聚焦于核心概念建构的分析化学实验教学设计——高校实践类课程改革的理论基础及实践研究之三

精密度、准确度作为分析化学实验课程的核心概念,笔者建构的程序性开放实验教学模式中所包含的几个关键设计,实质上是引导学生围绕该核心概念展开学习与探究活动。研究表明,此类教学模式有助于学生发展深层理解力,提升思维能力并形成学科特有思维方式,对知识的记忆更为深刻,能更灵活解决实际问题。     

离子通道中毒对耦合随机Hodgkin-Huxley神经元集体激发行为的影响

四乙铵（tetraethylammonium）和河豚毒素（tetrodotoxin）可以分别使神经元细胞钾离子和钠离子通道中毒,从而导致电导降低和有效通道数减少。数值模拟研究了钾离子和钠离子通道中毒对耦合Hodgkin-Huxley神经元集体激发（collective spiking）行为的影响。发现对于一定数目的神经元,随离子通道簇面积（patchsize）的变化,离子通道中毒既可以增强也可以降低集体激发的规则性（regularity）;当簇面积大小固定时,对于较小和较大的簇面积,钾离子和钠离子通道中毒可以分别降低和增强集体激发的规则性,但二者变化的簇面积范围不同。对于某个簇面积,二者的效果可能相反。这一结果与离子通道中毒对单个神经元膜电势激发的影响不同,反映了神经元耦合作用、离子通道中毒导致的电导降低和离子通道噪声增强三者间的相互作用和影响。     

基于Delaunay三角法的电压门控钾离子通道的分类和拓扑结构识别

本文构建了一个Delaunay模型对电压门控钾离子(Kv)通道进行预测。该方法通过建立一系列带有隐含变量的单纯形来分类电压门控钾离子通道,然后通过未知序列在主成分空间里面的投影来预测结构。结果表明该模型无论是在分类和结构预测上均可以得到很好的结果。     

高氯酸镱对大鼠背根神经元细胞毒性及膜上钾通道的影响

研究了高氯酸镱(Yb(ClO4)3)诱导大鼠背根神经(DRG)元凋亡、引起胞内钙离子浓度变化以及对膜上钾离子通道的影响.急性分离大鼠DRG细胞,用不同浓度的Yb(ClO4)3处理DRG细胞24和96h,采用流式细胞仪和激光共聚焦法,检测细胞的凋亡和细胞内钙离子荧光强度的变化.利用全细胞膜片钳法,记录Yb(ClO4)3对细胞膜上不同钾通道电流的影响.结果表明,10,100,1000μmol/L Yb(ClO4)3处理DRG神经元24h,细胞基本不表现凋亡;处理96h,细胞出现明显的凋亡(P0.05～0.01),尤其是1000μmol/L Yb(ClO4)3,凋亡率达到了(55.23±3.76)%(P0.01).经Yb(ClO4)3孵育的DRG神经元胞内的Ca2+的荧光强度显著增大;Yb(ClO4)3抑制背根神经节纤维和神经元突起的生长.Yb(ClO4)3抑制DRG神经元膜上的钾电流,胞内和胞外的Yb(ClO4)3作用钾通道的部位不同.细胞外液中的Yb(ClO4)3不同程度地阻断了瞬间外向钾电流IA,对延迟整流钾电流几乎没影响;往电极内液中加入同样浓度的Yb(ClO4)3对IA影响很小,却特异性地阻断了延迟整流钾电流IK.10μmol/L Yb(ClO4)3使IA的激活和失活过程都显著右移,延长了瞬间外向钾电流达到峰值的时间和快速失活时间常数,增加神经元的兴奋性.     

程序性开放实验课程与教学模式——高校实践类课程改革的理论基础及实践研究之二

依据设计研究的基本思路,展示了程序性开放实验课程与教学模式的建模历程、实施效果和研究收益。反映了设计研究历程的智慧性和复杂性,以及此类研究范式在解决教学实践问题和发展有效教育教学理论等方面的实效性。为高校实践类课程与教学改革者提供了组织、范例和方法启示。     

乙酰胆硷在猕猴额叶神经元认知功能中的作用

本文为研究乙酰胆硷在大脑额叶认知功能中的作用,在4只猕猴进行作业操作时,在额叶弓状沟上支周围皮层区记录了作业相关神经元的电活动,观察了微量电泳乙酰胆硷和阿托品的效应。在辨别反应作业的延缓期和辨别期,和在延缓辨别作业的暗示期和延缓期放电增多的神经元,绝大多数在电泳乙酰胆硷时自发放电增多,作业相关反应增强。电泳阿托品则出现相反的效应。实验结果提示,大脑额叶弓状沟上支周围区神经元在实现其注意、辨别和短期记忆等认知功能中,乙酰胆硷可能起着重要作用,而且主要参与神经活动的兴奋过程。     

大脑额叶神经元在痛觉和针剌镇痛中的作用

本文为研究大脑额叶神经元在痛觉和针刺镇痛中的作用,设计了两套痛辨别作业,即痛辨别反应作业(作业Ⅰ)和痛延缓辨别作业(作业Ⅱ),对4只成年猕猴(Macaca mulatta)进行了实验研究。待动物学会了上述作业并进行操作的同时,引导额叶单个神经元放电。在作业Ⅰ中记录了276个作业相关神经元,其中有211个对痛和/或热刺激起反应.在作业Ⅱ中记录了73个作业相关神经元,其中有59个对痛和/或热刺激起反应。电针穴位可使动物的痛反应时延长,作业的操作正确率降低,神经元对痛刺激和热刺激的反应都有不同程度的减弱。这些神经元主要集中在大脑额叶弓状沟上支内侧的前额叶与运动前区皮层交界处。实验结果表明,痛觉刺激可以投射到大脑额叶,引起神经元活动的变化。这些神经元的机能可能与对伤害性刺激和非伤害性刺激的辨别有关。针刺对这些神经元的抑制作用,可能降低机体对伤害性刺激的辨别能力,从而有利于镇痛效应的产生。     

生动活泼的第二课堂

生动活泼的第二课堂张凡（南京大学化学化工学院９５级２１００９３）为了提高我们的动手与研究问题的能力，“大学化学实验”课在９５级学生中，开展了双休日开放实验室的活动。我在该活动中完成了所有的开放实验，颇有感触，下面谈一些肤浅的体会与想法。一、开放实验注...     

马氏钳蝎短链神经毒素BmP03的溶液结构的NMR研究

BmP03为从马氏钳蝎中得到的具有钾离子通道阻断活性的短链神经毒素。应用2DNMR实验和分子模拟技术,进行BmP03的溶液结构计算,结果显示BmP03与从蝎毒中得到的其他短链神经毒素具有相似结构。含一个α-螺旋(Cys3-Gly12),两条反平行的β-折叠股(Asn16-Cys19,Cys24-Asn27)。螺旋与折叠股间靠3对二硫键相连,在Asp20到Val23间形成一个二型转角结构。根据BmP03的溶液结构,对其表面电荷对钾离子通道阻断活性的影响进行观察。     

钙通道关闭及开放状态下稀土离子对淋巴细胞的 跨膜行为

用荧光探针法(以Fura-2为荧光指示剂)通过监测细胞内荧光强度的变化来判断稀土的跨膜行为。在近生理条件下,从单细胞、多细胞两个角度,研究了人外周血淋巴细胞钙离子通道开放、关闭等不同状态下Dy^3^+,La^3^+等稀土离子的跨膜行为。实验得出：微量稀土离子在上述状态下均不能跨膜内流。我们还发现,在钙通道开放的情况下,低剂量稀土离子不影响细胞外钙跨膜内流。     

刺激杏仁复合体对内膝体单位听反应的抑制性影响及其途径的分析

实验使用113只家兔。静脉注射三碘季胺酚,麻痹动物。记录内膝体单个神经元对于短声、短串声及短纯音的反应。当刺激杏仁复合体不同部位时,75个对短声有反应的内膝体神经元中有47个单位的反应受到了完全抑制(占62.7％)。这种抑制性影响的潜伏期为5—15毫秒,时程约为2—13毫秒。刺激杏仁核群的内侧核、中央核、外侧核时,在大脑的颞区及顶区皮层可以记录到潜伏期为1—2毫秒的诱发电位。最大振幅的诱发电位出现在Woolsey氏AI区。刺激Woolsey AI区同样能够抑制内膝体神经元对于声刺激的反应活动。此外,以1％普鲁卡因局部施加在听区皮层可以阻断刺激杏仁核群对于内膝体神经元放电的抑制性影响。基于以上事实,作者认为杏仁复合体对于内膝体单位活动的抑制影响可能是通过杏仁复合体——听区皮层——内膝体环路。本文并对这种抑制性影响的生物学意义进行了讨论。     

丘脑束旁核和中脑网状结构中两个神经元同时放电及刺激中央灰质对其影响

本文在42只大白鼠上,用两只微电极同时引导两个神经元放电的方法,研究了丘脑束旁核和中脑网状结构中痛兴奋和痛抑制神经元同时电活动的规律.结果证明:1.中脑网状结构中痛兴奋和痛抑制神经元是同时存在和活动的;2.伤害性信息可同时作用于束旁核和网状结构中痛兴奋和痛抑制神经元,两类神经元的电活动有明显的相互配合现象;3.刺激中央灰质或注射吗啡可同时使两核团中痛兴奋神经元活动减弱和痛抑制神经元活动加强。     

家兔眶回皮层对内膝体神经元电活动下行抑制性及易化性影响的研究

实验使用16只家免,静脉注射三碘季铵酚麻痹动物,记录内膝体(MGB)单个神经元对于短声刺激的放电反应和自发放电活动。电刺激大脑眶回皮层时,在92个对短声刺激具有放电反应的MGB神经元中,25个神经元的放电反应受到抑制(占27.2％),14个神经元的电活动受到易化影响(占15.2％);15个具有自发放电活动的神经元全部受到抑制性作用。这种具有抑制和易化效应的眶回皮层刺激点分布较为集中。刺激眶回皮层的相邻两点,可以对MGB同一神经元的电活动分别产生性质完全不同的抑制及易化效应。由于存在短潜伏期(2及3ms)的眶回下行作用,作者认为可能存在着“眶回-内膝体”的直接通路。用2％盐酸普鲁卡因阻断大脑嗅鼻沟后缘听觉皮层(ACBRS区),可使具有较长潜伏期的眶回易化效应消失,因而眶回对于MGB的影响也可能经由“眶回-ACBRS区-内膝体”环路。     

铅对海马神经元通道、受体和递质的影响及作用机制

综述了铅影响儿童学习记忆毒理机制研究的部分进展,即铅对海马神经元通道、受体和递质的影响及作用机制,包括铅对海马突触可塑性,离子通道,对NMDA受体、非NMDA受体及通道特性,神经递质和基因调控的影响。参考文献27篇。     

基于支持向量机方法的HERG钾离子通道抑制剂分类模型

对human ether-a-gō-gō related genes(HERG)钾离子通道(钾通道)抑制剂,计算了表征分子组成、电荷分布、拓扑、几何结构及物理化学性质等特征的1559个分子描述符.采用Fischer Score(F-Score)排序过滤和Monte Carlo模拟退火法相结合从中筛选与HERG钾通道抑制剂分类相关的分子描述符.采用支持向量机(SVM)方法,分别以IC50=1.0、10.0μmol·L-1为分类标准,建立了三个分类预测模型.对367个训练集分子,用五重交叉验证.得到正、负样本的平均预测精度分别为84.8%-96.6%、80.7%-97.7%,其总的平均预测精度为87.1%-97.2%,优于其它文献报道结果.对97个外部测试集分子,所建三个模型的总样本预测精度在67.0%-90.1%之间,接近或优于其它文献报道结果.     

生物细胞电化学噪声分析仪的研制及应用

本文提出了细胞离子通道的生物电化学噪声测试方法,设计并研制了电极电位和电流噪声测试电路。普鲁士蓝修饰的玻碳电极作为钾离子传感器,以测量细胞钾离子通道的开关周期。试验结果表明,宫颈癌细胞(HeLa细胞)钾离子通道的电流噪声功率谱分别在0.04Hz和0.06Hz出现峰值,说明HeLa细胞钾离子通道的开关周期在16s至25s之间。对离子通道的开关周期11次测量结果的标准偏差(RSD)10%。     

神经损伤区新生离子通道与异常电活动的关系

本文报道在因慢性压迫而引起损伤并产生异常传入放电的神经纤维上,应用几种离子通道药物局部作用于神经损伤区或全身注射,观察受伤神经纤维传入电活动的变化。实验表明,在神经损伤后而产生异常传入电活动的背景上,K~+通道的阻断剂四乙胺(TEA)使异常放电频率明显增加;Na~+通道阻断剂河豚毒素(TTX)浸润神经损伤区使异常放电活动消失;Ca~(2+)通道阻断剂异搏定,或影响Ca~(2+)通道的Mn~(2+),La~(3+)离子,不但抑制自发的异常电活动,而且可阻止TEA,去甲肾上腺素(NA)或K~+在损伤区诱发的异常放电。相反,增加神经损伤区的Ca~(2+)浓度使放电增加。这些离子通道药物对神经损伤区的异常放电的易化或抑制作用与对正常传入神经纤维电活动的不敏感性迥然不同,提示神经损伤后发生的异常传入电活动与损伤区的轴突膜上新生离子通道有关,其中可能有新生的Ca~(2+)通道,并参与异常放电的产生。     

血管内皮舒张因子激活阻力血管平滑肌细胞钙激活钾通道

本实验直接观察了由10~(-6)mol/L Ach激发大鼠主动脉内皮细胞产生的血管内皮舒张因子(Endothelium-derived relaxing factor,简称EDRF)对大鼠肠系膜动脉阻力血管平滑肌细胞钙激活钾通道的作用,首次发现EDRF可激活阻力血管平滑肌上160.3pS,76.4pS两种不同电导的钙激活钾通道。将目前有人认为是EDRF主要活性成分的NO(通过10~(-8)mol/L硝普钠释放)作用于相同标本上可激活100.5pS的钙激活钾通道。动力学分析表明EDRF与NO作用性质有差异。特别是通道开放概率,EDRF激活者远较NO激活者大。     

突触后细胞电活动对神经肌肉接点发育的作用

本文报道分离发育一天(20期左右)的爪蟾胚胎神经管与周围的肌肉细胞,培养一天后用全细胞箝位技术可在大部分与神经突接触的肌细胞上记录到微终板电位(MEPP)样电活动。此电活动是由胆碱能神经元自发释放ACh所致。给予肌肉细胞重复刺激,引起肌细胞大幅度的去极化后,MEPP样电活动的幅度和频率均发生明显的增加。此种增强效应长时间持续,表明接点后肌肉细胞电活动能促使神经肌肉接点的发育。单通道记录表明:此时突触后ACh受体通道的特性无明显变化,提示这种电活动增强作用的机制可能是由于突触前膜的变化。     

镧、钆、镱三种稀土离子诱导背根神经元凋亡及膜上钾电流的比较研究

运用流式细胞仪和膜片钳技术研究La3+,Gd3+,Yb3+三种稀土离子诱导大鼠背根神经元DRG凋亡以及膜上钾离子通道的影响。结果表明:10,100,1000μmol.L-1LaCl3和GdCl3处理DRG神经元96 h,细胞不出现凋亡;YbCl3处理96 h,细胞的凋亡率明显递增。胞外La3+,Gd3+,Yb3+抑制瞬间外向钾电流IA,使IA的激活和失活过程都显著右移,抑制和右移的程度La3+最弱,Gd3+次之,Yb3+最强;胞内的La3+,Gd3+,Yb3+抑制延迟整流钾电流IK,抑制的程度也呈增长趋势。稀土离子在胞内外的结合位点不同;Yb3+较La3+和Gd3+的神经毒性强。