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Flashcards in Brecht Deck (47)
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1

Skizzieren sie die molekularen Mechanismen, die die Eigenschaften des spannungsabhängigen Natriumkanals bestimmen.

→ die mittlere von 5 Untereinheiten ist positiv geladen und bewirkt durch Lageveränderung ein Öffnen des Kanals in Abhängigkeit der Membranspannung (Zustände offen und geschlossen)
→ die Inaktivierung (dritter möglicher Zustand) erfolgt entsprechend dem Ball and Chain Modell
→ nach dem Öffnen beginnt eine Kugelstruktur ähnlich einem Stöpsel, den Kanal wieder zu verschließen

2

Welche Methoden können zur Charakterisierung von Ionenkanälen genutzt werden?

→ pharmakologisch mittels Toxinen
→ molekulare Analyse mittels Röntgen-Kristallografie
→ Untersuchung der Expression bei Gen-Mutation
→ elektrisch mittels Einzelkanalableitung per Mikropipette (patch clamp)
→ im weiteren Sinne auch elektrisch mit intra- oder extrazellulärer Ganzzellableitung (Elektrode, scharfe Mikroelektrode, Mikropipette) → zeigt jedoch nur Summe der Kanalströme

3

Welche sind die elektrischen Eigenschaften des Lipid-Bilayers?

→ großer Widerstand
→ Kondensatoreigenschaften → große Kapazität
→ bei Ruhepotential von -70mV große Feldstärke auf kurzer Distanz
→ Membraneigenschaften können als Ersatzschaltbilder abgebildet werden: Hochpass/Tiefpass

4

Welche Mechanismen terminieren das Aktionspotential?

→ Inaktivierung der Natriumkanäle
→ spannungsabhängiges Öffnen der Kaliumkanäle → zeitverzögertes Gleichrichten

5

Was ist HERG und wie ergibt sich die klinische Relevanz des Gens?

→ human ether-a-go-go related gene (zuerst an Drosophila entdeckt)
→ codiert für Kaliumkanal, der beim Menschen an Repolarisation des Herzmuskel-Aktionspotential beteiligt ist
→ bei Fehlfunktion Häufung von Kammerflimmern/Herztot
→ viele Substanzen (Medikamente, ...) können mit HERG interagieren und müssen daraufhin untersucht werden

6

Wie können elektrische Messungen einzelner Kanäle durchgeführt werden?

→ Einzelkanalableitung per Mikropipette (patch clamp)
→ Messpipette muss dicht anliegen (Giga-Ohm-Seal) → Silikatglas schließt am besten
→ Membran muss sauber sein, Durchführung im Faradayschen Käfig (gegen Rauschen)

7

Welche Eigenschaften leiten sich aus der Kristallstruktur des bakteriellen Kaliumkanals ab?

→ die Kanalpore bildet einen Selektivitätsfilter, der genau auf die Größe des hydratisierten Kaliumions abgestimmt ist (keine Interaktion mit kleinerer Natrium-Hydrathülle und zu geringe Abmessungen für größere Ionen)
→ der Kanal beinhaltet drei Kaliumionen, die sich durch Abstoßung gegenseitig hindurchschieben → kurze Verweildauer
→ es handelt sich um eine wässrige Pore → Ionen passieren besser durch wässriges Milieu
→ 2003 MacKinnon Nobelpreis

8

Welche Messverfahren für intrazelluläre Potentiale kennen sie?

→ Ganzzellmessung mittels Mikropipette (jedoch mit Dialyse der Zelle)
→ scharfe Mikroelektrode (wird in die Membran gerammt)

9

Worauf bezieht sich der Name Patch-Clamp?

→ Einzelkanalableitung mittels Mikropipette
→ Ableitung zeigt stochastisches Verhalten (sofern korrekt an nur einem Kanal durchgeführt)
→ muss dicht anliegen → Giga-Ohm-Seal
→ bei Ganzzellableitungen mittels Mikropipette wird jedoch nicht von patch-clamp gesprochen

10

Wie ergeben sich die Tiefpass-Antworteigenschaften der Nervenzellmembran?

→ parallel geschaltete kapazitative- und Widerstandseigenschaften

11

Wie kann die Aktionspotential-Ausbreitung im Axon beschleunigt werden?

→ geringerer Längswiderstand durch dickere Axone
→ reduzieren der Permeabilität durch Isolierung in Form von Myelinsierung (erhöht Querwiderstand)

12

Was besagt Cajals Neuronentheorie?

→ das Gehirn besteht aus diskreten Recheneinheiten (einzeln, autonom, physisch getrennt), die untereinander über chemische Synapsen in Verbindung stehen
→ entspricht Befund der Golgi-Färbung, Nobelpreis 1906 Golgi und Cajal
→ dem entgegen stand die Theorie vom Gehirn als Syncytium (Reticulartheorie), die von einer rein elektrischen Verarbeitung ausgeht

13

Welche anatomischen Befunde stützen die Neuronentheorie?

→ entspricht Befund der Golgi-Färbung, einer Silbernitratfärbung, die nur 1-2% der Zellen, diese aber vollständig anfärbt → diskrete Einheiten (Neurone) können dargestellt werden
→ Kommunikation über chemische Synapsen durch Sherrington aufgedeckt (Nobelpreis 1932)
→ heute ist die Struktur der Synapse inklusive der präsynaptischen Vesikel (enthalten Transmitter) elektronenmikroskopisch darstellbar und auch die Struktur und Funktion des an der Transmitterfreisetzung beteiligten SNARE-Komplexes aufgeklärt
→ tatsächlich können im Nervensystem aber auch elektrische Synapsen gefunden werden

14

Wie ergibt sich die scharf aufsteigende Flanke der Aktionspotentiale?

→ öffnen des spannungsabhängigen Natriumkanals bewirkt schnellen Einstrom von Natrium, getrieben durch Elektrostatik und Konzentrationsgradienten
→ positive Rückkopplung → Na-Einstrom führt zur weiteren Depolarisation und zur Öffnung weiterer Na-Kanäle

15

Mit welchem elektrischen Schaltbild kann man die elektrischen Eigenschaften von Neuronen darstellen?

Tiefpass mit parallel geschalteten kapazativen und Widerstandseigenschaften

[Schaltbild]

16

Was sind die Vorteile von in vitro Präparaten?

Pharmakologie, mechanische Stabilität und leichtere Visualisierung
leichtere Kontrolle, Beeinflussung von Bedingungen,...

jedoch nicht direkt auf in vivo beziehbar

17

Begründen Sie, warum Kaliumionen stärker auf das Ruhepotential wirken als Natriumionen?

→ die spezifische Permabilität der Membran für Kaliumionen ist besonders hoch
→ daher beeinflusst der Konzentrationsgradient von Kalium das Ruhepotential im besonderen Maße → siehe Goldmann-Gleichung

18

Wie ergeben sich die kapazativen Eigenschaften der Nervenzellmembran?

→ je kleiner die Distanz zwischen den „Kondensatorplatten“ und je größer deren Fläche, desto größer ist deren Kapazität ( C∝ A/d )
→ die Membran besteht aus einem sehr ausgedehntem, dünnen aber undurchlässigen Lipid-Bilayer, was zu einer sehr großen Kapazität führt

19

Wie ergibt sich das Ruhepotential?

→ initial besteht eine ungleiche Ionenverteilung
→ entscheidende Einflüsse stellen die unterschiedliche Ionenpermeabilität der Kanäle sowie aktive Prozesse (Na-K-Pumpe) dar

20

Was ist die Funktion und wie ergibt sich der Energieverbrauch der Na-K-Pumpe?

→ die Arbeit erfolgt gegen den elektrostatischen und Konzentrationsgradienten → kann nur unter Energieverbrauch erfolgen
→ unter Hydrolyse von ATP werden 3 Natriumionen ausgeschleust und im zweiten Schritt 2 Kaliumionen eingeschleust (elektrogen → Zellpotential wird negativer)
→ dies dient der Aufrechterhaltung oben genannter Gradienten

21

Wie ergibt sich die Semipermeabilität der Zellmembran?

→ der Lipidbilayer selber ist undurchlässig für große, polare und geladene Teilchen
→ die Semipermeabilität ergibt sich aus den selektiven Eigenschaften der eingelagerten Kanäle, die jeweils nur eine bestimmte Ionensorte passieren lassen (z.B. Kaliumkanal)

22

Wie können synaptische Kalzium-Signale gemessen werden?

→ durch synthetische oder genetisch kodierbare Kalziumindikatoren

23

Warum hat GFP die Zellbiologie revolutioniert?

→ es ist genetisch kodierbar, existiert in verschiedenen spektralen Varianten
→ zeigt eine hohe räumliche und zeitliche Auflösung
→ ist leicht anregbar (gute Quantenausbeute) und hat ein sehr stabiles Fluorophor mit großer Cross-Section

24

Warum kann man mit konventioneller Mikroskopie zelluläre Vorgänge im intakten Gehirn nicht untersuchen?

→ das Gehirngewebe streut das Licht sehr stark

25

Wie beschränkt man im Konfokalmikroskop bzw im Zweiphotonenmikroskop die Bildgebung auf die Focusebene?

→ bei konfokaler Mikroskopie erfolg ein Herausfiltern der Streuphotonen durch eine zusätzliche Blende
→ bei der Zweiphotonenmikroskopie wandert nur ein einziger Lichtpunkt (stark fokussierter Laser) durch das Gewebe, was unerwünschten Photonen verhindert

26

Wie kommen hyperpolarisierende bzw shunting Inhibition zustande und was sind die rechnerischen Unterschied dieser Inhibitionsformen?

→ Shunting Inhibition: wird bei Erregung/Depolarisation der Zelle der GABA-A-Kanal geöffnet (ligandengesteuerter Chloridkanal), so wirkt dies bei einem Gleichgewicht von Chlorid der Depolarisation entgegen → der Widerstand wird Verändert → entspricht rechnerisch einer Division (halber Widertstand = halbes Potential)
→ Hyperpolarisation: inhibitorische Synapsen bewirken Steigerung der Membranspannung durch Öffnen oder Schließen bestimmter Ionenkanäle → Erregungsschwelle wird angehoben wird (wie bei Hyperpolarisation nach dem Aktionspotential) → die hyperpolarisierende Hemmung wirkt sich rechnerisch wie eine Subtraktion aus

27

Nennen Sie den wichtigsten inhibitorischen Transmitter im ZNS und seine Rezeptoren.

→ wichtigster Inhibitor: GABA (gamma-Aminobuttersäure)
→ wirkt auf GABA-A- und GABA-B-Rezeptor
→ hier wirken auch Barbiturate

28

Nennen Sie Unterschiede zwischen den Mechanismen der synaptischen Übertragung im ZNS und der neuromuskulären Übertragung.

→ im ZNS: Neurotransmitter Glutamat, liegt in Synapse nur in einzelnen Vesikeln vor (daher auch Transmissionsversagen möglich) → kleines postsynaptisches Potential, auch Hemmung möglich
→ in der neuromuskulären Endplatte → Transmitter Acetylcholin (bei Vertebraten) liegt in zahlreichen Vesikeln vor (~100) → stochastisches Verhalten und großes postsynaptisches Potential, keine Hemmung möglich

29

Skizzieren Sie die molekularen und zellulären Mechanismen chemischer synaptischer Transmission.

→ ein Aktionspotential an der präsynaptischen Seite bewirkt den Einstrom von Kalziumionen durch spannungsabhängige Kanäle
→ Vesikel fusionieren vermittelt durch den SNARE-Komplex und Synaptotagmin mit der präsynaptischen Membran und setzen den Neurotransmitter in den synaptischen Spalt frei
→ Transmitter diffundiert durch synaptischen Spalt
→ postsynaptisch bewirkt das Öffnen direkt oder indirekt ligandengesteuerter Kanäle eine Depolarisation, wodurch sich das Aktionspotential fortsetzt

30

Skizzieren Sie die Eigenschaften elektrischer Synapsen.

→ schnelle Übertragung, schlecht modulierbar, keine Hemmung, Connexine können jedoch pH-abhängig schließen
→ Symmetrie der Übertragung abhängig vom Größenverhältnis der interagierenden Zellen
→ pharmakologisch kaum beeinflussbar
→ bei Knock-Out teilweise nur geringe Beeinträchtigungen beobachtbar