神经科学/细胞神经生物学/突触
突触是指通常存在于神经元、免疫细胞和上皮细胞之间的细胞间相互作用。为了正常运作,一些突触需要粘附蛋白,例如神经递质受体。突触有两种类型,区别在于信号如何从一个细胞传递到下一个细胞。在电突触中,一个细胞的胞质溶胶与下一个细胞之间存在连接,而在化学突触中,动作电位被转换成化学信号,然后在突触后细胞中被转换成电信号。
当两个细胞相遇并在其膜之间形成间隙连接时,就会形成电突触。间隙连接由称为连接蛋白的蛋白质亚基形成,六个连接蛋白亚基将形成一个称为连接子的跨膜蛋白。当两个连接子连接时,一个来自两个细胞中的每一个的膜,就会形成一个间隙连接,并且胞质溶胶连接在一起。一个电突触包含许多这样的间隙连接。由于这些间隙连接连接了两个细胞的胞质溶胶,因此细胞之间存在电连续性,这有助于双向瞬时通讯(尽管有时一个方向更受青睐)。胞质溶胶的连接使突触万无一失,并且还使通过电突触相互传递信号的多个神经元能够同步快速活动。此外,共享胞质溶胶的细胞(例如,通过两个电突触连接的细胞)也可以共享化学信号,因此一个细胞接收到的细胞生长信号可能在邻近细胞中被发现。电突触在无脊椎动物神经系统中所占比例最高。它们也遍布哺乳动物中枢神经系统,但与化学突触相比,比例较低。
与电突触的快速电胞质传递相反,化学突触明显地将两个细胞的胞质溶胶隔开。到达轴突末梢的动作电位会导致化学信号的释放,然后这些化学信号会导致突触后膜上的膜电位发生变化。
在轴突末梢,神经递质首先存储在一个称为内体的巨大“池”中。当对神经递质的需求增加时,内体的膜会出芽形成含有神经递质量(此数量变化不大)的囊泡。然后,这些囊泡将在突触中移动到更靠近活性区的区域,即释放神经递质的区域,等待使用。一旦一个囊泡被使用,它将被送回内体的膜并再次使用。
突触前膜上有许多与之结合的囊泡,其中含有准备释放的神经递质。当动作电位到达突触前膜时,电压门控钙离子通道打开,允许钙离子流入。钙离子将与囊泡膜上的蛋白质结合,并导致其紧密移动并与突触前膜融合。随着这种持续发生,囊泡将打开,将其内容物释放到突触间隙中。当此过程完成后,突触前膜中囊泡周围的蛋白质将导致膜在细胞内部出芽,本质上重新形成囊泡并使其返回内体。
在突触前膜和突触后膜之间,有一个 20-50 纳米宽的空间,充满了流体和结构蛋白,它们将两个突触膜连接在一起。这是突触间隙,神经递质在释放后通过它扩散以与突触后膜上的受体结合。
这指的是接收来自突触前膜的化学信号的区域。因此,轴突被发现与树突突触(即粘附并传递信号),但也与细胞体或其他轴突末梢上的膜突触。突触后膜将具有受体,神经递质可以与之结合。根据受体的类型,一个通道将被快速打开,或者将生成进一步的化学信息,在更长的时间内影响突触。
神经元专门利用突触进行细胞间相互作用。每当刺激触发动作电位时,神经元就会通过其突触将信号传递到下一个神经元。首先,动作电位到达突触前膜(轴突末梢),其中包含许多包装在突触囊泡中的神经递质。动作电位会触发神经递质释放到突触中,因为突触囊泡扩散到细胞膜中。释放到突触中的神经递质会到达位于突触后膜(树突末梢)上的神经递质受体。这会触发突触后膜上的动作电位,该动作电位将被传递到下一个神经元,依此类推。以下图表显示了神经元突触的整体图像。