Lernzettel zur Neurobiologie

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Nervenzellen -Anzahl übertrifft im Gehirn die der Nervenzellen um ein Vielfaches - befinden sich in Umgebung der Nervenzellen - bilden die Schwannzellen im PNS der Wirbeltiere - sie umwickeln das Axon - für Wasser & lonen undurchlässig Axon: -langer, über weite Strecken unverzweigter Fortsatz - verzweigt sich erst am Ende der Nervenzelle - über Endverzweigung des Axons kann ein Neuron gleichzeitig mehrere Zellen Nervenimpulse übermitteln -beim Menschen bis zu einem Meter lang - Substanzen, die am Axonende benötigt werden, müssen aus Zellkörper herangeführt werden - enthält viele regelmäßig angeordnete Mikrotubulli - leiten zu den Endknöpfchen Endknöpfchen: - Verzweigungsende des Axons mündet dort - stellt Kontakt zu einer Zielzelle her Mikrotubuli: - dort bewegen sich die Motorproteine entlang - befinden sich im Axon - bilden, regelmäßig angeordnet, hauptsächlich im Axon einen Teil des Cytoskeletts Motor proteine: - können Materialien relativ schnell mit Hilfe von Vesikeln zwischen Zellkörper und Axon endigungen transportieren - bewegen sich mit Geschwindigkeit von 200 bis 400 Millimeter pro Tag - verändern unter ATP -Verbrauch ihre räumliche Struktur -haben Vesikel gebunden, in denen sich das Transportgut befindet Schwann-Zelle: -sind spezielle Glazellen - bildet eine Hüll- und Stützzelle, die das Axon einer Nervenzelle im peripheren Verlauf um hüllt - eine für Wasser und lonen undurchlässige Markscheide um viele Axone - während Entwicklung des Nervensystems wachsen die Schwann-Zellen um ein Axon herum, bis es von dicht gepackten Schichten lipidreicher Membranen umhüllt ist Ranvier-Schnürringe: - im Abstand von etwa ein bis zwei Millimetern schmale Bereiche zwischen den Schwann - Zellen frei von einer Hülle - Raum zwischen 2 Schwann - Zellen, an dem das Axon frei liegt - sind für die Erregungsleitung von Bedeutung Transport von Stoffwechselprodukten durch das Axon Vorgang: - der Transport geschieht vom Soma in Richtung Endknöpfchen - zu transportierende Stoffe werden im Soma in Vesikel verpackt - an die Versikel heftet sich ein Protein, das kinesin Vesikel: - sind sehr kleine, in der Zelle gelegene, rundliche bis ovale Bläschen, die von einer einfachen oder doppelten Membran oder einernetzartigen Hilfe aus Proteinen umgeben sind - bilden eigene Zellkompartimente, in denen unterschiedliche zelluläre Prozesse ablaufen -in ihnen befindet sich das Transportgut Markscheide: -ist eine lipidreiche Schicht, die die Axone mancher Nervenzellen von Wirbeltieren umgibt - besteht aus Myelin, das von Gliazellen gebildet wird und die Axone spiralförmig umwickelt - Aufgabe: Nervenfaser zu schützen und zu ernähren - auch Myelinscheide genannt - mit Hilfe des Kinesins werden die Vesikel unter ATP-Verbrauch entlang der Mikrotubuli im Axon in Richtung Endknöpfchen transportiert - dies bezeichnet man als anterograden Transport Zellkörper = Soma Axon Neurit Glia Leim Dendron Baum v Mikrotubul Richtung des anterograden Transports Spannung - wird durch eine ungleiche Verteilung von Ladungsträgern hervorgerufen Spannungsträger sind entweder Elementar teilchen wie Elektronen (-) oder Protonen (+) oder lonen (kationen (+) oder Anionen (-)) - im Zellplasma & im Interzellularraum haben nur die im Wasser gelösten lonen eine Bedeutung als Ladungsträger chemische Potenzial - ist die durch die Konzentrationsunterschiede verursachte Triebkraft - treibt den Diffusion svorgang, im Beispiel der Kalium- & Chloridionen, an ist um so größer, je größer der Konzentrationsunterschied einer Teilchen art zwischen zwei verschiedenen Orten ist elektrisches Potenzial - ist die Folge einer ungleichen Ladungsverteilung - wird auch Ladungsdifferen2 genannt - beruht auf den positiven & negativen Ladungen der beliebigen lonen Membranpotenzial - entsteht an der semipermeablen Membran - wird auch Gleichgewichtspotenzial genannt -beruht auf dem Ausgleich zwischen chemischem & elektrischem Potenzial Vorgang: 1. Es gibt noch kein elektrisches Potenzial, da die Ladungsdifferenz 0 ist. Es sind gleich viele Protonen und Elektronen auf der gleichen Seite vorhanden. Das chemische Potenzial ist auf Grund des Konzentrations- unterschiedes auf beiden Seiten der Membran sehr hoch → alles strebt nach Ausgleich, die kleinen Teilchen wollen heraus 2. Auf Grund des hohen chemischen Potenzials hat ein K+ die Membran durchdrungen. Die Folge ist ein leichter Anstieg des elektronischen Potenzials. 3. Da ein weiteres K+ - lon die Membran durchdrungen hat, sinkt das chemische Potenzial weiter. Das elektrische Potenzial hingegen steigt weiter an. 4. Hier handelt es sich um eine Darstellung des Gleich gewichtspoten zials, da durch die gewanderten K+ - lonen das chemische & elektrische Potenzial gleich groß sind. -> elektrische Potenzial als Spannung von etwa - 70 Millivolt beim chemischen Potenzial: minus rechnen 2. B. 12: 4 → 124 = 8 → chemisches Potenzial beim elektrischen Potenzial Differenz der Werte bestimmen 2.8. -4 +4 → es (Ladungsdifferenz) 16 0 13 3 133 16 0 Ladung 0 0 Ladung 0 0 12.2 Diffusion. A Anfang des Versuches; B kurze Zeit später → elektrisches Potenzial: 8 dringen nur die Teilchen durch, die klein 16 0 16 0 chemisches Potenzial Ladung 001 Ladungsdifferenz: 0 0 2 Ladung -2 +2 Ladungsdifferenz: 4 1 ✪ genug sind 16 0 15 1 Ladung -1 +1 Ladungsdifferenz: 2 3847 ✪ elektrisches Potenzial # Cl-Ionen-16 0 K-Ionen-12 4 Ladung -4 : +4 Ladungsdifferenz: 8 22-4-2 Gleichge wichtspoten Hal eines Membrans rechnen chemische Palenzial 4 elektrisches Potential Ruhepotenzial Voraussetzung: unterschiedlich geladene Teilchen auf den Seiten -Strebung nach Ausgleich - positiv geladene Teilchen können dies durch bestimmte Kanäle > können ins Zelläußere - negativ geladene Teilchen können dies nicht (zu groß) > bleiben im Innenraum Ausgangszustand: hohes chemisches Potenzial, niedriges elektrisches Potenzial - K+-lonen & A- lonen befinden sich in großer Zahl in der Zelle, nur wenig außen - außerhalb der Zelle ist die Zahl der Nat- & CIlonen hoch, diese befinden sich nur wenig in der Zelle - die K*-lonen durch dringen auf Grund ihres chemischen Potenzials die Membran (durch lonen kanäle) -dies führt zu einem Anstieg des elektrischen Potenzials - da jedes K-lon eine positive Ladung mit nach außen nimmt - die negativen Anionenim Inneren können die Membran auf Grund ihrer Größe nicht durchdringen (=negative Ladung bleiben im Inneren) - der weitere Ausstrom von K'*führt zum Aufbau eines elektrischen Potenzials (negativ innen / positiv außen) - den Ausstrom von k'wirken die negativen Innenladungen (A-lonen) & die positiven Ladungen auf der Außenseite der Membran (K*) entgegen, da die unterschiedlich geladenen Teilchen sich anziehen (+/-) & gleich geladene sich abstoßen (+/+ oder -/-) - entspricht das elektrische Potenzial dem chemischen Potenzial, stellt sich ein Gleichgewicht zwischen Ein- & Ausstrom cler K+-lonen ein -nun spricht man von Gleichgewichts- oder Ruhepotenzial • dieses Ruhepotenzial liegt bei Nervenzellen bei etwa - 70 mv -da es im wesentlichen von den Kt-lonen bestimmt wird, wird es auch als kaliumgleichgewichtspotenzial bezeichnet Membranpotenzial: - die Ladung sdifferenz zwischen der Außenseite (Lymphe) & der Innenseite (Cytoplasma) einer Membran Ruhepotenzial: - Membranpotenzial am nicht erregten Axon -das Ruhe potenzial ist immer ein Membranpolenzial, aber ein Membranpotenzial ist nicht immer ein Ruhepotenzial Natrium- Kalium-Ionenpumpe 1. der Kanal ist ins Zellinnere geöffnet, drei Natrium lonen binden an für sie spezifische Bindungsstellen 2 ein ATP-Molekül bindet an seine Bindungsstelle am innenliegen den Teil des Proteins, Spaltung von ATP in ADP und ein Phosphatrest, nur Phosphat bleibt an der Bindestelle gebunden 3 freigesetzte Energie führt zu einer Änderung des Enzyms, schließt sich auf der Innen seite, während es sich nach außen hin öffnet. 4 drei Natrium lonen lösen sich aus dem Protein zwei von außen kommende Kaliumion en werden an spezifische Bindungsstellen im Enzym gebunden 5 Phosphatrest wird abgespalten Form des Proteins ändert sich und nimmt wieder Ursprungsform an 6 kaliumionen lösen sich aus Bindestelle und gelangen ins Cytoplasma, Ausgangszustand ist wieder erreicht und ein neuer Pumpvorgang kann beginnen Natrium-Kalium-Pumpe Mechanismus II20 Schritt 1 Schritt 2 Schritt 4 Natrium-Kalium-Pumpe Mechanismus Schritt 3 Schritt 5 Schritt 6 Aktionspotenzial - Ausgang: Ruhepotenzial ca. - 70 mV 1. Depolarisierung: > Verringerung des Membranpotenzials auf Grund eines elektrischen Reizes > erst wenn der Schwellenwert (von -40 mV) überschritten wird, wird das Aktion spoten zial ausgelöst > wird Schwellpotenzial nicht überschritten, kann kein Aktion spotenzial entstehen! > Membran potenzial erreicht einen Wert bis zu +30 mV (Maximum) 2. Repolarisierung: > Wiederherstellung des ursprünglichen Membran potenzials > während der Repolarisierung ist das Membranpotenzial für einen kurzen Augenblick sogar negativer als der Ursprungswert >in diesem Moment spricht man von Hyperpolarisierung 3. Ruhepotenzial: > zu diesem hehrt der Wert zurück >das Axonist bereit für das nächste Aktionspotenzial Spannung [mV] Stromstärke [NA] 40- -40- -80 +01 2 P P Zeit [ms]