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的代謝：合成、儲(chǔ)存、釋放、失活興奮性氨基酸遞質(zhì)（excitatory amino acid） 谷氨酸(Glu) 天冬氨酸(ASP)抑制性氨基酸遞質(zhì) (inhibitory amino acid) -氨基丁酸(GABA) 甘氨酸（Ala）,氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的代謝,氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的合成氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的儲(chǔ)存氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的釋放氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的失活,氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)合成,氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)在突觸前末梢由底物經(jīng)酶催化合成酶在胞體內(nèi)合成，經(jīng)慢速軸漿運(yùn)輸方式運(yùn)輸?shù)侥┥遥孜锿ㄟ^胞膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白攝入底物和酶是合成的限速因素，合成速度受限速酶和底物攝入速度的調(diào)節(jié),氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)合成,合成速度受限速酶和底物攝入速度的調(diào)節(jié),合成部位: 突觸前末梢,合成酶：胞體內(nèi)合成, 慢速軸漿運(yùn)輸(0.55mm/d) 末梢,底物：通過胞膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(或轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)) 攝入,+,氨基酸類遞質(zhì),氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的代謝,氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的合成氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的儲(chǔ)存氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的釋放氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的失活,囊泡儲(chǔ)存是遞質(zhì)儲(chǔ)存的主要方式,遞質(zhì)合成后通過囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)體儲(chǔ)存在囊泡內(nèi)，囊泡內(nèi)可以有數(shù)千個(gè)遞質(zhì)分子。待釋放的活動(dòng)囊泡聚集在突觸前膜活動(dòng)區(qū)，為遞質(zhì)的胞裂外排作好準(zhǔn)備,聚集在突觸前膜活動(dòng)區(qū),囊泡的超微形態(tài),小分子遞質(zhì)如氨基酸類遞質(zhì)、乙酰膽堿儲(chǔ)存在直徑4060 nm的小囊泡中，在電鏡下囊泡中央清亮，為小的清亮囊泡神經(jīng)肽儲(chǔ)存在直徑約90250nm的大囊泡中，電鏡下，囊泡中央電子密度較高，為大的致密核心囊泡單胺類遞質(zhì)儲(chǔ)存的囊泡既有小的致密核心囊泡，也有大的（直徑60120 nm）不規(guī)則形狀的致密囊泡,神經(jīng)遞質(zhì)共存,一個(gè)神經(jīng)末梢往往儲(chǔ)存和釋放兩種或更多的化學(xué)信息物質(zhì)，即多種神經(jīng)信息物質(zhì)共存于同一神經(jīng)元中，此現(xiàn)象稱為遞質(zhì)共存(neurotransmitter coexistence),神經(jīng)遞質(zhì)共存,長(zhǎng)期來認(rèn)為，一個(gè)神經(jīng)元內(nèi)只存在一種遞質(zhì)，其全部神經(jīng)末梢均釋放同一種遞質(zhì)。這一原則稱為戴爾原則（Dales principle）免疫組化方法觀察到，一個(gè)神經(jīng)元內(nèi)可存在兩種或兩種以上遞質(zhì)（包括調(diào)質(zhì)），因此認(rèn)為戴爾原則并不正確但是戴爾的原先觀點(diǎn)認(rèn)為，一個(gè)神經(jīng)元的全部神經(jīng)末梢均釋放相同的遞質(zhì)；他并沒有限定一個(gè)神經(jīng)元只能含一種遞質(zhì)。因此，戴爾的觀點(diǎn)還是對(duì)的，而戴爾原則則是需要修改的,囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)體,轉(zhuǎn)運(yùn)的能量來源于ATP酶依賴性的囊泡內(nèi)H濃度的蓄積H與轉(zhuǎn)運(yùn)遞質(zhì)反向轉(zhuǎn)運(yùn)該家族成員有囊泡單胺類轉(zhuǎn)運(yùn)體 (Vesicular monoamine transporter, VMAT)VMAT1：外周內(nèi)分泌和旁分泌細(xì)胞VMAT2：CNS囊泡乙酰膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)體 (Vesicular ACh transporter, VAChT)囊泡單胺類轉(zhuǎn)運(yùn)體（VMAT）囊泡乙酰膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)體(VAChT) 囊泡抑制性氨基酸（GABA/甘氨酸）轉(zhuǎn)運(yùn)體(VGAT、VIAAT)囊泡谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體,囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)體,動(dòng)力： 囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)過程首先需要ATP驅(qū)動(dòng)的H+泵，使囊泡內(nèi)聚集高濃度的H+，囊泡內(nèi)液呈微酸性，在囊泡膜內(nèi)外形成電化學(xué)梯度，依此為動(dòng)力，轉(zhuǎn)運(yùn)體將遞質(zhì)與囊泡內(nèi)H+進(jìn)行交換，遞質(zhì)得以進(jìn)入囊泡。,囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)體,動(dòng)力： 囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)過程首先需要ATP驅(qū)動(dòng)的H+泵，使囊泡內(nèi)聚集高濃度的H+，囊泡內(nèi)液呈微酸性，在囊泡膜內(nèi)外形成電化學(xué)梯度，依此為動(dòng)力，轉(zhuǎn)運(yùn)體將遞質(zhì)與囊泡內(nèi)H+進(jìn)行交換，遞質(zhì)得以進(jìn)入囊泡。,氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的代謝,氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的合成氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的儲(chǔ)存氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的釋放氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的失活,遞質(zhì)的釋放及其調(diào)控,遞質(zhì)釋放過程 動(dòng)作電位 Na+內(nèi)流 突觸前膜的去極化電壓門控式鈣通道的開放 Ca2+內(nèi)流囊泡的膜同突觸前膜的融合泡裂外排遞質(zhì)釋放入突觸間隙突觸前末梢的去極化是誘發(fā)遞質(zhì)釋放的關(guān)鍵因素 引起突觸前膜遞質(zhì)的釋放不是Na+、K+移動(dòng)本身 而是由Na+內(nèi)流時(shí)造成的膜的去極化 不伴隨離子移動(dòng)的人工去極化也能誘發(fā)囊泡的釋放 鈣離子進(jìn)入突觸前膜是遞質(zhì)釋放過程的觸發(fā)因子,遞質(zhì)的釋放及其調(diào)控,囊泡釋放是遞質(zhì)釋放的主要形式，囊泡的胞裂外排在所有的遞質(zhì)都相似，但在釋放的速度上有所差異。氨基酸類遞質(zhì)的釋放比神經(jīng)肽快，平均快50ms,鈣離子是遞質(zhì)釋放過程的觸發(fā)因子,神經(jīng)遞質(zhì)共存,共存遞質(zhì)的釋放主要是神經(jīng)元末梢內(nèi)存在有兩種大小不同的囊泡低頻率信息可使小囊泡釋放，高頻率信息則使大囊泡釋放這樣氨基酸和神經(jīng)肽共同釋放，共同傳遞信息，可起相互協(xié)同作用或拮抗作用，有效地調(diào)節(jié)細(xì)胞或器官的生理功能還可通過突觸前互相調(diào)節(jié)來改變遞質(zhì)的釋放量，有利于加強(qiáng)或減弱作用強(qiáng)度,遞質(zhì)共存 (Neurotransmitter coexistence Dales principle),遞質(zhì)的釋放及其調(diào)控,氨基酸類遞質(zhì)釋放較快的原因: 在突觸前膜的活性帶,常常有儲(chǔ)存小分子遞質(zhì)的清亮囊泡錨靠, 而鈣通道靠近錨靠的囊泡,動(dòng)作電位到達(dá)神經(jīng)末梢,活性帶附近的Ca2+通道開放,(時(shí)間約300us) Ca2+進(jìn)入細(xì)胞,在離鈣通道口50nm范圍內(nèi)短時(shí)間(200s)造成高Ca2+,使鈣通道口10nm處Ca2+升高到100200mol時(shí),觸發(fā)囊泡的胞裂外排,遞質(zhì)的釋放及其調(diào)控,大分子遞質(zhì)釋放較慢的原因: 大分子的神經(jīng)肽和某些單胺類遞質(zhì)儲(chǔ)存的大的致密核心囊泡不集中在活性帶,而是隨機(jī)分散在胞漿內(nèi), 依靠Ca2+在胞漿內(nèi)的彌散及囊泡與Ca2+的高親和力,才被動(dòng)員到突觸前膜釋放,所以神經(jīng)肽的釋放比小分子遞質(zhì)慢50ms,氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的代謝,氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的合成氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的儲(chǔ)存氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的釋放氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的失活,遞質(zhì)失活的必要性,必要性：釋放到突觸間隙的遞質(zhì)必須迅速移去，否則突觸后神經(jīng)元不能對(duì)隨機(jī)而來的信號(hào)發(fā)生反應(yīng)，況且受體持續(xù)暴露在遞質(zhì)作用下，幾秒后失敏，使遞質(zhì)傳遞效率降低,神經(jīng)遞質(zhì)在突觸間隙內(nèi)的消除,重?cái)z?。阂蕾嚿窠?jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)體(Transporter)重?cái)z取是經(jīng)典神經(jīng)遞質(zhì)消除的主要方式酶解酶解是消除神經(jīng)肽的主要方式，也是消除經(jīng)典神經(jīng)遞質(zhì)的最終方式彌散 氣體類神經(jīng)遞質(zhì),氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)：重?cái)z取,重?cái)z?。阂蕾嚿窠?jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)體(Transporter)重?cái)z取是消除氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)的主要方式氨基酸類遞質(zhì)可同時(shí)被神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞攝?。▎伟奉愡f質(zhì)只能被神經(jīng)元重?cái)z取）重?cái)z取的遞質(zhì)進(jìn)入胞漿后又被囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)體攝取重新儲(chǔ)存在囊泡中,膜轉(zhuǎn)運(yùn)體(plasma membrane transporter),600個(gè)左右的氨基酸組成的膜蛋白存在部位: 神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞、周圍組織細(xì)胞依賴細(xì)胞內(nèi)外Na+的電化學(xué)梯度提供轉(zhuǎn)運(yùn)的動(dòng)力此外也需要Cl-或K+共同轉(zhuǎn)運(yùn),膜轉(zhuǎn)運(yùn)體,興奮性氨基酸遞質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)體,GLAST1GLT1EAAC1,大鼠 人,EATT1EATT2EATT3EATT4EATT5,功能：轉(zhuǎn)運(yùn)L-和D-谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)L-和D-天冬氨酸,Na+/ K+依賴性轉(zhuǎn)運(yùn)體,興奮性氨基酸遞質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)體,Neuronal (Retinal),Neuronal (cerebellum),Neuronal,Glial,Glial,Cellular Distribution,EAAT 5,EAAT 4,EAAC 1,EAAT 3,GLT-1,EAAT 2,GLAST,EAAT 1,Alternative Names,Name,興奮性氨基酸遞質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)體,Na+/ K+依賴性轉(zhuǎn)運(yùn)體,分子結(jié)構(gòu),有610個(gè)跨膜區(qū)段,興奮性氨基酸遞質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)體,Na+/ K+依賴性轉(zhuǎn)運(yùn)體,每轉(zhuǎn)運(yùn)1分子谷氨酸伴隨2個(gè)Na+進(jìn)入細(xì)胞和1個(gè)K+從胞內(nèi)移出目前認(rèn)為EAAT4和EAAT5兼有轉(zhuǎn)運(yùn)體和離子通道的雙重功能,抑制性氨基酸遞質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)體,包括： -氨基丁酸轉(zhuǎn)運(yùn)體（GAT） 脯氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體（PROT） ?；撬徂D(zhuǎn)運(yùn)體（Taurt） 甘氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體（GLYT）,Na+/ Cl-依賴性轉(zhuǎn)運(yùn)體,單胺類及抑制性氨基酸遞質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)體,有12或11個(gè)跨膜區(qū)段，N、C端均在細(xì)胞內(nèi)，這些氨基酸在跨膜區(qū)形成-螺旋,Na+/Cl-轉(zhuǎn)運(yùn),底物轉(zhuǎn)運(yùn)的識(shí)別部位,單胺類及抑制性氨基酸遞質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)體,動(dòng)力：依靠細(xì)胞內(nèi)外由細(xì)胞膜上Na+ /K+酶活動(dòng)所致的Na+的電化學(xué)的電化學(xué)梯度,轉(zhuǎn)運(yùn)體進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)的動(dòng)力: 細(xì)胞膜Na+/K+-ATP酶的活動(dòng) 使細(xì)胞內(nèi)外形成Na+的電化學(xué)梯度差 啟動(dòng)Na+/ Cl-依賴性遞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)體的轉(zhuǎn)運(yùn),單胺類及抑制性氨基酸遞質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)體,轉(zhuǎn)運(yùn)體的轉(zhuǎn)運(yùn)過程: 以DA為例: 轉(zhuǎn)運(yùn) 1分子DA 胞內(nèi) 2個(gè) Na+ 1個(gè) Cl-,同向轉(zhuǎn)運(yùn),氨基酸類遞質(zhì)釋放后可以被神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞重?cái)z取,膜轉(zhuǎn)運(yùn)體的調(diào)控,膜轉(zhuǎn)運(yùn)體的功能受下列因素調(diào)控蛋白激酶膜電位溫度,膜轉(zhuǎn)運(yùn)體的調(diào)控,蛋白激酶轉(zhuǎn)運(yùn)體的分子結(jié)構(gòu)中有磷酸化位點(diǎn)，PKC、PKA通過磷酸化負(fù)性調(diào)節(jié)膜轉(zhuǎn)運(yùn)體在膜上的密度和活性，抑制相應(yīng)遞質(zhì)的重?cái)z取。,膜轉(zhuǎn)運(yùn)體的調(diào)控,膜轉(zhuǎn)運(yùn)體也可以在細(xì)胞內(nèi)高Na+、膜去極化或藥物作用下反向轉(zhuǎn)運(yùn)，將細(xì)胞內(nèi)遞質(zhì)釋放至細(xì)胞外,膜轉(zhuǎn)運(yùn)體的調(diào)控,溫度溫度降低，轉(zhuǎn)運(yùn)體的轉(zhuǎn)運(yùn)能力也隨之下降。如將紋狀體的溫度從37oC降至25oC，EAAT的親和力中度減少，轉(zhuǎn)運(yùn)速率降低。,興奮性氨基酸,谷氨酸（Glu）,50,Glu,GABA,谷氨酸,英文名稱：glutamicacid，glutamate化學(xué)名稱：-氨基戊二酸分子式：C5H9NO4分子量：147.13076谷氨酸是蛋白質(zhì)的主要構(gòu)成成分，谷氨酸鹽在自然界普遍存在的。多種食品以及人體內(nèi)都含有谷氨酸鹽，它即是蛋白質(zhì)或肽的結(jié)構(gòu)氨基酸之一，又是游離氨基酸,谷氨酸的代謝,谷氨酸的合成谷氨酸的儲(chǔ)存谷氨酸的釋放（受體）谷氨酸的失活,谷氨酸的合成,腦中游離氨基酸以谷氨酸(Glu)含量最高，它比其在血漿中的濃度要高出200倍以上 谷氨酸難以通過血腦屏障，腦內(nèi)谷氨酸來源于自身的合成 同位素示蹤實(shí)驗(yàn)表明腦內(nèi)谷氨酸合成的原料是來自血糖的葡萄糖葡萄糖進(jìn)入腦細(xì)胞后先轉(zhuǎn)變成酮戊二酸,谷氨酸的合成,由-酮戊二酸在轉(zhuǎn)氨酶的作用下加氨基而生成:底物： -酮戊二酸（葡萄糖經(jīng)三羧酸循環(huán)產(chǎn)生的中間代 謝產(chǎn)物） 氨基酸（能透過血腦屏障的氨基酸，如亮氨酸、 異亮氨酸、纈氨酸等）,途徑一：,谷氨酸的合成,途徑二：,由-酮戊二酸經(jīng)過谷氨酸脫氫酶作用產(chǎn)生谷氨酸,谷氨酸脫氫酶,谷氨酸的合成,途徑三：,鳥氨酸,鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶,瓜氨酸,谷氨酸,谷氨酸的合成,途徑四：,由谷氨酰胺經(jīng)谷氨酰胺酶脫氨基產(chǎn)生,谷氨酸的代謝,谷氨酸的合成谷氨酸的儲(chǔ)存谷氨酸的釋放（受體）谷氨酸的失活,谷氨酸的存儲(chǔ),囊泡谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體VGluT可以作為谷氨酸能神經(jīng)元的標(biāo)記物VGluT1-3，腦內(nèi)分布的特異性是谷氨酸的高選擇性、低親和力（Km=1-2mmol/l）的囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)體,谷氨酸的存儲(chǔ),VGLUT1 (red) ：大腦皮層 cortex (Ctx), 海馬 hippocampus (Hc) ，齒狀回dentate gyrus (Dg)，紋狀體基底外側(cè)核amygdala (Bl) VGLUT2 (blue)：丘腦 thalamus, 下丘腦hypothalamus （腹內(nèi)側(cè)核， VMH), 腦干brainstem，大腦皮層第四層神經(jīng)元，紋狀體中間核amygdala (M) VGLUT3 (green) ：大腦皮層第二層神經(jīng)元,谷氨酸的存儲(chǔ),囊泡谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體相關(guān)疾病,囊泡谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體VGLUT的增多常見于神經(jīng)損傷中神經(jīng)元缺氧性損傷：中風(fēng)應(yīng)激 stress甲基苯丙胺 methamphetamine（脫氧麻黃堿）癲癇 過表達(dá)VGLUT可增加單個(gè)谷氨酸囊泡的釋放量 導(dǎo)致興奮性毒性損傷excitotoxic neurodegeneration,谷氨酸的代謝,谷氨酸的合成谷氨酸的儲(chǔ)存谷氨酸的釋放（受體）谷氨酸的失活,谷氨酸的失活,谷氨酸重?cái)z取是滅活突觸內(nèi)谷氨酸遞質(zhì)的主要機(jī)制谷氨酸膜轉(zhuǎn)運(yùn)體谷氨酸高親和力（Km=umol/l）轉(zhuǎn)運(yùn)體Na+/ K+依賴性膜轉(zhuǎn)運(yùn)體EAAT1-5，位于突觸前膜或膠質(zhì)細(xì)胞膜上,Na+/ K+依賴性轉(zhuǎn)運(yùn)體,谷氨酸膜轉(zhuǎn)運(yùn)體功能異常與疾病,谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體與肌萎縮側(cè)索硬化癥（ ALS ）,谷氨酸-谷氨酰胺循環(huán),攝入膠質(zhì)細(xì)胞的谷氨酸在谷氨酰胺合成酶的作用下轉(zhuǎn)變成谷氨酰胺谷氨酰胺進(jìn)入突觸前末梢，在谷氨酰胺酶作用下脫氨基生成谷氨酸,谷氨酰胺轉(zhuǎn)運(yùn)體,Na+依賴性轉(zhuǎn)運(yùn)體膠質(zhì)細(xì)胞：System N神經(jīng)末梢：System A,谷氨酸-谷氨酰胺循環(huán)的意義,重?cái)z取腦中谷氨酰胺合成酶的活性強(qiáng)，所生成的谷氨酰胺，與谷氨酸不同，可以通過血腦屏障而進(jìn)入血中，這樣，腦組織從血中攝入葡萄糖，通過代謝，還血液以谷氨酰胺，清除了腦中的氨，以免氨的積存危害腦的功能,谷氨酸的代謝,谷氨酸的合成谷氨酸的儲(chǔ)存谷氨酸的釋放（受體）谷氨酸的失活,谷氨酸的囊泡釋放,谷氨酸能神經(jīng)元腦內(nèi)分布,感覺和運(yùn)動(dòng)投射系統(tǒng)皮質(zhì)內(nèi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)皮質(zhì)至基底節(jié)、丘腦的投射通路視覺傳導(dǎo)通路,谷氨酸受體,離子型谷氨酸受體,NMDA,AMPA and Kainate receptors generally allow the passage of Na+ and K+,NMDA receptors allows the passage of both Na+ and Ca+ ions. More permeable to Ca+,離子型谷氨酸受體,由4個(gè)亞單位組成亞單位組成的不同決定了受體功能的差異，以及對(duì)激動(dòng)劑/拮抗劑的選擇性NMDA受體；AMPA受體和Kainate（KA）受體非NMDA受體,AMPA受體,AMPA（-amino-3-hydroxyl-5-methyl-4-isoxazole-propionate）受體由四種亞單位（GluR1-4）組成的同源四聚體或異源四聚體S1和S2區(qū)組成了配體結(jié)合區(qū),AMPA受體,AMPA受體介導(dǎo)的谷氨酸能興奮性突觸后電流（EPSC），主要以快時(shí)程為特征。腦內(nèi)正常的谷氨酸能突出傳遞主要是由快時(shí)程的AMPA受體介導(dǎo)完成的。,快速激活 快速失敏,AMPA受體,通常只允許單價(jià)陽(yáng)離子通過：Na+、K+GluR2亞單位決定了AMPA受體對(duì)Ca2+的通透性,79,External Solution: Na+ Ca2+ Na+ Ca2+,GluR2亞單位決定了AMPA受體對(duì)Ca2+的通透性,GluR2亞單位對(duì)Ca2+的通透性是由GluR2 mRNA轉(zhuǎn)錄后編輯決定的GluR2亞單位Q/R位點(diǎn)編輯Q：谷氨酸 Ca2+-permeable R：精氨酸 Ca2+-impermeable,AMPA受體在突觸后膜的動(dòng)態(tài)表達(dá)與長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（LTP）、長(zhǎng)時(shí)程抑制（LTD）的誘發(fā)和維持有關(guān)，參與調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)記憶活動(dòng),ALS 肌萎縮側(cè)索硬化癥，又稱漸凍人癥 腦缺血Ischemia,正常脊髓神經(jīng)元GluR2表達(dá)散發(fā)性ALS病人GluR2，Q/R 位點(diǎn)編輯 (Kawaharaetal., 2004)Ca2+-permeable AMPA receptors AMPA-mediated activity AMPA-mediated excitotoxicity,Q：谷氨酸 Ca2+-permeable R：精氨酸 Ca2+-impermeable,Ischemia,GluR2 subunit Ca2+permeability ,neuronal cell death,NBQX（AMPA receptor antagonist）可保護(hù)神經(jīng)元,NMDA受體,亞單位：NR1 NR2A-D NR3功能性的NMDA受體必須含有NR1亞單位，多個(gè)NR2亞單位與NR1共同形成四聚體（或五聚體）NR1是構(gòu)成離子通道的基本亞單位；NR2是調(diào)節(jié)亞單位，不同NR2組成的NMDA受體表現(xiàn)出不同的腦內(nèi)分布與生理學(xué)特性,84,NR1 ：全腦 NR2A：前腦、小腦 NR2B： 前腦NR2C ：小腦NR2D： 中腦、后腦（與NR2A互補(bǔ)）,85,NMDA受體的分布,NMDA受體,NR2結(jié)合位點(diǎn)：激活性結(jié)合位點(diǎn)：谷氨酸結(jié)合位點(diǎn)甘氨酸結(jié)合位點(diǎn)Polyamine結(jié)合位點(diǎn)抑制性結(jié)合位點(diǎn)Mg2+結(jié)合位點(diǎn)Zn2+結(jié)合位點(diǎn)H+結(jié)合位點(diǎn),86,甘氨酸是激活NMDA受體的“輔助激動(dòng)劑”,甘氨酸明顯增強(qiáng)由谷氨酸誘發(fā)的電流反應(yīng)在爪蛙卵母細(xì)胞表達(dá)的NMDA受體，若灌流液中不加甘氨酸，NMDA幾乎不能誘發(fā)電流反應(yīng),87,MK801是常用NMDA受體拮抗劑MK801不能進(jìn)入到關(guān)閉狀態(tài)的NMDA受體通道內(nèi)與PCP位點(diǎn)結(jié)合；僅選擇性的結(jié)合于開放狀態(tài)的NMDA受體通道,MK801,88,地佐環(huán)平,Mg2+是NMDA受體電壓依賴性的阻滯劑,在靜息膜電位水平，細(xì)胞外Mg2+阻斷了NMDA誘導(dǎo)的電流反應(yīng)在去極化狀態(tài)下可解除Mg2+對(duì)NMDA受體通道的阻滯作用,89,NMDA受體突觸信息傳遞的特點(diǎn),NMDA受體的激活依賴于配體（谷氨酸，與NR2亞單位結(jié)合）和甘氨酸（與NR1亞單位結(jié)合）的協(xié)同作用；在靜息膜電位時(shí)，NMDA受體一直被Mg2+阻斷，在神經(jīng)元細(xì)胞膜去極化的情況下Mg2+被移除，離子能通過受體通道；NMDA受體激活后，大量的胞外Ca2+進(jìn)入細(xì)胞；由NMDA受體介導(dǎo)的神經(jīng)遞質(zhì)傳遞較慢并且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。,91,興奮性突觸傳遞的兩組成分,在谷氨酸突觸傳遞過程中，AMPA受體和NMDA受體都會(huì)被激活A(yù)MPA受體介導(dǎo)的快速反應(yīng)NMDA受體介導(dǎo)的較慢但持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的反應(yīng)AMPA受體激活引起的去極化是移除阻滯在NMDA受體上的Mg2+所必需的,97,谷氨酸受體與突觸可塑性,早期LTP：Ca/CaM依賴的蛋白激酶II（CaMKII）蛋白激酶C（PKC）產(chǎn)生逆行信使（NO），促進(jìn)突觸前神經(jīng)元遞質(zhì)的釋放CaMKII能觸發(fā)在突觸后膜上插入AMPA受體或增加谷氨酸受體通道的傳導(dǎo)性,98,谷氨酸受體與突觸可塑性,晚期LTP：3小時(shí)以上蛋白激酶A（PKA）和胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERK）通路需要有基因的轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)的合成,99,代謝型谷氨酸受體,100,G蛋白偶聯(lián)受體,101,代謝型谷氨酸受體,代謝型谷氨酸受體分類標(biāo)準(zhǔn),Main transduction pathways activated by mGlu receptors,105,代謝型谷氨酸受體在突觸的分布,激活調(diào)節(jié)突觸后離子通道,voltage-dependent ion channelsActivation of all three classes of mGluR has been shown to inhibit L-type voltage-dependent Ca2+ channels.Group I and II mGluR inhibit N-type Ca2+ channels.Activation of mGluR closes voltage-dependent, Ca2+-dependent K+ channels in hippocampal and other cortical neurons, leading to slow depolarization and consequent neuronal excitation. In cerebellar granule cells, mGluR activation increases the activity of Ca2+-dependent and inwardly rectifying K+ channels, leading to a reduction in excitability.,106,激活調(diào)節(jié)突觸后離子通道,ligand-gated ion channels NMDA and kainate receptors ,GABAA receptors. Whether activation of mGluR acts to inhibit or potentiate an ionotropic receptor depends on what component of the signal transduction mechanism is affected and this is often tissue-specific. In hippocampal pyramidal cells group I, mGluR activation potentiates currents through NMDA receptors.In cerebellar granule cells, mGluR activation inhibits NMDA-receptor-induced elevations of intracellular calcium,107,代謝性谷氨酸受體的生理及病理功能,the generation of slow excitatory and inhibitory synaptic potentialsmodulation of synaptic transmissionsynaptic integration and plasticity. addictionParkinsons diseaseanxiety disordersschizophrenia,興奮性氨基酸毒性(excitotoxicity),在1974年，Olney發(fā)現(xiàn)大劑量注射谷氨酸、天冬氨酸、 半胱氨酸及其類似物，可導(dǎo)致新生嚙齒類動(dòng)物位于血腦屏障外的視網(wǎng)膜和室周核團(tuán)的神經(jīng)元急性變性。1985年Choi報(bào)道，100 uM Glu 5 min 神經(jīng)元死亡 2 uM Glu 24小時(shí) 損傷 腦內(nèi)微量注射 神經(jīng)元死亡 1990年Kempski提出已有血腦屏障損害的患者，若用含Glu的氨基酸營(yíng)養(yǎng)液靜脈輸注時(shí)，加重腦損傷。,興奮性氨基酸的生理功能及其毒性作用,興奮性氨基酸與突觸傳遞與學(xué)習(xí)記憶與精神分裂癥與神經(jīng)變性疾病神經(jīng)毒性作用,概念 缺血、缺氧、創(chuàng)傷、中毒等因素導(dǎo)致EAA在神經(jīng)元外異常堆積，引起神經(jīng)元的壞死或凋亡。,興奮性氨基酸毒性,Produces domoic acid (kainate x 6),3 died; post-mortemshowed neuronal necrosis in hippocampus and amygdala.,Several among the survivors suffered from irreversible loss of short-term memory.,Biological Source: Pseudo-nitzschia pungens (seaweed)Consumption (1): Blue musselsConsumption (2): Sea-food lovers,Kainic acid,Domoic acid 軟骨藻酸,Acute neurotoxicity, arising from a primaryaction of domoic acid on kainate receptors.,興奮性氨基酸毒性機(jī)理,促進(jìn)Na+、Cl-、水的內(nèi)流Ca2+超載氧自由基的產(chǎn)生NO及過氧亞硝基陰離子(O N O O- ) 的作用,過氧亞硝基陰離子,抑制性氨基酸,-氨基丁酸（GABA）,116,Glu,GABA,117,GABA的合成,底物：谷氨酸glutamate合成酶：谷氨酸脫羧酶GAD輔酶：磷酸吡哆醛PLP（VitB6）,118,谷氨酸脫羧酶,119,GAD只存在于神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)GAD可以作為GABA能神經(jīng)元的標(biāo)記物,谷氨酸脫羧酶,抑制劑 3-巰基丙酸（3-MP） L-谷氨酸- -肼 烯丙基甘氨酸 與GABA結(jié)構(gòu)相似，對(duì)GAD具有較為特異的抑制作用,給予大鼠3-MP，GABA合成減少，使大鼠興奮奔跑，大劑量可引起驚厥,GABA的儲(chǔ)存,VGAT,囊泡GABA轉(zhuǎn)運(yùn)體,Increased vulnerability to depressive-like behavior of mice with decreased expression of VGLUT1. Biol Psychiatry. 2009 Aug 1;66(3):275-82.,Decreased expression ofvesicular GABA transporter, but not vesicular glutamate, acetylcholine and monoamine transporters in ratbrainfollowing focal ischemia. Neurochem Int. 2005 Jul;47(1-2):136-42.,VGAT與疾病,重?cái)z取GABA膜轉(zhuǎn)運(yùn)體,GAT：GAT1,2,3 BGT1（也稱作GAT4）具有12個(gè)跨膜疏水螺旋結(jié)構(gòu)，N,C端均位于胞內(nèi)側(cè)并帶有磷酸化位點(diǎn)逆化學(xué)梯度將GABA跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)：2Na+:1Cl-:1GABAGAT在神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞上均有表達(dá),123,GABA的失活,124,谷氨酰胺合成酶,谷氨酰胺酶,谷氨酰胺酶,谷氨酸脫羧酶,谷氨酸脫氫酶,轉(zhuǎn)氨酶,GABA降解,125,GABA能神經(jīng)元的腦內(nèi)分布,廣泛分布于皮質(zhì)、海馬、黒質(zhì)、蒼白球、紋狀體、小腦、嗅球等處,126,多數(shù)GABA能神經(jīng)元屬于中間神經(jīng)元,GABA受體,GABAA GABAC,GABAB,離子通道型受體,G蛋白偶聯(lián)型受體,GABAA受體的結(jié)構(gòu),配體門控離子通道由5個(gè)亞單位組