Neurobiologie, Synapsen, Reize, Gehirn

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verbunden mit energetischer Versorgung Z.B aus energiereichem ATP bspw: Natrium-Kalium-Pumpen Öffnung/ Schließung durch Veränderung der Membranspannung oder durchspezifische chemische Substanzen (Liganden) Möglich in beide Richtungen? → Antiport Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Ruhepotential Oszilloskop lembran potential außen 。 (K+ O CI- lonenverteilung: lonenkonzentration Zell- membran 990 Außenmedium (Salzlösung) (Na+ K+ (Cl- A- innen Bezugs- elektrode Na+ 150 mmol/l Ableit- elektrode Riesen- axon 5 mmol/l) 120 mmol/l 15 mmol/l) 150 mmol/l 10 mmol/l 200 mmol/l organische Anionen - 40 + : Spannung zwischen der Außenseite und der Innenseite der Membran: Membranpotential -90 mV ΘΘ nicht erregtes Axon Kaliumhinter- grundbanal rel. Permeabilität Na CI- O K+1 0,04 -4% 0,45 A-O durchqueren nicht byhouats compoT __K + Konzentrationsgefälle. Aufbau Membranpotential, Kuan @ - Membranseite zaborato Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. → Innenseite negativ gegù. der Außenseite geladen - polarisierte Membran Membranprotein → Transportmechanismus benötigt Energie (ATP) → Pumpzyklus: Tausch von 3NA+ gegen 2K+ Selective Permeabilität: Membranpotenzial entsteht durch. Konzentrationsunterschied von positiv und negativ geladenen lonen. Unterschiedliche Durchlässigkeit für bestimmte lonen Beide Vorgänge stehen langfristig im Gleichgewicht ,,Kaliumgleichgewichtspotential" diese Spannung nennt sich Ruhepotential In geringem Umfang diffundiert beständig NA+ dem Konzentrationsgefälle folgend in die Nervenzelle (,,Natrium-Leckstrom") Dies würde zu Ausgleich führen: Membranpotential=0 Aufrechterhaltung/Aufbau Ruhepotential: →Aktiver Transportmechanismus Na+-K+-Pumpe gleicht lonenleckströme aus ATP ADP • Na* OK Pumpenprotein 05 innen Na+-K+-Pumpe außen Die Entstehung eines Alationspotentials. +40 0. -50 -70 -100 Spannung in mV 2 Aktionspotential Spitze (Peak) Depolarisation 4 Repolarisation Hyperpola- risation 6 Schwellenwert Ruhepotential 8 Zeit in ms Aktionspotential sind Schnelle, kurzfristige Veränderung des Membranpotenzialsan Nervenzellen. Sie dienen der Erregungsweiterleitung im Körper. : Depolarisation: Überschwelliger Reiz Öffnung spannungsanhängiger Natrium-ionen-Kanäle Aufgrund des Konzentrationsgradienten und des Ladungsgefälles diffundieren Na+- lonen in das Axon → Zellinnere ist nun positiv geladen Spannungsumkehr (overshoot) Repolarisation: → Rückkehr des Membranpotentials zum Ruhepotential → Na+-Kanäle schließen sich (nach 1-2 ms) → Positiver Ladungsüberschuss in Zellinneren → Öffnung der spannungsgesteuerter K+-Kanäle → K+ strömt (auch durch Hintergrunskanäle) aus der Zelle → Zellinnere wird negativer (repolarisiert) Hyperpolarisation: Da beide K+-Kanäle offen waren und die spannungsgesteuerten sich nur langsam schließen strömte mehr K+ als „nötig fürs Ruhepotential " aus der Zelle → Undershoot → Alle spannungsabhängigen lonenkanäle sind geschlossen. →Das Ruhepotential stellt sich wieder ein → Natrium-Kalium Pumpe aktiv! Alles-oder-Nichts-Prinzip: Das Aktionspotential hat also immer die gleiche Amplitude ,,An- und Ausschlater" Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten.. Erregungsleitung: Kontinuierliche Erregungsleitung: Aktionspotenziale werden weitergeleitet ohne schwächer zu werden → Spannungsschwelle überschritten: elektrisches Feld ist stark genug, um benachbarte spannungsgesteuerten Natriumionenkanäle zu öffnen → Jede Stelle: Alles-oder-nichts-Gesetz der Erregung Refraktärzeit: → Einmal geöffnete Natriumionenkanäle sind nach dem Schließen blockiert → Erreichen des Ruhepotentialwerts: aktivierbarer Zustand → Neue Depolarisation kann sie öffnen Absolute Refraktärzeit: → In keinem Fall kann ein Aktionspotential ausgelöst werden Relative Refraktärzeit: → Einige Na+-Kanäle befinden sich im aktivierbarem Zustand → starke Reizung: schwache Aktionspotentiale möglich Ruhepotential stellt sich langsam wieder ein 2. Arten von Erregungsleitung: myelinisiertes Axon! +++++++++++++********* Axonhügel b Axonhügel Myelinscheide RANVIER'Scher b Membran refraktär Schnürring ************+++++++++************* 2 Abb. 7.14: Elektrotonische Ausbreitung eines Stroms im Axon einer markhaltigen Nervenfaser → Krichstrom fließt 0- -50- absolut relativ Abb. 7.12: Refraktärzeit mit absoluter und relativer Refraktärphase Saltatorische Erregungsleitung_(saltare=springen): Myelinscheide schirmt Axon in den Abschnitten zwischen den RANVIER´schen Schürringen nahezu vollständig gegen extrazelluläre Flüssigkeit ab. → Geringere Dichte spannungsgesteuerter lonenkanäle → Am Axonhügel, RANVIER´schen Schürringen und am Endknöpfen können Aktionspotentiale entstehen. Membranpotenzial Erregung von Schnürring zu Schnürring Kontinuierliche Erregungsleitungs an nicht myelinisiertem Axon →→→→Wenig Energiebedarf, da Ruhepotential nur durch lonenpumpem an Schnürringen aufrecht erhalten wird →Hohe Leitungsgeschwindigkeit im Bereich der Myelinscheide und ,,wenige" AP Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Informationsübertragung an Synapsen synaptisches Bläschen Neuromitter Zytoplasma Reizübertragung : präsynaptisches Neuron 111 HAND Acetylcholin- esterase synaptisches Bläschen Funktionsschema einer Synapse O O synaptischer Spalt wors Na+ Ca Kanal Neurotransmitter Endknäpfchen O Ionenpumpe Bindung an den Rezeptor Präsynaptisches Acetyl- cholin 6-CH₂-CH₂-1²-CH₂ O postsynaptisches Neuron Postsynaptische Membran (Dendrit) aktiver inaktiver Rezeptor Rezeptor Synaptischer Spalt Kontaktstelle zwischen einer Nervenzelle und einer nachfolgenden Zelle. Übertragung von Erregung Interneuronale Synapsen 2 Nervenzellen Neuromuskuläre Synapsen Nervenzelle/Muskel Synapsen Neuroglanduläre Nervenzelle/Drüse Rezeptorsynapsen Sinneszelle/Nervenzelle Membranpotenzial durch AP: positiv Spannungsabhängige Ca+-Kanäle öffnen sich >Ca+-lonen diffundieren in die Zelle Synaptische Bläschen verschmelzen mit Membran Neurotransmitter werden in den synaptischen Spalt abgegeben (0.1ms) Ca+-Kanäle schließen sich wieder Ruhepotential wird hergestellt Umwandlung Elektr. In Chem. Signal Neurotransmitter erreichen die ligandengesteuerten Na+-Kanäle der Postsynapse (Acetylcholin-Rezeptor-Kanäle) Erregende Synapsen EPSP (exitatorisches postsynaptisches Potential) Bindet z.B ein Acetyl-Cholin-Molekül (beim Menschen zw. Neuronen und Skelettmuskeln, Herz und Gehirn) nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip → Öffnen sich die lonenkanäle und Na+ diffundiert in das postsynaptische Neuron Depolarisation, EPSP Hemmende Synapsen IPSP( inhibitorisches postsynaptisches Potential) Negativ geladene Chloridionen diffundieren durch die Kanäle oder K+ strömt raus Verstärken negative Ladung kein AP ausgelöst oder weitergeleitet Hyperpolarisation, wirkt EPSP entgegen →lonen-Kanäle schließen sich wieder → Acetylcholin löst sich durch BROWN´sche Molekularbewegung vom Rezeptor → Acetylcholinesterase spaltet AC enzymatische Deaktivierung →→Cholinpumpe transportiert Cholin zurück in Endknöpfen (reuptake) →Durch Cholinacetyltransferase wird neues Acetyl-Cholin hergestellt → In Versikel aufgenommen (recycelte oder durch Golgi-Apperat) Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Verrechnungsprozesse an Synapsen. Summation Zeit gleichzeitig Dendrit Soma 0 EPSP.. - Zeit Zeit → Addition der einzelnen EPSP's räumliche Summation: Gleichzeitige Erregung von mehreren getrennten Synapsen Axon →Größer Anzahl gleichzeitig ausgeschütteter Transmittermoleküle IPSP → elektrische Feld einzelner AP würde häufig nicht reichen um SW zu überschreiten und AP auszulösen synaptische Hemmung: Präsynaptische Hemmung: → hämmende Synapse öffnet zusätzlich zu Na+-Kanälen Cl- -Kanäle → AP wird nicht ausgelöst → Kontraktion bleibt aus niedriges Potential: weniger Transmitter → EPSP des Neuros bleibt unterhalb des Schwellenwerts Dendrit 0 Zeit EPSP Soma Axon in dem postsynaptischen Neuron kommt → excitatorische und inhibitorische Synapse liegen kein Rein an, da die excitatorische an der gleichen postsynaptischen Membran Synapse ihre Wirkung durch die inhibitorische Synapse verliert. Zeitliche Summation: → An einer Synapse werden in kurzem Abstand mehrere EPSP's ausgelöst -Größere Anzahl Transmitter → Addition des folgenden postsynaptischen Potentials → Größere Amplitude des entstehenden EPSP's Zeitraum: einige ms Postsynaptische Hemmung: → Gleichzeitige Abgabe von Transmittern, die NA+ und Cl- Kanäle öffnen → Verringerung Depolarisation →Geringeres Elektr. Feld Geringe WK, dass spannungsgesteuerte lonenkanäle am Axonhügel öffnen → AP verhindert oder verringert Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten, Wirkung von endo- und exogenen Stoffe auf.... Vargänge am Axon : exogene (von außen in den Körper gelangende) Stoffe: Meist werden dabei lonenkanäle blockiert Wodurch die Weiterleitung des APS eingeschränkt oder ganz blockiert wird bspw: Vergiftjng mit Saxitoxin, blockiert die Na+-Kanäle Wichtig in der Medizin: Na+-Kanäle können selektiv blockiert werden -> Endogene (körpereigene) Substanzen: bspw: Endorphine ,,körpereigene Schmerzmittel" spezifische Liganden, die an Opitrezeptoren binden Über Transducer(Überträger) werden K+-Kanäle geöffnet: Kaliumausstrom Hyperpolarisation Schmerzreiz kann vom Körper selber gedämpft werden Endogene I Exogene Stoffe können auf die Weiterleitung von APs an der Axonmembran wirken. Sie beeinflusse dabei meist spezifische lonenkanäle, die sie entweder verschließen oder geöffnet halten. Vorgänge in den Synapsen: Endogene Substanzen: bspw. Ausschüttung des Transmitters Dopamin: unterschiedliche Reaktionen der Postsynaspe Unterschiedliche Typen von Dopaminrezeptoren: IPSP oder EPSP Erregende oder hämmende Wirkung Exongene, chemische Substanzen (Synapsengifte) 2 Grundprinzipien: Übertragung an Synapse blockiert, Dauererregung Veränderte Acetylcholin-Freisetzung: → Bestimmte Synapsengifte verhindern, dass der Transmitter (Acetyl-Cholin) freigegeben wird Botulin, Gift der Botulinus-Bakterien in verdorbenem, Fleisch | Fisch →→ Zersetzt Protein in Vesikelmembran, das Verschmelzen mit präsynaptischer Membran ermöglicht → Membranpotential ändert sich nicht in der Postsynapse -> keine Muskelkontraktion → Schlaffende Lähmung Nutzung in Medizin: krankhafte Verkrampfung Kosmetik: Botox → Gift der schwarzen Spinne: gleichzeitige Entleerung aller synaptischen Bläschen ->> > Übererregung der Muskulatur: starre Lähmung (Atemnot, Krämpfe...) Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Blockade des Acetylcholinrezeptors: → Synapsengifte konkurrieren mit Transmitter an den Rezeptoren → Ähnlicher Bau, Gifte binden an / blockieren Rezeptoren → Acetylcholin kann an besetzte Rezeptoren nicht mehr binden → Curare/: postsynaptische Seite wird weniger stark bzw. nicht depolarisiert Coniin → Abgeschwächte/ keine Weiterleitung → Schlaffende Lähmung Gift der Königscobra: ähnlich jedoch irreversible Bindung → Nikotin: ähnliche Wirkung wie AC kann nicht durch Cholinesterase abgebaut werden Zusätzliche Erregung Muskelzittern Suxamethonin: Dauerdepolarisation : öffnet Na-Kanäle → Verkrampfungen →langsam durch Acetylcholinesterase abgebaut Hemmung der Acetylcholinesterase: →→ Alkylphosphate (organische Phosporsäureester, Bestandteil von Insektiziden (E605), Weichmacher, chemische Kampfstoffe) Hemmen die Acetylcholinesterase meist irreversible → AC-Spiegel steigt → Dauerdepolarisation starre Lähmung, Verkrampfungen → Tod durch Atemlähmung Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Synapsengifte 2 Wirkung auf Gehimareale Endogene Opioide: körpereigene Peptide: Ausschüttung bei Stressituationen (Schmerzen, Hunger) Schlüssel-Schloss-Prinzip, Bindung an spezifische Opiodrezeptoren auf der Neuronmembran → Erregungsübertragung erschwert Unterdrückung Schmerzwahrnehmung ● · Exogene Substanzen: Ecstasy: Vermehrte Ausschüttung Neurotrasmitter Serotonin → Zusätzliche Hemmung der Enzyme Kein Rücktransport →→Erhöhter Serotoninspiegel- → Andauernde Öffnung der lonenkanäle Optische, akustische und haitische Reize werden massiv verstärkt Schädigung der präsynaptischen Nervenendigungen Störung korrekter Ablauf der Siganalübrtragung → Einschränkungen der Gedächtnisleistung Dosis-Wirkung-Beziehung Je stärker der Kosum, desto größer die Gedächtnisdefizite Neuroenhancer- ,,Gehindoping": Geplante Einnahem von Substanzen zur Leistugssteigerung → Aktive Eingriffe in die Biochemie des Gehirns Coffein: Anregung ZNS, sowie Steigerung der Herzfrequenz Geringe Konzentration: Wirkung auf sensorische Bereiche des Gehirns: Konzentrationsfähigkeit Besetzt kompetitiv Adenosin-Rezeptoren (viel Adenosin: signal Gehirn runterschalten) Gehirn arbeitet angestrengt weiter, auch bei steigender Adenosinkonzentration Dihydroergotoxin: (Mutterkornpilz) Durchblutungsfördernd → Hemmt Abbau des second-Messengers cAMP Beschleunigung von Vorgängen im geistigen und psychomotorischen Bereich Lernvermögen, Gedächtnisleistungen Abwägung der Folgen: Gesundheitliche Aspekt sollte im Mittelpunkt stehen Übersteigerte Leistungserwartungen: nicht durch psychotropic Substanzen begegnen Langfristige Einnahme: Schädigung Körper und Geist Betroffene können nicht mehr am produktiven gesellschaftlichen Leben teilnehmen L L Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Signaltransduction an einem Rezeptor: Prozesse, mit deren Hilfe Informationen aus dem extrazellulären Raum durch die Zellmembran hindurch in das innere einer Zelle weitergeleitet werden können Signaltransalulction durch Liganden - kanale: extrazellulär Zellmembran Ligand- Zell- membran intrazellulär Zellmembranrezeptor (Protein in der Zellmembran) → spezifische Liganden (Bindungspartner) können anlagern.→ Öffnen nur die „Tür" → Rezeptorprotein: Konfigurationsänderung Kanal im Inneren des Proteins → Spezifische lonen können aus dem extrazellulären Raum in das Zytoplasma gelangen (eigentliche Reaktionspartner) → Unmittelbare Reaktion, indirekte Wirkungen → Löst sich Ligand: Veränderung Proteinstruktur: Verschlossen t Signaltransclulation durch das secand-messeger - Prinzip (Signalketle) : Signale von außerhalb der Zelle werden umcodiert und vermittelt durch eine Signalkette. CAMP (+ PPi) Bindungsstelle im Protein inaktivierte Proteinkinase aktivierte Proteinkinase ATP bb. 45: Das Second-messenger-Prinzip Signalkette lonen First messenger Rezeptor Transducer -First effector Second messenger Integrale Proteine in der Zellmembran Extrazelluläre Oberfläche: Bindungsstelle (n) →→ First Messenger (primärer Botenstoff): Anlagerung an extrazelluläre Seite eines Rezeptorproteins Second effector bspw. Hormone, die die Zellmembran nicht durchdringen können → Stimuliert Transducer (Überträger) Setzt Ezym in Zellmembran in Tätigkeit (First effector) zelluläre Reaktior Umwandlung ATP in cAMP (zyklisches Adebosinmonophosphat) : second Messenger →Aktiviert Proteinkinase (second effector) Führt zu zellulären Reaktionen, bspw. Aktivierung weiterer Zellenzyme Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Hormone: → Zweite Informationssystem zur Regulation von Körperfunktionen: Botenstoffe Langsamere, nachhaltigere Informationsübermittlung → Die meisten Hormone (Ausnahme: Neuro oder Gewebshormone) werden in speziellen Hormondrüsen gebildet. → Neurohormone kontrollieren über vernetzte Regelsysteme durch Stimulierung oder Hemmung die Exkretion anderer Hormone an den entsprechenden Hormondrüsen Hormonwirkung und -regulation: Nach ihrer chemischen Struktur unterscheidet man Steroid- von Peptidhormonen Steroidhormone: Verteilung über Blut, Flüssigkeiten Blutbahn -Hormon Rezeptor Zytoplasma DNA Zellkern Peptidhormone: Blutbahn Zytoplasma Stellwert Anlagerung an DNA und kann als so genannter Transkriptionsfaktor die Expression bestimmter Gene aktivieren oder hemmen Führungsglied mRNA inaktives Enzym Hormonelle Regellareis: Soll-Wert Regler Fühler ATP CAMP CAMP Ist-Wert Hormon- Rezeptor- Komplex Stellglied Stellgröße Regelgröße Störgröße Hormon Diffusion aktivierte Adenylatcyclase Rezeptor aktiviertes Enzym Schema eines Regelkreises zielzelle Wirkmechanismus von Steroid- hormonen first messenger second messenger Wirkmechanismus von Peptid- hormonen → verantwortlich für Folgerealktionen. Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. der neuronale weg vom Reiz zur Realtion: n Dehnung Rezeptor potential Muskelspindel Rezeptor Wom Reiz zur Reaktion Myelinscheide Axon Aktions potentiale sensorisches Neuron afferent Transmitter ausschüttung Zellkern → Kontraktion der Muskelfaser postsynaptische Potential Synapse motorisches Neuron Axon efferent Rezeptorpotential: - selektive Sinneszellen reagieren nur auf spezifische Reize - Reizaufnahme: Öfnnung der Na+-Kanäle Konzentrationsänderung Aktions- ententiale Transmitter Endplatten ausschüttung potential neuromuskuläre Synapse →Reiz: -Chemisch: Moleküle versch. Stoffe, die über die Luft oder (aq) zu den Rezeptorzellen gelangen - Physikalisch: bspw. Licht oder Druckänderungen, die auf das Auge oder den Tastsinn wirken Muskel aktions notential Motorische Muskel Reaktion: Endplatte (-Effektor) Kontraktion Rezeptorpotential Je stärker der Reiz und je länger er einwirkt, desto höher die Amplitude des Membranpotentials →→→Lokales Potential!! Breitet sich elektronisch auf dem Zellkörper aus → Wenn dies stark genug ist, um auf spannungsgesteuerte Na-Kanäle am Axon einzuwirken → Aktionspotential - Amplitudencodierung: Größe entspricht Stärke des elektrischen Feldes Es entsteht immer das gleiche AP mit immer der gleichen Höhe (Alles-oder-Nichts-Gesetz) - Frquenzcodierung: Reizstärke wird durch die Frequenz (AP pro Zeiteinheit) codiert → Universalität der neuronalen Codierung →Saltatorische Erregungsleitung Weiterleitung durch Synapse → Je nach der Frequenz werden unterschiedlich viele synaptischen Bläschen geleert → Abgabe von Transmittern in den synaptischen Spalt → Öffnung ligandengesteuerter Natriumionenkanäle Je nach Anzahl der Transmitter, unterschiedliche Amplitude des postsynaptischen Potentials →Neuromuskuläre Synapse: → postsynaptischen Muske mar Öffnung lig. Na-Kanäle-Depolarisation → Aus dem Endoplasmatischen Retikulum werden durch Depolarisation Calcium lonen freigesetzt ->> Ermöglichen Bindung Aktin- und Myosinfilamente Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. vom Reiz zum Sinneseindruck im Gehirn adäquater Reiz trifft auf Sinnesselle (reiaciufnehmende struckctur) in entsprechenden < Gehim Hirnregionen enstent aus Erregung ein Sinneseindruck Auswertung optischer Reize: Wahrnehmung = Sinneseindrücke + Erfahrungen Sehrinde versch. Rindenbereiche Reize werden registriert Farben räumliche Tiefe Axonbündel zur Sehrinde 1 Auswertung optischer Reize im Gehirn Transcluction, Umwandling in in elektr. Sign. Rezeptorpotentiale ↓ registriert Bewegung Weiterleitung als Actionspotentiale aus dem peripheren NS ins zentrale NS Thalamus verarbeitung situng Weiterleitt Sehnerv Objekt- erkennung Auge Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. die Patch-Clamp - Technik: lonenströme durch die Membran von Nervenzellen untersuchen Salzlösung Metall- elektrode Glaspipette Abdichtung des patch Mess- gerät extrazellulär intrazellulär lonenkanal Zellmembran > Nutzung auftretender Veränderungen in der Stromstärke Glaspipette ( 1 um) wird mit Salzlösung gefüllt und auf Membran des Neurons gesetzt Salzlösung: diejenige extrazelluläre Flüssigkeit Stromstärke [pA] →→ Leichter Unterdruck, damit Untersuchung nur am Membranbereich unterhalb der Pipettenöffnung stattfindet (patch: Stelle) → Feste Verbindung patch und Pipette (to clamp: einklemmen) →→→ Stromfluss Pipette und extrazelluläre Flüssigkeit verhindert Messelektrode an Oszillographen angeschlossen: Zeit [ms] Abb. 47: Mess- ergebnisse des lonenstroms, dargestellt im Oszillographen Strom meiste Zeit unverändert: es fließt kein Strom Stromfluss: lonen passieren den isolierten Membranbereich Über lonenkanäle durch Biomembran →→→→Kein kontinuierlicher Stromfluss: Kanäle nicht ständig geöffnet →→→→Setzt spezielle Mechanismen voraus, mit denen die Durchlassöffnungen gesteuert werden Die Patch-Clamp-Technik ermöglicht es, lonenbewegungen an Membranen genau zu untersuchen. Die Messergebnisse verdeutlichen die Modellvorstellung von gesteuerten lonenkanälen innerhalb der Biomembran. Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Nervensysteme sensorische Faser(n) Zentralnervensystem Gehirn motorische Faser(n) Rückenmark (RM) sympathisches Nervensystem parasympathisches Nervensystem enterisches Nervensystem -Darm-Trakts des Magen-D Aufbau des Rückenmarks: Zelllcömper →grace Substanz (ZNS) Zell-kd liegen außerhalb RM Anschwellung Spinalneru Spinalganglion Spinalganglion vegetatives Nervensystem (,,unwillkürliches" NS) Motoneuron -Zellkörper der sensorischen Faser anatomisch Unterscheidung Nervensystem funktionell Unterscheidung Peripheres Nervensystem (PNS) Hirnnerven Rückenmarksnerven periphere Ganglien Zentralkanal somatisches Nervensystem (,,willkürliches" NS) weiße Substanz graue Substanz -Spinalganglion Spinalnerv sensorisches Nervensystem (Afferenzen) motorisches Nervensystem (Efferenzen) Ganglion: Ansammlung Zellkörper außerhalb ZNS Nervenfasem myelinisierte Axone Zellkörper & Dendriten Leitung von Erregung Nervenfasern, die vom Rückenmark aus- gehen & hinführen Verschaltung & verrechnung Weiße Substanz: Axone, die Informationen aus den Sinneszellen an das ZNS melden (sensorisch: afferent) Ach so ne, die Erregungen aus dem ZNS zu den Erfolgsorgan leiten (motorisch: efferent) Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Reflex und Reflexbagen: Reflex: Reiz-Reaktions- Verknüpfung läuft starr auf einen spezifischen Reiz hin immer auf die gleiche Weise ab REIN REAKTION Rezeptor Muskelspindel Effektor Muskel Afferenz sensorisches Neuron Efferenz Beispiel Kniesehnenreflex Schlag vor die Kniesehne Streckermuskel kontrahiert →→ Unterschenkel hebt sich Motoneuron Abb. 67: Schematische Darstellung eines Reflexbogens 1. Der Schlag dehnt den Streckermuskel, Muskelspindeln werden gedehnt Mithilfe von Nervenzellen der grauen Substanz des Rückenmarks und der Spinalganglien, die zu Reflexbögen verschaltet sind, lassen sich Bewegung auch ohne Beteiligung des Gehirn steuern. zentrales Neuron (Motoneuron/Interneuron) Kniesehne - ,,Dehnungs-Sinnesorgane" - je stärker, desto höher die Impulsfrequenz auf dem Axon 2. Erregung läuft über Axon B ins Rückenmark Übertragen an Synapsen auf einer Nervenzelle im vorderen Bereich der graue Substanz 3. motorische Vorderhornzelle erregt 4. Axon endet auf motorischer Endplatte Stark genug: Kontraktion Streckermuskel Antagonist (Gegenspieler) wird also gedehnt Reflexzentrum Strecker Spindel Spindel Beuger d Reflexbagen ↑ Abb. 66: Verschaltungen des Kniesehnenreflexes Spinalganglion graue Substanz weiße Substanz APś auf abgehenden motorischen Axonen Würde wieder Strecker aktivieren und wieder Beuger do do do Verhindert durch Zwischennervenzelle, einem Interneuron (2) → Bei AP auf Axon b wird gleichzeitig die Zwischennervenzelle erregt →Bildet am Motoneuron des Beugern ein hemmendes Membranpotential (IPSP) Vorderhorn Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Sympatikus- parasympathilous. Antagonismus: Der Sympathikus und sein Antagonist der Parasympathikus → Die beiden wichtigsten Bestandteile des vegetativen Nervensystems Fast alle inneren Organe sind davon innerviert Beide sind immer gleichzeitig erregt und der jeweils stärkere zum Erfolgsorgan führende Nerv bestimmt die Reaktion des Organs Allgemeine Sachverhalte: Sympathikus: Ursprungsort: nervenknoten rechts und links entlang der Wirbelsäule - Leistungssteigerung Gefahren und Stresssituationen: regt den Körper an hemmt entbehrliche vegetative Funktionen - ,,fight-or-flight-Reaktion",durch erhöhen der Handlungsbereichtschaft Parasympathikus: Ursprungsort: Kreuzbeinregion neben dem Gehirn Ruhe, Schonung und Erholung des Organismus sympathisches System Ⓒ O o Ⓒ O Ⓒ Auge -Speicheldrüsen-O Blutgefäße Schweißdrüsen O Herz Lungen, Bronchien Magen Leber Bauchspeichel- drüse Nebennieren- O Geschlechts- organe O o O Dünndarm Nieren Dickdarm a Harnblase € fördern hemmen Vegetative Nervensystem hat auch Einfluss auf den Hormonhaushalt bspw: Schilddrüsenhormon Thyroxin Sp: Anregung→→ Erhöhung des Grundumsatzes (Kohlenhydrate, Fett, Proteinstoffwechsel) Psp: Hemmung Arbeitet gegen Erhöhung des Grundumsatzes bspw: Bauchspeicheldrüse, Regulation der Insulinsekretion Sp: Hemmung Psp: Anregung Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. das Gehim: Aufbau I frontaler Kortex → Empfängt sensorische Signale → Handlungsplanung → Arbeitsgedächtnis → Aufmerksamkeit Großhirn Zwischenhim Balance zwischen den beiden Gegenpolen des vegetativen Epiphyse →Produktion Neurohormons Melatonin →RegulierungSchlaf-Wach- Nervensystems Sympathikus I Parasympathikus rhythmus Hyppocampus →Schaltstelle zwischen Kurz- Und Langzeitgedächtnis →Mit Amygdala: Signale emotional bewerten grabe Kleinbirn Wichtige Aufgaben bei Steuerung der Motorik - Feinabstimmung - gibt aber keine Bewegungsimpulse Schläfenlappen. (Lobus temporalis) Brücke [Pons) Übersicht über Funktionen. Hirnstamm Hirn- stamm Scheitellappen (Lobus parietalis) mor Hinterhauptslappen (Lobus occipitalis) → Verarbeitung der visuellen Reize der Retina Kleinhirn (Cerebellum) Nur geeignet für orirch Johanna Bellmann Ein Weiterverkauf ist verboten. Ballcen →Informationsaustausch zwischen Hemisphären GO Thalamus ,,Tor zum Bewusstsein" → Filtert Informationen →Sammelstelle Sinneseindrücke Amygdala → Signale werden mit Erinnerungen abgeglichen → Regelt emotionale Äußerungen Hypophyse →→ Zentrale Steuerung für viele hormonelle Funktionen im Körper. * Hypothalamus verdedat → Regelt über Steuerhormone, Neuropeptide die vegetativen Funktionen des Körpers. Ablaufe im Gehim | Erforsching: Seit Ende des 20. Jahrhunderts: Möglichkeit der bildgebenden Verfahren, um das lebende Gehirn genauer zu untersuchen PET (Positronen - Emissions - Tomografie): Computergestützte Schnittbilder Injektion Radiopharmaka, genauso verstoffwechselt wie die unmarkierten Stoffe → PET-Verfahren macht Verteilung der Marke sichtbar. → Physiologische Funktionen des Gehirns fMRT (functionelle Magnet-Resonanz-Tomografie): Gehirnareale können computergestützt in hoher räumliche Auflösung dargestellt werden Dabei kann die Aktivität dieser Gehirnabschnitte untersucht werden Aktive benötigen Für Arbeitsprozesse 0₂ wird benötigt, Gehirneabschnitte viel Energie -Wasserstoff- Atome fMRT macht sich Tatsache zunutze, dass sauerstoffreiches Blut andere magnetische Eigenschaften aufweist als Sauerstof erzeugen eigenes -Magnelfeld Achse "kerspin" jedes H-Atom dreht sich anders es. Aktive Teile des Gehirns werden verstärkt mit sauerstoffreichen Blut versorgt Stärker durchblutet Bei der fMRT werden die Wasserstoffatomkerne für kurze Zeit einem starken Magnetfeld ausgesetzt →→→ Ausrichtung nach angelegtem Magnetfeld → Nach Abschaltung richten sich die Kernspins der H- Atome wieder in ursprünglicher Richtung aus ↳ Wechsel und Geschwindigkeit können gemessen werden Beurteilung, wie stark ein Areal durchbluet wird Keine Denkprozesse, sondern lediglich Stoffwechselprozesse Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Plastizität des Gehirns : Spezifische Umwelteinflüsse können eine Modifizierung einzelner Nervenzellen, Synapsen und sogar Gehirnareale in morphologischer und funktionaler Hinsicht bewirken Erfahrung, die ein Lebewesen gemacht hat, wirken sich direkt auf Anatomie und Funktion des Nervensystems aus. Veränderungen der Aktivität von Nervenzellen Führung zu Veränderungen der Eigenschaften: Strukturelle Plastizität: N₂ a Wird als neuronale Plastizität (Neuroplastizität) bezeichnet funktionelle Plastizität: N₂ N3 N3 b Direkter Zusammenhang... → mit dem Vorgang des Lernens → Ausbildung einer Gedächtnisleistung N3 N3 Ausbildung never Synapsen schnellere impulsüber - tragung symptische Verbindung / wegfallen schwächer Änderung der Stärke der synaptischen Übertragung → stärkere Informationsleitung erschließt neve. Wege Learning never ends." Transmitterausschüttung •Hippocampus: verstärkte Dopamin- Freisetzung →setzt Prozesse aur Ausbildung synaptischer Plastizität in gang Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. das Gedächtnis : ...Die im Gehirn abgespeicherten und wieder aufrufbaren Erfahrung, die auf Lernprozessen beruhen - fließende Übergänge bei Einteilung der Gedächtnisleistung bewusste & willentliche Wiedergabe episodisches Gedächtnis erster Kuss Abiturfeier Wissensgedächtnis Erlebnisse Langzeitgedächtnis : semantisches Gedächtnis anatomische Grundlagen Limbisches System ist wichtig für der Aufbau von Gedächtnis-leistungen, speziell der Hippocampus Begriffsbedeutung „,Proteinbiosynthese" berühmtes, schiefes italienisches Bauwerk Schaltstelle, → die ankommende Informationen aus Kurzzeitgedächtnis auf dem Weg ins Wissensgedächtnis durchlaufen müssen prozedurales Gedächtnis Klavier spielen Fahrrad fahren Präfrontaler Kortex- Thalamus Hypothalamus. Hypophyse (Hirnanhangdrüse) Amygdala (Mandelkern) Abb. 72: Teile des Limbischen Systems Gliederung nach Inhalten physiologische Grundlagen: Vom Gehirn werden unterschiedliche Strategien verfolgt Präfrontaler Kortex: → Prozesse des Arbeitsgedächtnisses →→→→Begrenzte Kapazität Gesamte Großhirnrinde und in Vielzahl unterliegender (subkortikaler) Bereiche: → Langzeitgedächnis erlernte Sachverhalte Langzeitgedächnis: Physiologische Prozesse sind noch nicht eindeutig geklärt Gyrus cinguli (steuert Aufmerksamkeit) -Hippocampus Kurzzeitgedächnis: Elektrochemische Basis: →Aktivitätsmuster von Nervenzellen (AP) und ihre Synapsen (Transmitterausschüttung) →Man geht davon aus, dass für eine dauerhafte Speicherung morphologische und molekulare Umgestaltung von Neuronen erforderlich sind Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann. Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Erkrankungen des menschlichen Nervensystems: verschiedene Beispiele: Multiple Sclerose (MS): Die Myelinscheiden der Neuronen im ZNS werden von Immunzellen des eigenen Körpers angegriffen Autoimmunreaktion Taubheitsgefühl in Gliedmassen sensorische/neuronale Auffälligkeiten Ursache: Erbliche Faktoren und/oder Virusinfektionen Parkinson-Syndrom: Absterben von bestimmten Neuronen des Großhirns (in den Basalganglien), die den Transmitter Dopamin herstellen. Alzheimer-Krankheit: Heftige Entzündung Ablagerungen unlöslicher Proteine um die Nervenzellen Amyloid-plaques Schwannschen Zellen werden mit ihren Neuronen stark geschädigt Stark eingeschränkte Erregungsleitung im Nervensystem Abrufen der Bewegungsprogramme gestört Stoffwechsel der Neuronen entgleist Verknüpfungen zwischen Nervenzellen werden gestört oder Neuronen sterben ab Verlust der geistigen Fähigkeiten und des Gedächtnisses schwerwiegende Verhaltensänderung Versagen der Körperfunktionen Ursache: vorallem genetische Faktoren Oxidativer Stress im Gehirn durch vermehrtes Auftreten freier Radikale I Stoffwechsel Lage Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten. Wie werden Signale codiert. Neuron 1 Neuron 2 Neuron 3 längere Zeit auf. Neurit ш Soma (Verrechnung) digitcile Codierung: Frequenzcodierung: Wenn der Reiz intensiv ist, ist die Frequenz hoch, also sind viele Aktionspotentiale eng nacheinander. Wenn der Reiz länger andauert, kommen mehr Aktionspotentiale vor. eindeutige Informationsverarbeitung mit „Überlastungsschutz", durch ,,Alles-oder-Nichts-Gesetz" (immer gleich hohe Amplituden) - ständige Spaltung und Resynthese der beteiligten chemischen Substanzen entfällt - lonen werden bereits mit Nahrung in den Körper aufgenommen analoge Codierung: Amplitudencodierung: Wenn der Reiz Intensiv ist, ist die Amplitude des postsynaptischen Potentials hoch. Wenn der Reiz länger andauert, tritt das PSP länger auf. Menge an einströmenden Ca 2+ lonen / freigesetzten Acetylcholinmoleküle ist proportional zur Aktionspotentialfrequenz - durch die proportionale Umsetzung des elektrischen in ein chemisches Signal wird der synaptische Spalt überwunden und so die Folgezelle aktiviert Gewährleistung an die Erregungstärke angepasste, verlustfrei Signalübertragung - Unterteilung in einzelne chemische Vorgänge: gute Regulierbarkeit - zeitliche Verzögerung der Signalweiterleitung - störungsanfällig werden der Beteilgung chemischer Stoffe Lernzettel erstellt durch Johanna Bellmann Nur geeignet für private Nutzung. Ein Weiterverkauf ist verboten.