Neurobiologie

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Sehzentrum in der Großhirnrinde Netzhaut: - Aufnahme der Lichtreize -Umwandlung der Reize in elektrische Signale Aderhaut - versorgt die Netzhaut mit Nährstoffen & Sauerstoff - reich an Blutgefäßen Lederhaut - schütz & stabilisiert das Auge Glaskörper: - füllen das Augeninnere - stabilisiert die Form des Auges in der Augenhöhle - stellt die unghinderte Einstrahlung von Licht sicher AUFBAU Cytoplasma FUNKTION Dendriten: Aufbau eines neurons Zellkern Soma Zellmembran Reizverarbeitung - Stoffwechsel Dendrit - Axonhügel Ranvierscher Schnürring Axonhügel - Verrechnung von Erregungen - Entstehung v. Aktionspotential Myelinscheide Axon -Reizaufnahme & weiterleitung zum Axonhügel - bis zu 10.000 bendriten pro Neuron Soma Schwannsche Zelle synaptische Enduknöpfchen Schwannsche Zelle: - produziert Isolierschicht: Myelinscheide - versorgende & schützende Funktion - erhöht die Leitgeschwindigkeit d. Nervenimpulse Ranvierscher Schnürring: -Ort der Erregungsübertragung zwischen Schwannschen Zellen AUFBAU DER NETZHAUT Seh- nerv Die Netzhaut Ganglienzellen 3. Neuron amakrine Zellen Horizontal- zellen FUNKTION DER NETZHAUT Bipolarzellen 2. Neuron amakrine Zellen: - Querverschaltung der Bipolarzellen - Kontrastverstärkung (laterale Inhibition) ………… Zapfen 1. Neuron Licht wird erst zur Erregung, wenn es auf die Pigmentzellen trifft! Verarbeitung & Er - regungsweiterleitung in entgegengesetzte Richtung Stäbchen Pigment- Aderhaut zellen Pigment- epithel Ganglienzellen: - fassen Signale mehrerer Bipolarzellen zusammen & leiten diese gesammelt ins Gehirn weiter - Axone bilden Sehnerv bildgebende Verfahren COMPUTERTOMOGRAPHIE -CT - verwendet Röntgenstrahlen, die abhängig von der Gewebedichte unterschiedliche Mengen der Strahlen absorbieren - Computer errechnet ein dreidimensionales Bild MAGNETRESONANZTOMOGRAPHIE - MRT - Verwendung eines starken Magnetfelds & Radiowellen - bestimmte Atomkerne reagieren auf dieses Magnetfeld - es entstehen Signale, die sich je nach Gewebezusammensetzung unterscheiden FUNKTIONELLE MAGENTRESONANZTOMOGRAPHIE - fMRT - an Sauerstoff gebundenes Hämoglobin hat magnetische Eigen- schaften - man kann ermitteln, in welchen Bereichen viel Sauerstoff ge- braucht POSITRONEN-EMISSIONS-TOMOGRAPHIE -PET-Scan Glucose mit instabilen radioaktiven Isotopen markiert dass bei Zerfall messbare Gamma-Strahlung abgibt - aktive Zellen haben einen hohen Glucosebedarf ) Grundlagen des Nervensystems AUFBAU DES NERVENSYSTEM zentrales Nervensystem (ZNS) Gehirn & Rückenmark sensorische Neuronen Reize aus Umwelt zum ZNS Reiz Nervensystem Gesamtheit aller Nervensystem somatisches NS willkürlich, Aufnahme von Reizen über Sinnesorgane Endhandlung/ Reaktion motorische Neuronen REIZ-REAKTIONS-SCHEMA Informationen vom ZNS zum Organ Rezeptor, Z.B. Auge (Reizaufnahme über Sinneszellen) Erfolgsorgan, Z.B. Muskel peripheres Nervensystem (PNS) 12 Hirnnerven, 2:31 Spinalnerven, enterisches NS (im barm) vegetatives NS autonom, lebenswichtige Funktionen, automatisch (= kein Wille) afferente Neuronen Parasympathikus Koordination in Ruhephasen afferente Bahnen efferente Bahnen efferente Neuronen Sympathikus Koordination bei plötzlicher ZNS (Rückenmark/ Gehirn) afferente Nervenbahnen: - Nervenbahnen, die von der Peripherie über das Rückenmark ins Gehirn verlaufen - übermitteln senso sche Informationen efferente Nervenbahnen: - Nervenbahnen, die Erregungen vom zentralen Nervensystem an die Gliedmaßen, Muskeln & Organe (= Peripherie) weiter leitet 70 mV Membran-, Ruhe- & Aktionspotentiale K+- Kanal Natrium-Ionen (Na+) Kalium-Ionen (K+) Na+/K+ - Pumpe geschlossener Nat- Kanal RUHEPOTENTIAL Nat- Leck- strom Chlorid-lonen (Cl-) Eiweiß-Anionen (A-) extrazulläre Flüssigkeit / Außenmilieu Zellmembran Zellinneres/ Cytoplasma MEMBRANPOTENTIAL bas Membran potential beschreibt die Spannung, die sich zwischen Innen- & Außenseite einer semipermeablen Membran bildet. Entstehung: - Membran trennt zwei Flüssigkeitsräume mit unterschiedlicher Konzentrationen voneinander ab: → im Zellinnenraum: große, negativ geladene Anionen (A) & positiv geladene Kaliumionen (K+) → außerhalb der Zelle: vor allem positive Natrium- (Na+) & negative Chloridionen (CL-) pas Ruhepotential bezeichnet das Membranpotential einer erregbaren Zelle im Ruhezustand - Spannung zwischen - 80mV & -70mV - notwendig für ein Aktionspotential - wird aufrecht erhalten durch... den elektrischen Gradient den chemischen Gradient (Konzentrationsgradient) die selektive Permeabilität der Membran .. die Natrium- kalium-Pumpe Das Gedächtnis ULTRAKURZZEITGEDÄCHTNIS - alle über die Sinnesorgane aufgenommenen Informationen wer- den für max. 2 Sek gespeichert - Großteil der Informationen geht verloren KURZZEITGEDÄCHTNIS · aktives Bewusstsein übernimmt aus Ultrakurzzeitgedächtnis nur wenige Informationen - Kapazität & Speicherdauer (10-45 sek.) sind eng begrenzt - involvierte Gehirnareale: Gyrus cinguli, Hippocampus ARBEITSGEDÄCHTNIS - Informationen aus dem Kurzzeitgedächtnis für eine gewisse Zeit erhalten & bearbeitet - Verarbeitung komplexe kognitive Aufgaben wie Sprachverständnis, Lesen & Logisches Denken - involvierte Gehirnareale: Hypocampus, Großhirnrinde, Nucleus accumbens LANGZEITGEDÄCHTNIS - Speicher für Informationen, die durch wiederkehrende Reize hervorgehoben & befestigt wurden ·sehr große Speicherdauer - Speicherdauer: Jahre oder sogar Lebenslang Bipolarzellen: - fassen Signale mehrerer Sehzellen zusammen Horizontalzellen: - synaptische Querverbindung auf der Ebene der Sehzellen - dienen zur Kontrastverstärkung (laterale Inhibition) STÄBCHEN - spezialisierte Sinneszellen (Fotorezeptoren) in der Netzhaut dienen dem skoptischen Sehen bei geringer Helligkeit & Nachtsehen → ermöglichen die Hell-bunkel-Wahrnehmung Aufbau synaptische Endigungen Vesikel Zellkern synaptische Endigungen Innenglied Vesikel Zellkern Mitochondrien Dictyosomen Innenglied WWWWW ZAPFEN - spezialisierte Sinneszellen (Fotorezeptoren) in der Netzhaut - dienen dem photopischen Sehen bei Tageslicht →→ ermöglichen die Farbwahrnehmung Aufbau WHE m Kanal Dictyosomen WWID Mitochondrien Disks Außenglied He Disks Außenglied Langzeitpotenzierung - Langzeitpotenzierung (LTP) = über mehrere Stunden oder Tage an- dauernde Reaktionen auf vermehrte Bildung von AP's - häufig an Glutamatergen Synapsen im Hippocampus: • Calcium-lonen (Ca²+) ● Magnesium-Ionen (Mg ²+) Nat-Kanal spannungs- ● abhängige Ca²+-kanal NMDA- Rezeptor A Aktionspotential Vesikel mit Glutamat Enzymaktivierung: Calmodulin (Ca2+-bindendes Protein) • Natrium-Ionen (Na+) Kalium-Ionen (K+) EPSP Nat- Kanal ↓ Calmodulin Kina- Proteinkinase C Tyrosinkinase se II (CaMKII) (PKC) spannungs abhängige Ca²+-Kanal AMPA- Rezeptor retrograder Messenger in der Präsynapse Second messenger: (zB. Stickstoff- & Kohlenstoffmonoxid,...) 7 Aktivierung von Transkriptionsfaktoren & Genexpression STÄBCHEN & ZAPFEN IM VERGLEICH Vorkommen Anzahl Form Funktion Rezeptortypen höchste Lichtempfindlichkeit geringe Lichtintensität Stäbchen hohe Lichtintensität - Netzhaut - in der Peripherie / im Bereich um den gelben Fleck Sehfarbstoffe -Rhodopsin Regenerationszeit ca 100-125 Millionen Wellenlängenbereich 400-700nm - Länglich - Sehen bei Dämmerung & Dunkelheit nur ein Typus von Stäbchen ca. bei 500nm reagieren auf Leichte Lichtreize → ein Photon genügt für eine Reaktion - völlig ausgebleicht / geblendet - nehmen keine Lichtrei ze war sind Tagblind" 01 regenerieren zeitver- setzt zu Zzapfen - 30 min bis zur völligen Nachtsichtfähigkeit Netzhaut - vor allem im gelben Fleck (der Sehgrube) - etwa 5-7 Millionen Zapfen im Vergleich kürzer Farbensehen bzw. Se- hen am Tag Blaurezeptoren (B-Zapfen) - Grünrezeptoren (G-zapfen) - Rotrezeptoren (R-Zapfen) - drei verschiedene Photopsine B-Zapfen 400-530nm G-Zapfen: 480-630nm -R-Zapfen: 470-700nm - B-Zapfen. 420 nm G-Zapfen: -R-Zapfen: 530 nm 560 nm werden bei geringen Lichteinfall nicht ange- Nachtblind" - reagieren auf Licht- reize → es werden mind. 100 Photonen für eine Reaktion benötigt regt - sind 11 regenerieren schneller in 5 min - nur bis Dämmerungs- niveau NATRIUM-KALIUM-PUMPE -Na+Leckströme der lonenkanäle würden auf bauer zu La- dungsausgleich fuhren & es gäbe kein Ruhepotential → benötigt Natrium - Kalium - Pumpe (Nak Pumpe) Na k Pumpe hält Membranpotential bzw. lonenkonzentration unter Energieverbrauch aufrecht: -pumpt 3 Nat-lonen heraus & 2 K+-lonen in die Zelle hinein - spaltet für jeden Transportvorgang ATP → ADP + P (liefert Energie) - Transport kann entgegen eines Konzentrationsgefälle ablaufen AKTIONSPOTENTIALE Membranpotential [mV] 40 20 0 -20 -40 -60 -80 relative absolute Refraktärzeit Refraktärzeit 1. Ruhepotential - Membranpotential von ca. - 70mV - wird durch Natrium-Kalium - Pumpe gewährleistet Natriumionenkanäle & Kaliumionenka- näle sind geschlossen 2. Depolarisation /,,Overshoot" - Änderung des Membranpotentials über benachbarte Membranabschnitte -spannungsabhängige Na+ - Kanäle werden geöffnet -K+-Kanäle bleiben geschlossen - Na+ - lonen strömen in die Zelle & Membran depolarisiert -Reiz muss Schwellenwert von -50mV überschreiten (Alles-oder-Nichts-Gesetz) - Membranpotential steigt auf 30mV an Schwelle Zeit [ms] Eng 3 Repolarisation - Depolarisation verursacht ein massen- haftes Öffnen der spannungsgesteuerten K+-Kanäle (zeitverzögert) - Nat-Kanäle werden inaktiviert. Protein- anteil der Kanale verschließt Pore → ein weiteres AP wird verhindert → absolute Refraktärzeit - es kommt zum Ladungsausgleich 4. Hyperpolarisation - Nat-Kanäle schließen komplett, K+-lonen stromen weiter ins Cytoplasma (mehr als für Ladungsausgleich nötig) -Membranpotential sinkt auf etwa - 80mV bis die K+-Kanäle zeitverzögert schließen → für ein AP ist ein stärkerer depolari- sierender Stromimpuls notwendig → relative Refraktärzeit Shiny pm {}} LATERALE INHIBITION -Verschaltungsprinzip der Nervenzellen in der Netzhaut - dient zur Kontrastverstärkung - Hemmung der benachbarten Zellen molekularer Schvorgang Der Sehvorgang auf molekularer Ebene wird hier am Beispiel der Stäbchen dargestellt & beschrieben In den Zapfen fungiert statt Rhodopsin je nach Zapfentyp ein unter- schiedliches Photopsin, welches jeweils beim Eintreffen von Licht im spezifischen Wellenlängenbereich aktiviert wird. AUFBAU Extrazellular- raum Zellmembran des Stäbchens Cytoplasma Diskmembran Disk- Innenraum ABLAUF 11-cis- Retinal Opsin Natrium-Ionen Kalium-Ionen (Na+) (K+) 1. RUHEZUSTAND -K+-lonen diffundieren durch die Membran in den Extrazellularraum - Nat-lonen strömen durch die Nat- Kanäle in die Zelle → Second messenger zyklisches Guanosinmonophosphat (CGMP) bindet an Nat-Kanäle & akti- viert sie - Nat-K+-Pumpe hält das Kon- zentrationgefälle aufrecht & wirkt entgegen der lonenwander- ung - Ruhepotential: -40mV Na+-Kanal Rhodopsin Nat-K+- Pumpe www Erregungsweiterleitung SALTATORISCHE ERREGUNGSWEITERLEITUNG bei Neuronen, die isolierende Myelinscheiden haben (kommen in Wirbeltieren vor) - Erregung wird ,sprunghaft" entlang der Ranvier'schen Schnürrin- ge weitergeleitet - Nat-Kanäle befinden sich nur an den Ranvier'schen Schnürringen & nur an diesen nicht-isolierten Bereichen kommt es zur Depola- risation - haben einen eher niedrigen Durchmesser * Myelinscheide Ranvier'scher Schnürring refraktär erregt Erregungsweiterleitungsrichtung Vorteile: - erhöhte Leitungsgeschwindigkeit durch die Isolation (bis über 100 m/s) - ist energieffizienter, weil die Nat-K+ - Pumpe nur in den nicht - Isolierten Bereichen den lonenströmen entgegen arbeiten müssen + KONTINUIERLICHE ERREGUNGSWEITERLEITUNG - bei Neuronen, die keine Myelinscheiden haben (kommen in wirbello- sen Tieren vor) - Erregung wird kontinuierlich entlang des Axons weitergegeben - Depolarisation findet an jeder Stelle der Axonmembran statt -Geschwindigkeit der Weiterleitung ist vergleichsweise langsam → aber kann durch größeren Durchmesser erhöht werden (weil der Innenwiderstand abnimmt) (max. 30m/s) J + refraktär noch unerregt + + + erregt noch unerregt Erregungsweiterleitungsrichtung 2. AKTIVIERUNG - Licht fallt ein & trifft auf den Rhodopsinkomplex -11-cis-Retinal absorbiert die Lichtenergie & wird zu all-trans- Retinal -all-trans-Retinal passt nicht in die Proteinstruktur des Opsins →→ Rhodopsin zerfällt in Opsin & all-trans-Retinal 3. SEHKASKARDE all-trans-Retinal löst Sehkas- karde aus - Retinal aktiviert über mehrere kurzlebige Molekülstufen ca. 100 Phosphodiesterasen (PDE) - jedes aktiviertes PDE-Molekül spaltet ca. 1.000 CGMP zu GMP (Guanosinmonophosphat) 4. HYPERPOLARISATION - GMP kann die Nat-lonenkanäle nicht aktivieren - Nat-Kanäle bleiben geschlossen & Nat-lonen können nicht in die Zelle diffundieren - K+-lonen diffundieren weiterhin nach außen → es kommt zu einer Hyperpolari - sation -70mV - Hyperpolarisation führt zur ver- minderten Glutamatausschüttung -Glutamat kann die hemmenden lonenkanäle in den Bipolar- & Ganglienzellen nicht mehr aktivie- ren - es kommt zu AP's in den Gang- lienzellen, die das Signal in das Sehzentrum leiten winn all-trans- Retinal -PDE m wwwwwwww AUFBAU chemische Synapsen Acetylcholin Acetat • neue Acetatgruppe Cholin Nat- Kanal spannungs- ● abhängige Ca²+-kanal Vesikel mit Neurotransmittern rezeptor- gesteuerter Nat-Kanal • Natrium-lonen (Na+) • Calcium-Ionen (Ca²+) |A Aktionspotential ↑ rezeptor- gesteuerter Nat-Kanal 5 Nat-Kanal spannungs abhängige Ca²+ - Kanal Cholinace- tyltrans- ferase Cholin - Carrier Acetylcholin- esterase erregendes postsynaptisches Potential (EPSP) präsynaptisches Axon synapti- scher Spalt (20-30nm) postsynap- tische Membran Pupillenreflex Sehsysteme Regenerations - zeiten Verschaltungsbe- reich Wanderung ab- schirmender Farb- stoffe in der Pigmentschicht Adaptation Schwachlicht · Pupille weit geöffnet (bis zu 64mm²) - Stabchen (system): Rhodopsin reagiert bei geringen Lichtin- tensitäten Stäbchen haben län- gere Regenerations - zeit bei Schwachlicht aus- reichend mehr Stäbchen pro Ganglienzellen → dadurch erhöhte Lichtempfindlichkeit, aber geringere Seh- schärfe - Pigment verlagert sich in Richtung Ader- haut Streulicht kann auch von benachbarten Stäbchen aufgefan- gen werden erhöhte Lichtempfind- lichkeit Starklicht - Pupille eng geschlossen (bis zu 4mm²) - Schutz vor Überbelich- tung - Zapfen (system). Photopsine reagieren bei höheren Lichtinten- sitäten - Zapfen haben kurze Regerationszeit effizienter bei höheren Lichtintensitäten weniger Zapfen pro Ganglienzellen dadurch erhöhte Sehschärfe - Pigment wandert zwi- schen Sehzellen Licht von benachbar- ten Zapfen wird nicht aufgefangen - erhöht die Sehschärfe ABLAUF 1. - ein Aktionspotential (AP) erreicht das präsynaptische Axon - Na+-lonenkanale öffnen sich & es kommt zur Depolarisierung 2. -spannungsgesteuerte Ca ²+-lonenkanäle öffnen sich durch be- polarisierung - je größer die Impulsfrequenz des AP's, desto stärker ist die Ca²+_ Konzentration 3. - Anstieg der Ca²+-Konzentration initiiert Vesikel mit Neurotrans- mittern (mehrere Tausend Moleküle pro Vesikel) Vesikel verschmelzen mittels Exocytose mit der präsynaptischen Membran - Neurotransmitter (hier: Acetylcholin) werden in synaptischen Spalt freigegeben 4. - Neurotransmitter diffundieren zur postsynaptischen Membran - binden an spezifische Rezeptoren von transmittergesteuerten lohen - kanälen, die für Nat-lonen permeabel sind - lonenkanäle öffnen sich & Nat-lonen diffundieren in die Postsy- napse -Neuron depolarisiert im Bereich der postsynaptischen Membran - es entsteht ein postsynaptisches Potential (PSP): - je mehr Transmitter freigesetzt werden, desto größer die Anzahl der einströmenden Nat-lonen & desto starker die Depolarisation - die postsynaptischen Potentiale eines Neurons werden am Axonhügel summiert → überschreitet das Potential den Schwellenwert, entsteht ein Aktionspotential 5. - das Enzym Acetylcholinesterase spaltet Acetylcholin hydrolytisch in Cholin & Acetat - Neurotransmitter werden inaktiv & die rezeptorgesteuerten lonenkanäle bleiben geschlossen b. - Cholin diffundiert zurück zur präsynaptischen Endigung wird über einen aktiven Transport (Cholin - Carrier) wieder auf- genommen - 7. - im präsynaptischen Axon erfolgt die Rückgewinnung von Acetyl- cholin - das Enzym Cholinacetyltransferase bindet eine neue Acetat - gruppe an das Cholin - Vesikel werden neu gebildet & wieder mit Acetylcholin beladen AUFBAU elektrische Synapsen • Natrium-lonen (Na+) ● Calcium-Ionen (Ca²+) Kalium-Ionen (K+) kleine Moleküle (z. B. Glucose) Nat-Kanal spannungs- abhängige Ca²+ - Kanal Gap junctions Gap junctions. - Proteinkanäle A Aktionspotential Nat-Kanal spannungs abhängige Ca²+ - Kanal LA-- erregendes postsynaptisches Potential (EPSP) ↓ - verbindet zwei aneinandergrenzende Zellen - ermöglicht direkte elektrische Ströme & Diffusion von kleinen Mo- lekülen in beide Richtungen (bidirektional) - zwei Proteinkomplexe bilden eine Pore UNTERSCHIEDE ZU CHEMISCHEN SYNAPSEN - verzögerungsfreie Erregungsweiterleitung - synaptischer Spalt ist mit etwa 3,5nm deutlich schmaler - befinden sich dort, wo eine schnelle Erregungsweiterleitung wichtig ist: u.a. bei Fluchttieren →→ Z. B. in Herzmuskelzellen, in der Retina A Aktionspotential am präsynaptischen Axon EPSP an der postsynaptischen Membran postsynaptische Potentiale EXZITATORISCHES POSTSYNAPTISCHES POTENTIAL - entsteht an einer exzitatorischen Synapse - erregende Neurotransmitter: Acetylcholin, Glutamat, Dopamin, Serotonin,... mV L -65 - bei einem EPSP kommt es zu einer Depolarisation in der postsynaptischen Zelle wird hauptsälich durch einen Einstrom von Na+-lonen verur - sacht - kommen häufiger an Dendriten vor INHIBITORISCHES POSTSYNAPTISCHES POTENTIAL - entsteht an einer inhibitorischen Synapse - hemmende Neurotransmitter: Gamma- Aminobutter- saure (GABA), Glycin,... - bei einem EPSP kommt es zu einer Hyperpolarisation in der postsynaptischen Zelle → Cl-lonen diffundieren in die Zelle & K+-lonen strömen hinaus - Abstand zum Schwellenwert wird größer & das Auslösen eines Aktionspotentials am Axonhügel wird unwahrscheinlicher - kommen häufiger am Soma & Axonhügel vor mV Zeit t -65 Zeit Verrechnung von Potentialen RÄUMLICHE SUMMATION - mehrere unterschwellige Erregungen treffen gleichzeitig an ver - schiedenen Dendriten / Stellen am Dendrit ein - es werden die Werte der EPSP mehrerer Synapsen addiert - Addition zu einem Potential, das ggf. den Schwellenwert über- schreitet & am Axonhugel ein Aktionspotential auslöst - je höher die entstehende Depolarisation, umso mehr Aktions- potentiale werden am Axonhügel ausgelöst 14:0 Axon- hügel + 40 20 0 TOR Axon- hügel -2.0 -40 -60 -80 ZEITLICHE SUMMATION - mehrere unterschwellige Erregungen treffen an einer Synapse innerhalb weniger Millisekunden ein - Membranpotential steigt stufenweise an & wenn dieses den Schwellenwert überschreitet, wird ein Aktionspotential ausgelöst 40 HEL 20 -20 2 Zeit [ms] -40 summiertes Potential am Axonhügel -60 - 80 Zeit [ms] summiertes Potential am Axonhügel WIRKUNGSWEISEN VON NEUROTOXINEN Neurotoxin Wirkung x-Latrotoxin-Bindung an Membranproteine der Präsynapse - Ca²+ -Kanäle werden geöffnet - Vesikel mit Acetylcholin (ACh) entleeren sich (Gift d. schwarzen Witwe) W-Conotoxin (Gift d. Conus-Schnecken) Botulinum- toxin (Bakteriengift) Curare (Pfeilgift) Atropin (Gift d. Tollkirsche) exogene Substanzen Nikotin (Gift d. Tabakpflanze) (chemische Kampfstoffe, Insektizid E605) Blockade der Ca²+-Kanäle → keine ACh-Ausschüttung - Blockierung der Ach-Rezeptoren der Nat-Kanäle → Nat-Kanäle können nicht öffnen kellähmung - Verhinderung der Verschmelzung - schlaffe Mus- der Vesikel mit der prä-Membran → Ach kann nicht ausgeschüttet werden - Atemlähmung & Tod Blockierung der Ach-Rezeptoren der motorischen Endplatte am Herzen -Bindung an ACh-Rezeptoren wirkt wie Ach, ist aber nicht abbaubar - Öffnung der Na+ - Kanäle Alkylphosphate - Hemmung der Cholinesterase → kein Abbau von ACh → bauererregung Auswirkung starre Muskel- Lähmung & -krämpfe - schlaffe Mus- kellähmung - schlaffe Muskel- Lähmung & Atemstillstand - Erhöhung der Herzfrequenz - Beeinflussung der Großhirnrin- de - Sucht-, Atem- & Kreislaufstörung - starre Muskel- Lähmung DROGEN - Substanzen mit direkter Wirkung auf das ZNS - haben bewusstseins- & wahrnehmungsverändernde Wirkung - können Transmitter ersetzen & zeitweise verdrängen: · Ectasy, Alkohol, Speed wirken wie Serotonin (erregend, Euphorie) Amphetamine, Ectasy wirken wie Adrenalin (erregend, Wachheit) · Valium wirkt wie GABA (hemmend, beruhigend) · Nikotin wirkt wie Acetylcholin (erregend, verbesserte Konzentration) physische Abhängigkeit: - Körper reagiert auf die ständige Zufuhr des Suchtmittels & baut es in den Stoffwechsel ein - es werden immer höhere Mengen des Suchtmittels toleriert („TO- leranzbildung) - Körper reagiert mit Entzugserscheinungen, wenn das Suchtmittel nicht mehr aufgenommen werden psychische Abhängigkeit: - ist bei jeder Sucht vorhanden - Gehirn entwickelt Suchtgedächtnis: Belohnungsgefühle bei Einnah- me des Suchtmittels durch dopaminerge Synapsen im Nucleus accumbens NEUROENHANCER MPH Methylphenidat (MPH) : bekannt als Ritalin - Einsatz als Medikation von ADHS- Patienten, die eine verringer- te bopaminausschüttung haben & so unter Konzentrationsstör - ungen Leiden Wirkung von MPH: -MPH blockiert bopamin - Transporter, die normalerweise popamin zurück in die Präsynapse pumpen - Dopamin bleibt länger im synaptischen Spalt → gesteigerte Konzentration & Aufmerksamkeit Argumente für & gegen die Einnahme: Pro · gute Wirkung bei schlechten Ausgangsleistungen verbessertes Kurzzeitgedächtnis Kontra keine Wirkung bei guter Aus- gangsleistung kein positiver Einfluss auf Prü- fungen, die andauernde Auf- merksamkeit benötigen Persönlichkeitsänderungen Nebenwirkungen KÖRPEREIGENES BELOHNUNGSSYSTEM Nucleus accumbens endogene Substanzen dopaminerges Neuron Dopamin- ausschüttung GABAerges Neuron Endorphin 1 Нуро- physe Endorphin- Rezeptor Area tegmentalis ventralis Nucleus accumbens Hypophyse Area tegmentalis ventralis 1. Neuronen der Hypophyse setzen Endorphine frei 2. Endorphine binden an die spezifischen Rezeptoren der GABAergen Neuronen → GABAerges Neuron hyperpolarisiert & GABA-Ausschüttung wird ver- ringert → Erregungsweiterleitung der dopaminergen Neuronen wird weniger gehemmt 3. Dopamin wird Nucleus accumbens vermehrt ausgeschüttet → erhöht die Aufmerksamkeit & führt zu Glückgefühlen, die ver- halten positiv verstärken Second messenger ALLGEMEINE SECOND-MESSENGER-VORGÄNGE dienen zur Signalübertragung innerhalb einer Zelle - fungiert als Signalverstärkung: ein First messenger bewirkt die Bildung einer großer Anzahl von Molekülen als Zellantwort auf das Primärsignal Ablauf: 1. extrazelluläres Signal (First messenger/Ligand) wird frei z. B. durch ein AP 2. intrazellulärer Botenstoff (Second messenger) wird durch First mes- senger aktiviert 3 Second messenger initiiert Signalkaskarde & leitet weitere Prozesse ein ABLAUF AM BEISPIEL VON CAMP Neurotransmitter (hier: Noradrenalin) wird durch ein AP in den synaptischen Spalt ausgeschüttet - ein spezifischer Rezeptor ist an ein inaktives G-Protein mit dessen Kosubstrat GDP gekoppelt (in der postsynaptischen Membran) 1 Noradrenalin bindet an einen ß-adrenergen Rezeptor 2. GDP wird durch GTP ersetzt & das G-Protein aktiviert 3. G-Protein aktiviert das Enzym denylatzyklase wandelt ATP in CAMP um 4. CAMP stimuliert eine Proteinkinase übertragt eine Phosphatgruppe auf K+-Kanäle, die dadurch geschlossen werden 5. K+-lonen können nicht weiter rausströmen & das postsynaptische Potential wird verringert hält langer → Neuron ist leichter erregbar = Signal wird verstärkt yu G-Protein ß-adrenerger Rezeptor Adenylat- zyklase K+ - Kanal yu 2 ↓ 271 Proteinkinase W Guanosintriphosphat (GTP) Guanosinmonophosphat (GDP) Adenosinmonophosphat (ATP) zyklisches Adenosinmonophosphat (CAMP) Kalium-Ionen (K+) Noradrenalin Phosphatgruppe Messung von Membranpotentialen VOLTAGE-CLAMP-TECHNIK · Messelektrode (Mikropipette aus Glas, gefüllt mit einer Salzlösung) - Draht in der Pipette ist mit einem Verstärker & Oszillaskop verbun- den - Oszilloskop zeigt gemessene Spannung gegenüber einer weiteren Elektrode (Bezugselektrode) an PATCH-CLAMP-TECHNIK Aufbau: Glaspipette Salzlösung Silverdraht K+-lonen Verstärker Stromstärke in Pikoampere Oszillograph O JLLAL 20 ● Kanal Kanal ge- offen schlossen 30 40 50 60 70 80 Zeit in Millisekunden .... • Ablauf: - Glaspipette (01 μm) wird mit Salzlösung gefüllt - Glaspipette wird auf die Membran eine Membran gesetzt - Membranstück wird durch leichten Unterdruck angesogen - lonenströme durch einen einzelnen geöffneten lohenkanal exakt gemessen werden - Silberdraht detektiert die Spannungsänderungen & leitet sie über Verstärker an einen Computer weiter, der ein Oszillogramm erstellt