神经元如何相互交流
神经元通过突触相互连接，突触是信号以化学信使的形式传递的地方。马克斯·普朗克生物物理化学研究所(Göttingen)主任Reinhard Jahn精确地研究了这一过程是如何工作的。
我们的神经系统由大约1000亿个相互连接的神经元组成，这些神经元能够进行复杂的计算。每个神经元都有一个天线区，包括细胞体及其延伸(树突)。正是在这里，它接收来自其他神经元的信号。
一个细胞说话，另一个细胞倾听
然后，这些信号被计算出来，并通过轴突这条“电缆”以电脉冲的形式转发。在发射器区，轴突分支形成接触点，称为突触，信号在突触处传输给其他神经元(图1)。在突触处，来自轴突的电脉冲被转换为化学信号。然后，信息只向一个方向流动:一个细胞说话，另一个细胞倾听。单个神经元可以形成的突触数量有很大差异。根据其类型的不同，一个神经元可以有从1个到10万个以上的突触。平均来说，每个神经元大约有1000个突触。
突触-神经元信息传递的基本单位
突触由
- 传递神经元(突触前)的神经末梢，
- 突触间隙，将发送和接收神经元分开
- 接收神经元(突触后)的膜。
突触前神经末梢含有被称为神经递质的信号分子，它们储存在膜包裹的小泡中。中枢神经系统的每个神经末梢平均有几百个突触囊泡．然而，突触有显著差异。例如，一些特殊突触包含超过10万个囊泡。它们包括突触控制我们的肌肉。在每个突触上，一些囊泡总是处于起始位置，可以说是“潜伏”在它们停靠的突触前质膜上。
分子机器在工作
到达神经末梢的电信号激活了质膜中的钙通道。然后，外部的钙离子通过通道流入突触内部。在那里，流入的钙离子遇到并激活位于囊泡膜和质膜之间的分子机器。这台机器使起始位置的囊泡的膜与质膜融合，并将囊泡中含有的神经递质释放到突触间隙中。
在突触间隙的另一侧，神经递质与接收神经元膜上的停靠点接触，后者调节该膜的电特性。这改变了薄膜的电阻。接收单元能够迅速处理由此产生的电位变化。在脉冲的到来和突触间隙另一侧的潜在变化之间，只有大约千分之一秒的时间。事实上，突触传递是已知的最快的生物过程之一。然而，与晶体管相比，它确实是迟钝的。
突触囊泡:不仅仅是储存细胞器
突触囊泡不仅仅是一种膜结合的神经递质“储存罐”。它的细胞膜包含了一系列的蛋白质，在数百万年的进化中几乎没有变化。这些蛋白质的一组神经递质转运蛋白负责将神经递质从细胞质泵入囊泡，并在囊泡中积累。这个过程需要大量的能量，这是由另一种蛋白质分子质子ATP酶(v -ATP酶)提供的，它将质子泵入囊泡-这个过程由三磷酸腺苷(ATP)提供燃料。泵反过来利用产生的浓度梯度来摄取神经递质。
除了这些“补充”所需的蛋白质外，突触囊泡的膜还含有其他使囊泡与质膜融合的成分(包括SNARE蛋白突触brevin和钙传感器突触tagmin)。一次膜融合它们被运送回神经末梢。然后突触囊泡通过几个中间步骤循环回神经末梢，并重新充满神经递质。这个过程一遍又一遍地重复，在一个囊泡的生命周期中要重复数千次。
突触囊泡在分子水平上发挥作用的过程是复杂的。几年前，我们创建了所有囊泡成分的全面清单。由于囊泡很小，成分复杂，这项工作并不容易。来自德国、日本、瑞士和美国的几个团队合作多年，以确定囊泡的蛋白质和脂肪成分，并开发出标准囊泡的定量分子模型。
首先，必须解决的问题并不像人们想象的那么简单，例如计算溶液中囊泡的数量，确定蛋白质和蛋白质的数量膜脂质礼物。这个结果甚至让专家都感到惊讶。事实证明，生物转运囊泡的结构在很大程度上是由蛋白质塑造的，这比以前认为的要大得多脂质膜(黄色)几乎看不到蛋白质的数量。然而，该模型只包含目前蛋白质总量的70%左右。
这项工作为进一步的调查奠定了基础。与此同时，人们已经能够区分运送各种神经递质的囊泡，并对它们进行比较。与人们所认为的相反，它们的组成只是略有不同。此外，已经与质膜对接的各种囊泡也被分离出来，从而可以分析它们的蛋白质组成。
膜是如何融合的?
该研究的第二个目标是了解负责膜融合的蛋白质机器的功能细节。有关蛋白质的特征已经被描述了十多年，但仍然不清楚它们是如何在钙离子涌入后不到一毫秒的时间内融合膜的。
陷阱蛋白-小的蛋白质分子，驻留在等离子体膜囊泡膜负责融合过程本身。每当膜相互靠近时，蛋白质就会相互堆叠，像绳子一样沿着膜的方向缠绕在一起(图3)。
这一叠加过程释放能量，用于膜的融合。最近的研究表明，扭曲的束延伸到膜。
为了了解这种堆叠是如何导致膜融合的，SNARE蛋白质被纳入人造膜，可以使用高分辨率的方法，如冷冻电子显微镜来观察。首次确定了融合反应的中间阶段。这使得在分子水平上建立单个步骤的模型成为可能。
在流入的钙离子如何激活聚变机器的问题上也取得了进展。这是由突触囊泡膜中的另一种蛋白质介导的，突触蛋白，它结合钙离子然后把膜拉近。
尽管取得了相当大的进展，但人们仍然没有完全理解复杂的分子过程。更令人惊讶的是，神经元之间的交流如此顺畅，突触中的融合机制如何有效地影响我们的每一个动作、情绪和思想。因此，世界各地的科学家继续关注核聚变机器，以便更好地了解这些过程。我们有理由希望，这些知识还将提高我们对帕金森病、阿尔茨海默病和亨廷顿病等神经退行性疾病的认识。
