Neurobiology Flashcards
Starte in dieser Klasse mir der spannenden Neurobiologie!
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
