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Neurobiologie Zusammenfassung

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 Die Nervenzelle
Die Bestandteile und ihre Funktionen
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Die Nervenzelle Die Bestandteile und ihre Funktionen Dendrit Soma Axonhügel Axon Synapse Aufnahme von Signalen benachbarter Zellen Weiterleitung zum Soma in Form von elektrotonischen Wellen Ort der Fotosynthese Ursprung" des Axons hier findet die Verrechnung der Signale und die Generation von Aktionspotentialen statt Astrozyten Weiterleitung der Aktionspotentiale bis hin zu den Endknöpfchen Kontaktstelle zwischen 2 Nervenzellen Gliazellen Begleitzellen der Nervenzelle (mehrschichtige Membran) Oligodendrozyten Schwann'sche Zellen Mikrogliazellen Hüllzellen im PNS Peripheres Nervensystem Fresszellen Dendriten Hüllzellen im ZNS Zentrales Nervensystem, welche für eine starke Isolierung von der extrazellulären Flüssigkeit sorgen keine lonendurchgänge Die Sinneszellen ● Reize werden durch Rezeptoren/Sensoren wahrgenommen ● Es findet eine Unterscheidung zwischen primären und sekundären Sinneszellen statt zellkern Primäre Sinneszellen: bilden Aktionspotenziale (digital) 15€ verantwortlich für die Kontakte zwischen Nervenzellen, außerdem haben sie einen Einfluss auf die Signalübertragung und Versorgung der Nervenzellen, so wie einen Einfluss auf die Bluthirnschranke Sekundäre Sinneszellen: schütten Transmitter aus (analog) Kollaterale Iverzweigung] Endknöpchen Axonhügel · Gliazelle Ranvier'scher Die Funktion der Gliazellen ist noch stark unerforscht - bekannt ist, dass sie stark isolierend, ernährend und stützend sind. Adäquate Reize Temperatur Druck Licht ● Schall Geruch ● Geschmack Hauch Gleichgewicht schnürring Zellkern als Ausstülpung Zellkern innerhalb der SZ soma Das Ruhepotenzial Spannungsdifferenz einer erregbaren Membran im nicht erregten Zustand es existiert ein K+-Hintergrundkanal eine Proteinpore, welcher permanent geöffnet ist und für positiv geladene Teilchen permeabel, also durchlässig, ist besonders für K+-lonen, zu 5-6% jedoch auch Na+-lonen K+-lonen strömen nach Außen aufgrund des chemischen Potenzials Konzentrationsgefälle ● Innen Außen gemessen elektrisches Gefälle drückt die K+-lonen nach Innen, das Ruhepotenzial ist erreicht, wenn das chemische Potential = elektrisches Potenzial dieses liegt bei etwa -70mV → genauso viele K+-lonen strömen an...

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diesem Punkt in die Zelle, wie heraus Das Ruhepotential wird gemessen mit hilfe eines Oszilloskops, einer Glaskapillarelektrode, in einem Riesenaxon des Loligol-Tintenfisch, welches einen Durchschnitt von bis zu 1mm hat, so wie einer Vergleichselektrode in der extrazellulären Flüssigkeit Hierbei wurde eine Spannungsdifferenz von -70 mV Das Rezeptorpotential Überschuss negative Ladung Überschuss positive Ladung Für jeden adäquaten Reiz gibt es verschiedene Rezeptortypen Fotorezeptoren ● Mechanorezeptoren Thermorezeptoren ● Chemorezeptoren Das Aktionspotenzial Depolarisation Repolarisation elektrisches Potenzial Hyperpolarisation Ruhepotenzial außen innen der Zelle 150 10 K+ Na + 10 5 150 CL Transduktion in ein digitales Signal Ablauf ist von Rezeptor zu Rezeptor unterschiedlich es findet immer eine Veränderung des Ruhepotentials statt idR. Depolarisation, aber auch Hyperpolarisation Schwellenwert muss überschritten werden Spannungsgesteuerte K+-lonenkanäle schließen sich, das Ruhepotenzial wird durch die Natrium-Kalium-Pumpe wieder eingestellt 10 150 →analoges Potenzial Spannungsgesteuerte Na+ Kanäle werden durch einen depolarisierenden Reiz geöffnet, daraufhin strömen Na + lonen in die Zelle bedingt durch das chemische und elektrische Potenzial zunächst erst sehr wenige, ab dem Schwellenwert alle (Point of no Return), beim erreichen des Peaks ca. +30mV schließen sich die Spannungsgesteuerten Na+-Kanäle durch anhängende Molekülreste spannungsgesteuerte K+-Kanäle werden geöffnet oder öffnen sich langsamer und K+-lonen strömen aus es strömen mehr K+-Ionen aus der Zelle als es zum Einstellen des Ruhepotenzials notwendig wäre negativer Overshot 450 10 Anionen Refraktärzeit Zeitraum nach Auslösung eines Aktionspotentials, in dem aufgrund geschlossener Natriumkanäle keine neuen Aktionspotentiale generiert werden können. absolute Refraktärzeit 1ms nach Inaktivierung der Na+-Kanäle können diese nicht wieder geöffnet werden hier können keine weiteren Aktionspotentiale generiert werden, daher sind die Aktionspotentiale pro Sekunde auf 500 begrenzt relative Refraktärzeit Erregungsweiterleitung Kontinuierliche Erregungsweiterleitung in marklosen Nervenfasern Je größer der Durchschnitt, desto größer der Querschnitt Je größer der Querschnitt, desto kleiner der Wiederstand ● bei starker Reizung lassen sich Kanäle öffnen Es findet eine Kaskadenreaktion statt, die Weiterleitung erfolgt hier bei einem Axon mit besonders großem Durchschnitt mit max. 100 m/s. Durch den Depolarisierenden Reiz öffnen sich einige der Natrium- Kanäle, durch die Änderung der Ladung werden auch benachbarte Kanäle geöffnet durch die Refraktärzeit ist die Richtung vorgegeben Materialien + + Saugkapillare (1-2 Mikrometer Öffnungsweite) + ● Membranoberfläche ● Reizelektrode ● Ansaugvorrichtung + Saltatorische Erregungsweiterleitung in markhaltigen Nervenfasern Das EPSP 1 elektrotonische Welle trifft auf den Axonhügel stark genug ein Aktionspotential auszulösen und damit überschwellig woraufhin sich spannungsgesteuerte Na+-Kanäle öffnen, am 1. Ranvierschen Schnürring nicht jedoch in Bereichen der Myelinscheide, da diese den Bereich des Axons vollkommen isoliert. + + Durch die Depolarisation am Ranvier'schen Schnürring werden Anionen angezogen und Kationen weggedrückt. Folge dieser lonenströme ist, dass auch am nächsten Ring eine Depolarisation stattfindet und die Erregung so von Ranvier'schen Schnürring zu Ranvier'schen Schnürring springt. Messung der lonenzusammensetzung im extrazellulären Raum außerhalb Der Membranfleck wird angesaugt im Idealfall genau ein lonenkanal, Beobachtung der Veränderungen Innenraum wird durch die Membran vollständig abgeschlossen Schwellenwert Patch-Clamp-Technik Beweis der Existenz von spannungsgesteuerten Natrium-Kanälen Ergebnis Ein etwa 2ms langer lonenfluss war dann messbar an den angesaugten lonenkanälen, wenn eine Reizung über den Schwellenwert hinausging + + + Die Synapse Ablauf das Aktionspotential erreicht das Endknöpfchen und führt zu einer Depolarisation durch die Depolarisation öffnen sich spannungs- gesteuerte Ca2+ Kanäle →lonen strömen ein bedingt durch einen elektro- chemischen Gradienten später werden diese durch aktiven Transport wieder nach außen transportiert nach ca. 0,2ms nach Einstrom von den Calcium-Ionen verschmelzen die in der aktiven Zone liegenden Vesikel mit der Membran → es kommt zu einer Freisetzung von Transmittern die Neurotransmitter diffundieren in den ● ● synaptischen Spalt die Neurotransmitter binden nach dem Schlüssel- Schloss-Prinzip an den lonenkanälen der post- synaptischen Membran je nach lonenkanal kommt es zu einer Hyperpolarisation oder Depolarisation der post- synaptischen Membran Digital keine Summation Verrechnung am Axonhügel zeitliche Summation postsynaptische Membran räumliche Summation calclum lonenkanal Verrechnung von EPSP und IPSP lonenkanal/ pata Ca 2+ Beim Beispiel des Transmitters Acetylcholin wird dieser durch die Cholinesterase in Acetat und Cholin gespaltet und gelangt durch Carrier ins Endknöpchen zurück dort kommt es zur Regeneration: die Cholin Transferase verestert Cholyn mit AcetylCoa aus Mitochondrien Nat-Rezeptorprotein It digitales signal An den Synapsen findet eine Umwandlung des Frequenzcodes in ein chem. Signal statt es handelt sich um einen Digital-Analog-Wandler Analog $AP Reizung bleibt unterschweillig keine Aktionspotentiale Ca ²+_ Pumpe analoges signal proportional zu der Menge an Aktionspotentialen steigt die Menge an ausgeschütteten Transmittern K Aktionspotenziale können sich nur in der Frequenz (Aktionspotentiale pro Sekunde) ändern je stärker die Reizung, desto höher ist die Freq nz der Aktionspotenziale (mehr Aktionspotenziale) zeitlich nahes/gleiches Eintreten von 2 EPSP sorgt für eine Summation die Hemmung, so wie die Erregung werden verrechnet präsynaptische Membran synaptischer Spalt (20-30 hm) Aufsummierung elektrotonischer Wellen Schwellenwert wird überschritten und somit werden Aktionspotentiale gebildet cholinesterase Die Wirkung wird durch die Kanäle der postsynaptischen Membran bestimmt Natrium und Calcium führen i.d.R. zu einer Depolarisation (EPSP exzitatorisches postsynaptisches Potential) Kalium und Chlorid führen i.d.R. zu einer Hyperpolarisation (IPSP inhibitorisches postsynaptisches Potential) ● ● Neurotransmitter ● ● Asparaginsäure ● Glutaminsäure ● ● Botulin Dopamin Acetylcholin Adrenalin Noradrenalin Serotonin Synapsengifte Beispiele a-Latroxin Atropin Nikotin GABA Glycin Merkmale Synthese im Soma; transportiert durch Vesikel; oft regeneriert immer nur ein Neurotransmitter in einer Synapse Freisetzung nach festem Mechanismus in den synaptischen Spalt ● spezifische Rezeptoren an der postsynaptischen Membran auslösen einer spezifischen Zellantwort Hemmung durch Antagonisten/ Begünstigung durch Agonisten Inaktivierung der Substanz durch spezielle Mechanismen Diffusion, enzymatischer Abbau, Wiederaufnahme... Calciumkanäle werden indirekt geöffnet unterbindet die Verschmelzung der Membran und Vesikel, wodurch keine Neurotransmitter freigesetzt werden blockiert muscarinische ACh-Rezeptoren öffnet nikotinogene lonenkanäle Neurotransmitterrezeptoren Rezeptorkanäle werden nach Agonisten benannt (Beispiel Nikton - nikotinerger ACh-Rezeptor) Acetylcholin G-Protein mit Verstärkerkaskade ● indirektes PSP durch second messenger wie CAMP ● oft Hormone; ein aktivierter G-Protein-Rezeptor öffnet viele weitere lonenkanäle G-Protein binden an ein Enzym, welches für die Katalyse des second messenger sorgt G-Protein ohne Verstärkerkaskade ein G-Protein öffnet einen lonenkanal GDP G-protein 6 TP trans-form 6TP Enzym Second messenger ☆ Na+ ☆ Nat ☆

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Depolarisation, aber auch Hyperpolarisation Schwellenwert muss überschritten werden Spannungsgesteuerte K+-lonenkanäle schließen sich, das Ruhepotenzial wird durch die Natrium-Kalium-Pumpe wieder eingestellt 10 150 →analoges Potenzial Spannungsgesteuerte Na+ Kanäle werden durch einen depolarisierenden Reiz geöffnet, daraufhin strömen Na + lonen in die Zelle bedingt durch das chemische und elektrische Potenzial zunächst erst sehr wenige, ab dem Schwellenwert alle (Point of no Return), beim erreichen des Peaks ca. +30mV schließen sich die Spannungsgesteuerten Na+-Kanäle durch anhängende Molekülreste spannungsgesteuerte K+-Kanäle werden geöffnet oder öffnen sich langsamer und K+-lonen strömen aus es strömen mehr K+-Ionen aus der Zelle als es zum Einstellen des Ruhepotenzials notwendig wäre negativer Overshot 450 10 Anionen Refraktärzeit Zeitraum nach Auslösung eines Aktionspotentials, in dem aufgrund geschlossener Natriumkanäle keine neuen Aktionspotentiale generiert werden können. absolute Refraktärzeit 1ms nach Inaktivierung der Na+-Kanäle können diese nicht wieder geöffnet werden hier können keine weiteren Aktionspotentiale generiert werden, daher sind die Aktionspotentiale pro Sekunde auf 500 begrenzt relative Refraktärzeit Erregungsweiterleitung Kontinuierliche Erregungsweiterleitung in marklosen Nervenfasern Je größer der Durchschnitt, desto größer der Querschnitt Je größer der Querschnitt, desto kleiner der Wiederstand ● bei starker Reizung lassen sich Kanäle öffnen Es findet eine Kaskadenreaktion statt, die Weiterleitung erfolgt hier bei einem Axon mit besonders großem Durchschnitt mit max. 100 m/s. Durch den Depolarisierenden Reiz öffnen sich einige der Natrium- Kanäle, durch die Änderung der Ladung werden auch benachbarte Kanäle geöffnet durch die Refraktärzeit ist die Richtung vorgegeben Materialien + + Saugkapillare (1-2 Mikrometer Öffnungsweite) + ● Membranoberfläche ● Reizelektrode ● Ansaugvorrichtung + Saltatorische Erregungsweiterleitung in markhaltigen Nervenfasern Das EPSP 1 elektrotonische Welle trifft auf den Axonhügel stark genug ein Aktionspotential auszulösen und damit überschwellig woraufhin sich spannungsgesteuerte Na+-Kanäle öffnen, am 1. Ranvierschen Schnürring nicht jedoch in Bereichen der Myelinscheide, da diese den Bereich des Axons vollkommen isoliert. + + Durch die Depolarisation am Ranvier'schen Schnürring werden Anionen angezogen und Kationen weggedrückt. Folge dieser lonenströme ist, dass auch am nächsten Ring eine Depolarisation stattfindet und die Erregung so von Ranvier'schen Schnürring zu Ranvier'schen Schnürring springt. Messung der lonenzusammensetzung im extrazellulären Raum außerhalb Der Membranfleck wird angesaugt im Idealfall genau ein lonenkanal, Beobachtung der Veränderungen Innenraum wird durch die Membran vollständig abgeschlossen Schwellenwert Patch-Clamp-Technik Beweis der Existenz von spannungsgesteuerten Natrium-Kanälen Ergebnis Ein etwa 2ms langer lonenfluss war dann messbar an den angesaugten lonenkanälen, wenn eine Reizung über den Schwellenwert hinausging + + + Die Synapse Ablauf das Aktionspotential erreicht das Endknöpfchen und führt zu einer Depolarisation durch die Depolarisation öffnen sich spannungs- gesteuerte Ca2+ Kanäle →lonen strömen ein bedingt durch einen elektro- chemischen Gradienten später werden diese durch aktiven Transport wieder nach außen transportiert nach ca. 0,2ms nach Einstrom von den Calcium-Ionen verschmelzen die in der aktiven Zone liegenden Vesikel mit der Membran → es kommt zu einer Freisetzung von Transmittern die Neurotransmitter diffundieren in den ● ● synaptischen Spalt die Neurotransmitter binden nach dem Schlüssel- Schloss-Prinzip an den lonenkanälen der post- synaptischen Membran je nach lonenkanal kommt es zu einer Hyperpolarisation oder Depolarisation der post- synaptischen Membran Digital keine Summation Verrechnung am Axonhügel zeitliche Summation postsynaptische Membran räumliche Summation calclum lonenkanal Verrechnung von EPSP und IPSP lonenkanal/ pata Ca 2+ Beim Beispiel des Transmitters Acetylcholin wird dieser durch die Cholinesterase in Acetat und Cholin gespaltet und gelangt durch Carrier ins Endknöpchen zurück dort kommt es zur Regeneration: die Cholin Transferase verestert Cholyn mit AcetylCoa aus Mitochondrien Nat-Rezeptorprotein It digitales signal An den Synapsen findet eine Umwandlung des Frequenzcodes in ein chem. Signal statt es handelt sich um einen Digital-Analog-Wandler Analog $AP Reizung bleibt unterschweillig keine Aktionspotentiale Ca ²+_ Pumpe analoges signal proportional zu der Menge an Aktionspotentialen steigt die Menge an ausgeschütteten Transmittern K Aktionspotenziale können sich nur in der Frequenz (Aktionspotentiale pro Sekunde) ändern je stärker die Reizung, desto höher ist die Freq nz der Aktionspotenziale (mehr Aktionspotenziale) zeitlich nahes/gleiches Eintreten von 2 EPSP sorgt für eine Summation die Hemmung, so wie die Erregung werden verrechnet präsynaptische Membran synaptischer Spalt (20-30 hm) Aufsummierung elektrotonischer Wellen Schwellenwert wird überschritten und somit werden Aktionspotentiale gebildet cholinesterase Die Wirkung wird durch die Kanäle der postsynaptischen Membran bestimmt Natrium und Calcium führen i.d.R. zu einer Depolarisation (EPSP exzitatorisches postsynaptisches Potential) Kalium und Chlorid führen i.d.R. zu einer Hyperpolarisation (IPSP inhibitorisches postsynaptisches Potential) ● ● Neurotransmitter ● ● Asparaginsäure ● Glutaminsäure ● ● Botulin Dopamin Acetylcholin Adrenalin Noradrenalin Serotonin Synapsengifte Beispiele a-Latroxin Atropin Nikotin GABA Glycin Merkmale Synthese im Soma; transportiert durch Vesikel; oft regeneriert immer nur ein Neurotransmitter in einer Synapse Freisetzung nach festem Mechanismus in den synaptischen Spalt ● spezifische Rezeptoren an der postsynaptischen Membran auslösen einer spezifischen Zellantwort Hemmung durch Antagonisten/ Begünstigung durch Agonisten Inaktivierung der Substanz durch spezielle Mechanismen Diffusion, enzymatischer Abbau, Wiederaufnahme... Calciumkanäle werden indirekt geöffnet unterbindet die Verschmelzung der Membran und Vesikel, wodurch keine Neurotransmitter freigesetzt werden blockiert muscarinische ACh-Rezeptoren öffnet nikotinogene lonenkanäle Neurotransmitterrezeptoren Rezeptorkanäle werden nach Agonisten benannt (Beispiel Nikton - nikotinerger ACh-Rezeptor) Acetylcholin G-Protein mit Verstärkerkaskade ● indirektes PSP durch second messenger wie CAMP ● oft Hormone; ein aktivierter G-Protein-Rezeptor öffnet viele weitere lonenkanäle G-Protein binden an ein Enzym, welches für die Katalyse des second messenger sorgt G-Protein ohne Verstärkerkaskade ein G-Protein öffnet einen lonenkanal GDP G-protein 6 TP trans-form 6TP Enzym Second messenger ☆ Na+ ☆ Nat ☆