γ-氨基丁酸(γ-Aminobutyric acid / GABA)
中枢神经系统核心抑制性神经递质与生理活性概述
γ-氨基丁酸(简称 GABA,化学名称:4-氨基丁酸,又称胺酪酸、哌啶酸)广泛分布于动植物体内。在植物中,如豆属、参属等的种子、根茎和组织液中都含有 GABA。在动物体内,GABA 几乎只存在于神经组织中,其中脑组织中的含量大约为 0.1-0.6 mg/克组织。免疫学研究表明,其浓度最高的区域为中脑的黑质。GABA 是目前研究较为深入的一种重要的抑制性神经传导物质,参与多种代谢活动,具有极高的生理活性。在人体中,GABA 还直接调控肌肉张力。
虽然在化学上 GABA 被归类为氨基酸,但科学界很少直接将其与其他常见氨基酸混合归类。这是因为生物学上通常所称的氨基酸指的是 α-氨基酸,而 GABA 则属于 γ-氨基酸;也就是说,该化合物的氨基连接在羧基旁的第三个碳(γ碳)上。
生理功能与作用机制
神经传导物质
在脊椎动物中,GABA 是大脑中主要的抑制性突触神经传导物质。当神经冲动到达突触前末梢时,GABA 被释放并与突触前后特定的膜受体结合。这一结合会导致细胞膜上的离子通道打开,使带负电的氯离子(Cl⁻)流入细胞,同时让带正电的钾离子(K⁺)流出细胞。这一电位变化会导致细胞膜产生过极化(Hyperpolarization),从而抑制突触后神经元的兴奋性,起到安定和抑制神经冲动的作用。
肌肉张力调控与临床关联
GABA 的正常吸收与代谢对维持人体肌肉张力至关重要。在痉挛型双边麻痹(Spastic diplegia)的患者身上,由于上运动神经元发生病变,会导致神经对 GABA 的吸收能力受损,进而造成肌肉张力亢进与肢体痉挛。
GABA 受体分类
目前已知生物体内的 GABA 受体主要分为以下两大类:
- GABAA 受体: 属于配体门控离子通道复合物的一部分。它能直接控制氯离子通道的开关,介导快速的抑制性皮层神经传导,许多安定失眠类药物(如苯二氮䓬类)便是通过作用于该受体来发挥疗效的。
- GABAB 受体: 属于代谢型受体,是一种 G 蛋白偶联受体。它通过复杂的细胞内第二信使系统间接调节离子通道,介导较为缓慢且持久的抑制效应。
物理与化学基本性质
GABA 分子基本理化参数
系统命名 (IUPAC)
4-aminobutanoic acid (4-氨基丁酸)
化学式
C₄H₉NO₂
摩尔质量
103.120 g/mol
外观
白色微晶粉末
密度
1.11 g/mL
熔点
203.7 °C (477 K)
沸点
247.9 °C (521 K)
水溶解性
130 g / 100 mL
酸度系数 (pKa)
4.23(羧基)、10.43(氨基)
科学发现与历史
- 1883年: GABA 首次在实验室中被成功合成。在最初的几十年中,人们仅将其视为植物和微生物生命活动中的一种普通代谢产物。
- 1950年: 科学家首次在哺乳动物的中枢神经系统中发现了 GABA 的存在,证实它是哺乳动物大脑的天然重要组成部分。
- 1959年: 生物学研究进一步证实了其生理神经机制。研究表明,GABA 在小龙虾肌肉纤维的抑制性突触上,能够发挥类似刺激抑制神经的显著作用。同时发现,印防己毒素(Picrotoxin)能够特异性阻断该神经刺激并抑制 GABA 的效用。