Neurobiology Flashcards
Starte in dieser Klasse mir der spannenden Neurobiologie! (17 cards)
Benennen Sie die Bestandteile des Zytoskeletts und ihre jeweiligen Funktionen in der Nervenzelle!
Mikrotubuli (Röhre aus Tubulin, 24 nm Durchmesser)
-> Stützfunktion und Vesikeltransport (assoziiert mit Kinesin und Dynein)
Mikrofilmente (gewundener Doppel-Strang aus Actin, 7nm Durchmesser)
-> Beweglichkeit
Intermediärfilamente = Neurofilamente (heterogen aus 5 Proteintypen, 10 nm Durchmesser)
-> Stützfunktion
Erläutern Sie die Typen und Funktionen der Gliazellen
Allgemein:
- Gliazellen sind das Bindegewebe der Nervenzellen (Stützfunktion)
- sind langlebig und teilungsfähig -> Reperatur/ Regeneration von beschädigten Neuronen
- beteiligt auch Entwicklung auswachsender Neurone
- versorgen Neuronen mit Nährstoffen aus dem Blut (da diese keinen Kontakt dazu haben dürfen -> Blut-Hirn-Schranke) -> Neuro ohne Gliazellen nicht überlebensfähig
- elektrische Isolation durch Myelinisierung (abgeflachte Zellauswüchse der Gliazellen wickeln sich mehrfach um die Axone)
- Gehirntumore gehen meistens von Gliazellen aus
Arten:
Astroglia -> häufigste Gliazelle, bildet Blut-Hirn-Schranke, Homoiostase, Stoffaustausch, Ernährung (pH, Ionen, Transmitter)
Microglia -> Phagocytose (beseitigen Abfallprodukte/ geschädigte Zellen)
Oligodendroglia -> bilden die Myelinscheide mehrerer zentraler Axone
Schwannsche Zellen -> bilden die Myelinscheiden einzelner peripherer Axone
Welchen Unterschied gibt es zwischen anterogradem und retrograden axonalem Vesikeltransport?
anterograd:
- von Soma zu Synpase
- durch Kinesin, Vesikel von einem Kinesin zum nächsten weitergereicht (konzentriert)
- schneller Transport (>200mm/d) von Transmittern, Neuropeptiden und Wachstumsfaktoren
- langsamer Transport (<10mm/ d) vom Zytoskelett - und Membranbausteinen (Tubulin, Actin, Neurofilamentproteine, Enzyme u.a.)
retrograd:
- von Synapse zum Soma
- durch Dynein, prozessiver Transport großer Multivesikularkörper
- schneller Transport (>200mm/ d) von Abbauprodukten
Welche Aufgabe hat die Blut-Hirn-Schranke und durch welche Barriere wird sie gebildet?
- für die Bildung des Ruhepotentials in den Neuronen sind konstante Umgebungsverhältnisse nötig
- die wechselnde Konzentration von Proteinen, Ionen, etc. im Blut würden diesen Prozess stören!
- trotz großer Proximität (“Verbindung”) zum Blutsystem, muss die Nervenzelle daher von diesen abgeschirmt sein und trotzdem mit den nötigen Nährstoffen, Sauerstoff, etc. versorgt werdeb!
- die Gehirnkapillaren weisen im Endothel tight-junctions auf, die ein unwillkürliches Permeieren verhindern!
- auf etwa 20% der Endothelien liegen Perizyten auf, die regulatorische Funktionen aufweisen
- zusätzlich findet eine Abschirmung durch die Fortsätz der Astroglia statt
- nur über selektiven Transport werden die benötigten Substanzen von den Endothelzllen an die Astroglia weitergereicht
- die Nervenzellen werden dann ausschließlich vom sehr konstanten Milieu der Cerebropinalflüssigkeit (Liquor) umspült
- das Nervensystem ist hierdurch auch vor dem Eindringen vieler Krankheitserreger und Medikamenten geschützt!
Welche Faktoren sind für das Zustandekommen des Ruhepotentials einer Nervenzelle verantwortlich?
- die Semipermeablität der Membran mit unterschiedlichen Leitfähigkeiten für Ionen (hoch für Kalium, gering für andere Ionen)
- die unterschiedliche Verteilung der Ionenkonzentrationen für Kalium Natrium, Chlorid und anorganische Substanzen (AS, Proteine)
- Aufrechterhaltung des Gradienten durch die Natrium-Kalium-Pumpe
Erläutern Sie die Funktion und Eigenschaften der Natrium-Kalium-Pumpe
- arbeitet gegen den Konzentrationsgradienten und das elektrische Potential -> unter ATP-Verbrauch
- es werden 3 Natrium von intrazellulär aufgenommen, nach Phosphorylierung eines Aspartats durch ATP erfolgt eine Konformationsänderung, welche das Natrium nach extrazellulär entlässt
- 2 Kalium von extrazellulär werden aufgenommen und nach Konformationsänderung durch Dephosphorylierung nach intrazellulär abgegeben
- ist somit an der Aufrechterhaltung des Ruhepotentials beteiligt
Welche Unterschiede bestehen zwischen Ionenkanälen und Ionenpumpen?
Ionenkanäle:
- entlang elektrochemischem Gradienten
- passiver Transport durch wässrigen Pore, die durch Transmembrandomänen gebildet wird
- können durch Konformationsänderungen (ligandengesteuert, spannungsabhängig, mechanisch-, licht- oder temperaturgesteuert) öffnen, bzw. schließen pder durch ball-and-chain-Mechanismen deaktivieren.
- Selektivität durch Porengröße, Ladung und/oder Interaktion mit Hydrathülle
- es existieren aber auch unspezifische Kanäle
Ionenpumpen:
- entgegen elektrochemischer Gradienten
- primär aktiver Transport unter ATP-Verbrauch oder Absorption von Licht -> Konformationsänderungen durch Phosphorylierung oder lichtinduzierte elektrochemische Anregung
- Selektivität durch genau Passform nd Bindung des Substrats
Welche Ionen sind am Aktionspopential beteiligt? Beschreiben Sie diese Ionenströme während der verschiedenen Phasen des Aktionspotentials! (Zeichnung! siehe Fragenkatalog!)
- während des Ruhepotentials besteht eine hohe Permeabilität für Kalium (Gleichgewichtspotential -104mV) → der Kaliumausstrom bewirkt in der Summe mit den Strömen der anderen beteiligten Ionen einPotential von -73mV
– wenn das Potential langsam ansteigt, öffnen abeiner Schwelle von -40mV spannungsabhängige Natriumkanäle, die durch Natriumeinstrom (Gleichgewichtspotential +67mV) zu einer Depolarisation von bis zu +30mV führen
– nach kurzer Zeit gehen die Natriumkanäle in einen inaktiven Zustand über → Natriumstrombricht ab (danach schließen diese wieder)
– das Öffnen spannungsabhängiger Kaliumkanäle führt durch verstärkten Kaliumausstrom zur Repolarisation sowie Nachhyperpolarisation
– nach der Refraktärzeit befindet sich das Neuron wieder im Ruhepotential und kann erneut erregt werden
Wie unterscheidet sich die Kinetik des spannungsabhängigen Na-Kanals von der eines spannungsabhängigen Kaliumkanals?
Natriumkanal:
– spannungsabhängiges Öffnen durch Lageveränderung des mittleren, positiv geladenen Segments der Transmembrandomänen bei einer Schwelle von -40mV
– relativ schneller Übergang in einen inaktiven Zustand durch Ball-and-Chain-Mechanismus terminiert Natriumeinstrom zügig (nur für max. 1ms geöffnet)
– Kanal muss anschließend wieder in den geschlossenen Zustand zurückkehren, aus dem heraus er wieder aktivierbar ist → bewirkt absolute Refraktärzeit
– Kinetik blockierbar durch TTX
Kaliumkanal:
– spannungsabhängiges Öffnen bei vollständiger Depolarisation → Kaliumaustrom
– langsame Rückkehr direkt in den Schließzustand (für etwa 3,5ms geöffnet) → bewirkt relative Refraktärzeit
– Kinetik blockierbar mit TEA
– die unterschiedlichen Kinetiken dieser Kanäle modellieren das Aktionspotential
Nennen Sie die wesentlichen Unterschiede zwischen einer elektrischen und einer chemischen Synapse!
Elektrische Synapse:
– Spaltbreite 2-4nm, zytoplasmatischer Kontakt → geringer elektrischer Widerstand
– Ionenstrom über Gap-Junction
– geringe Verzögerung (0,1ms), nur erregende Wirkung, hohe Verstärkung
– Gleichrichtung möglich
Chemische Synapse:
– Spaltbreite 10-20nm, kein zytoplasmatischer Kontakt → sehr hoher elektrischer Widerstand
– Transmitterübertragung zwischen präsynaptischem Vesikel und postsynaptischem Rezeptor
– größere Verzögerung (>0,5ms), erregende oder hemmende Wirkung, variable Verstärkung
– immer gleichrichtend
Wie wurde erstmals nachgewiesen, dass Transmitter an chemischen Synapsen in Quanten bzw Vesikelnfreigesetzt werden?
– Untersuchung durch Katz 1955 an der motorischen Endplatte (günstig, da hier deutlich mehr Vesikel entleert werden, als bei Interneuronen → ~200 vs. 1-10)
– Messung von kleinsten postsynaptischen Potentialen gleicher Größe bei geringem Calciumeinstrom → Elementarereignisse
– alle Reaktionen sind ein ganzzahliges Vielfaches dieser Ereignisse (Quantelung)
– Rückschluss: es werden Transmitter aus Vesikeln ähnlicher Größe in unterschiedlicher Zahl je nach Kalziumeinstrom freigesetzt
– später Bestätigung: Darstellung der Vesikelentleerung mittels zeitlich aufgelöster Elektronenmikroskopie
Durch welche Prozesse werden Neurotransmitter nach der Ausschüttung über die präsynaptische Endigung wieder aus dem synaptischen Spalt entfernt?
– Diffusion
– Wiederaufnahme in die präsynaptische Endigung (Katecholamine)
– Aufnahme durch die Gliazellen (Serotonin, GABA)
– Inaktivierung durch Spaltung (Acetylcholinesterase, Peptidasen u.a.)
Welche Grundformen synaptischer Plastizität kennen Sie? Bei welchen Prozessen ist synaptische Plastizität wichtig?
– Ort der Plastizität ist die chemische Synapse!
– Hebb 1949 → Verstärkung der Übertragung an häufig genutzen Synapsen ist zellulärer Mechanismus des Lernens
Kurzzeit-Dynamik:
– Depression (Abnahme der Vesikelausschüttung bei wiederholter elektrischer Erregung, z.B. durch Verarmung an Vesikeln)
– Faziliation (bei wiederholter gleichartiger elektrischer Reizung kann es zur Summation des Transmitters in der Synapse kommen, da sich die Beseitigung langsam vollzieht)
Langzeit-Plastizität:
– Posttetanische Potenzierung (Tetanus / hochfrequenter Reizung → postsynaptisches Potential nimmt akut ab → bei weiterer normaler Reizung wächst das postsynaptische Potential anschließend stark an) → Hippocampus-Formation (Kurzzeit-Gedächtnis)
– Neurotransmitter können über second-messenger-Kaskade den Transkriptionsfaktor CREB bilden, welcher in kurzer Zeit die Genexpression zugunsten größerer Kanaldichte verändert → nicht-assoziatives Lernen
– NDMA-Rezeptor: durch häufige Depolarisation wird Magnesiumblock aus Kanälen gedrückt, was die Leitfähigkeit häufig genutzer Bahnen verbessert → assoziatives Lernen
– Verstärkung oder Abschwächung an der Hebb’schen Synapse → assoziatives Lernen
– präsynaptische Prozesse: Sensitivierung durch Serotonin aus Interneuron → cAMP wirkt auf Kanalkinetik → mehr Transmitter wird freigesetzt
Nennen Sie grundlegende Eigenschaften von Sinneszellen!
– sind immer Filter → registrieren nur einen Ausschnitt des verfügbaren Energiespektrums
– sind Verstärker → Reizenergie nur Trigger
–Transducer → wandeln Reizenergie über einen Transduktionsprozess in ein Rezeptorpotential
– Encoder → kodieren Reizintensität in eine Impulsfrequenz des Rezeptorpotentials
Was versteht man unter der Frequenz-Orts-Transformation in der Cochlea? Warum ist diese vor allem für Frequenzen über 1000 Hz wichtig?
– in der Chochlea erfolgt eine mechanische Fourier-Transformation → die örtlich Repräsentation des Schalls wird räumlich nach Frequenz aufgeteilt (Tonotopie)
– dies geschieht durch die Mechanik der Basilarmembran
– vorn steif und schmal → maximale Auslenkung bei höhen Frequenzen
– hinten nahe des Helictrematas breit und lommelig → maximale Auslenkung bei tiefen Frequenzen (diese wandern auch besser durch die Flüssigkeit)
– mechanorezeptrisches Potential wird dann an Bipolarzellen des Spiralganglions weitergegeben
– wichtig, da maximale Aktionspotentialfrequenz bei 1000 Hz liegt → viele wichtige Signale wären somit bei direkter Übertragung für uns überschwellig
– durch die Frequenz-Orts-Transformation sind aber Frequenzen von bis zu 20kHz hörbar
Skizzieren Sie die wesentlichen Schritte beim Transduktionsprozess in einer Haarsinneszelle!
(Zeichnung! Dazu in den Fragenkatalog gucken!)
– die Schallfrequenz, bei welcher die Haarsinneszellen verstärkt ausgelenkt werden, wird durch vorherige mechanische Frequenz-Orts-Transfromation durch die Eigenschaften der Basilarmembran bewirkt
– maßgegend ist dann die Bewegung der Basilarmembran gegenüber der Tektorialmembran
– Haarsinneszellen auf der Basilarmembran besitzen mechanosensitive Ionenkanäle, die je nach Auslenken der Stereocilien gegeneinander direkt durch Tip-Links öffnen
– Einstrom von Kalium aus der Endolyphe bewirkt eine Depolarisation der Sinneszelle
– dies öffnet spannungsabhängiger Calciumkanäle → Glutamat wird ausgeschüttet
– die innervierenden Bipolarzellen des Spiralganglions bilden das Aktionspotential
– eine Verschärfung des Signals ist durch laterale Inhibition möglich
Welche Typen von der Steuerung von Ionenkanalproteinen kennen Sie? (Mit Beispiel lernen!)
- Ligandengesteuert (nikotinischer Acetylcholinrezeptor am Neuron)
- spannungsabhängig (spannungsabhängiger Kaliumkanal am Neuron)
- mechanosensitiv (Kaliumkanal am Stereovilli des Ohrs)
- temperaturgesteuert (in sensorischen Schmerzfasern)
