13. Transmission Flashcards
Erregungsbildung und -übertragung
Vielzahl physiologischer Prozesse wie Erregungsbildung und Erregungsfortleitung in Nerven, Herz- oder Skelettmuskeln basieren auf elektrischen Prozessen an der Zellmembran.
Grundlage dieser elektrischen Prozesse ist ein Fluss kleiner anorganischer Ionen durch besondere Membranproteine, den Ionenkanälen.
Ionenkanäle
Integrale Membranproteine
Wassergefüllter Diffusionsweg durch die Zellmembran Selektivität (Kationen-, Anionenkanäle)
Ionenbewegung durch den Kanal: - Konzentrationsgradient
(chemische Triebkraft)
- Potentialdifferenz (elektrische Triebkraft)
Ruhemembranpotential
- Selektive Permeabilität der Zellmembran für Kalium
- Konzentrationsgradient bewirkt Kalium-Strom aus der Zelle
- Es bleiben Anionen (neg. geladen wie Cl-) in der Zelle
- Zellinnere ist gegenüber Extrazellulärraum negativ geladen
- Es entsteht eine elek- trische Spannung über der Zellmembran, die Ka+ Ionen nach intrazellulär treibt
- Es entsteht ein elektro- chemisches Gleichgewicht (Ionenkonzentrationen sind konstant bei einem Ruhemembranpotential von -70 mV
• Selektive Permeabilität
der Zellmembran für Kalium
• Konzentrationsgradient
bewirkt Kalium-Strom aus der Zelle
elektrochemisches Gleichgewicht
(Ionenkonzentrationen sind konstant bei einem Ruhemembranpotential von -70 mV
Aktionspotential
Depolarisation: durch Stimulus wird Natrium-Leitfähigkeit erhöht (Zelle wird innen positiv geladen)
Repolarisation: Natrium-Kanal wird geschlossen, Kaliumkanal geöffnet Kalium-Natriumpumpe stellt K+-, Na+-Gleichgewicht wieder her
Depolarisation:
durch Stimulus wird Natrium-Leitfähigkeit erhöht (Zelle wird innen positiv geladen)
Repolarisation:
Natrium-Kanal wird geschlossen, Kaliumkanal geöffnet Kalium-Natriumpumpe stellt K+-, Na+-Gleichgewicht wieder her
Erregungsleitung in Nerven
- Saltatorische und schnelle Ausbreitung in myelinisierten Nerven
- Kontinuierliche und langsame Ausbreitung in unmyelinisierten Nerven
Erregungsübertragung - Synapsen
• Synapse = Verbindung von Nervenzellen mit einer andere Zelle
• Endköpfchen der 1. Nervenzelle legen sich an der Membran des 2. Neurons
an
• Synapsenspalt so breit, dass Erregung nicht überspringen kann
• Übertragung erfolgt mit Neurotransmittern (Botenstoffen)
• Freigesetzte Transmitter besetzen Rezeptoren an der postsynaptischen Membran
• Rezeptoren kontrollieren Ionenkanäle
• Transmitter erhöhen Ionenleitfähigkeit, Rezeptoren verändern Leitfähigkeit für unterschiedliche Ionen
• Dadurch unterschiedliche Wirkungen: hemmend oder erregend
- Wirkung auf Na+ -, Ca2+ - Kanäle: Exzitatorisches postsynaptisches
Potential (EPSP), Depolarisation
- Wirkung auf K+ - Kanäle: Hyperpolarisation, inhibitorisches
postsynaptisches Potential (IPSP)
• Es gibt erregende und hemmende Synapsen
• Es gibt aber keine hemmenden oder erregenden Transmitter (Transmitter können an unterschiedliche Rezeptoren binden) Ausnahmen: Glutamat kontrolliert Ca2+ Kanäle➔exzitatorisch
GABA kontrolliert nur Cl- Kanäle ➔ inhibitorisch
• Direkt Ligandengekoppelte Rezeptoren:
Rezeptoren können den Ionenkanal direkt öffnen (z.B. Acetylcholin an der motorischen Endplatte, GABA, Glutamat)
• indirekt ligandengekoppelte Rezeptoren: Bindung des Transmitters am Rezeptor aktiviert ein G-Protein,
dieses öffnet direkt oder über einen second messenger (z.B. cAMP, das aus ATP durch die Phosphodiesterase gebildet wird) den Ionenkanal
(z.B. ß-adrenerge synaptische Übertragung von Noradrenalin am Herzen)
Klinisches Beispiel:
Enoximon: Inaktivierung von cAMP durch Hemmung des Enzyms Phosphodiesterase (stärkt Herzkraft)
• Synapse =
Verbindung von Nervenzellen mit einer andere Zelle
• Direkt Ligandengekoppelte Rezeptoren:
Rezeptoren können den Ionenkanal direkt öffnen (z.B. Acetylcholin an der motorischen Endplatte, GABA, Glutamat)
• indirekt ligandengekoppelte Rezeptoren:
Bindung des Transmitters am Rezeptor aktiviert ein G-Protein,
dieses öffnet direkt oder über einen second messenger (z.B. cAMP, das aus ATP durch die Phosphodiesterase gebildet wird) den Ionenkanal
(z.B. ß-adrenerge synaptische Übertragung von Noradrenalin am Herzen)
Klinisches Beispiel:
Enoximon: Inaktivierung von cAMP durch Hemmung des Enzyms Phosphodiesterase (stärkt Herzkraft)
Erregungsübertragung - Transmitter
Synapsen:
sind Kontaktstellen zwischen 2 Zellen und dienen der Informationsübertragung
1. Elektrische Synapsen:
Depolarisation durch direkte Übertragung des Stroms von einer Zelle zur anderen
2. Chemische Synapsen:
Nach Depolarisation einer Nervenendigung werden Überträgerstoffe (Transmitter) freigesetzt, die mit Rezeptoren der postsynaptischen Membran reagieren und über eine Änderung von Ionenströmen eine Depolarisation (oder Hyperpolarisation) der nächsten Nervenzelle auslösen
- Elektrische Synapsen:
Depolarisation durch direkte Übertragung des Stroms von einer Zelle zur anderen
- Chemische Synapsen:
Nach Depolarisation einer Nervenendigung werden Überträgerstoffe (Transmitter) freigesetzt, die mit Rezeptoren der postsynaptischen Membran reagieren und über eine Änderung von Ionenströmen eine Depolarisation (oder Hyperpolarisation) der nächsten Nervenzelle auslösen
Erregungsübertragung - Transmitter
Einteilung:
kleinmolekulare Neurotransmitter (ein einziges kleines Molekül)
- Aminosäuretransmitter (Glutamat, GABA, Glycin)
- Monoamintransmitter (Serotonin, Dopamin, Noradrenalin, Adrenalin) - Acetylcholin
- lösliche Gase
Hochmolekulare Neurotransmitter
- Peptidtransmitter (Enkephaline, Opioide, Substanz P, Angiotensin II, Somatostatin, Cholecystokinin)
Merke:
Neurone produzieren jeweils nur einen Neurotransmitter
kleinmolekulare Neurotransmitter (ein einziges kleines Molekül)
- Aminosäuretransmitter (Glutamat, GABA, Glycin)
- Monoamintransmitter (Serotonin, Dopamin, Noradrenalin, Adrenalin) - Acetylcholin
- lösliche Gase
Hochmolekulare Neurotransmitter
- Peptidtransmitter (Enkephaline, Opioide, Substanz P, Angiotensin II, Somatostatin, Cholecystokinin)
Erregungsübertragung - Transmitter
Subtypen von Rezeptoren:
- Rezeptoren sprechen idR nur auf einen Neurotransmitter an
- es gibt für gleichen Transmitter unterschiedliche Rezeptor-Subtypen
• Acetylcholin: - muskarinerge Acetylcholin-Rezeptoren (Parasympathikus-Endorgan) - nikotinerge Acetylcholin-Rezeptoren (zwischen Nerven)
• Adrenalin/Noradrenalin: - α1-, α2- β1-, β2-Rezeptoren
• Dopaminrezeptoren: 5 Subtypen
Unterschiedliche Effekte durch unterschiedliche Übertragungsmechanismen (Ionenkanäle, second messenger)
• Inaktivierung von Transmittern:
- Wiederaufnahme des Transmitters aus dem synaptischen Spalt
- Spaltung des Transmitters durch Enzyme (z.B. Acetylcholin)
- komplexe Mechanismen z.B. bei Monoaminen:
1. Wiederaufnahme in präsynaptische Vesikel
2. enzymatischer Abbau durch Monoaminoxidase
• Medikamentöser Eingriff in die Übertragung durch unterschiedliche Mechanismen - Wiederaufnahmehemmung (es verbleibt eine höhere Konzentration stärkere Wirkung der Transmitter)
- Hemmung des Abbaus (MAO-Hemmer)
• Medikamentöser Eingriff in die Übertragung durch unterschiedliche Mechanismen
- Wiederaufnahmehemmung (es verbleibt eine höhere Konzentration stärkere Wirkung der Transmitter)
- Hemmung des Abbaus (MAO-Hemmer)
Erregungsübertragung – wichtige Transmitter
Aminosäuretransmitter 1. Glycin 2. Glutamat 3.GABA Monamine 1. Dopamin 2.NA 3. Serotonin Acethylcholin Endogene Opioide Lösliche Gase 1. NO Stickstoffmonoxis
Ionenbewegung durch den Kanal:
- Konzentrationsgradient
(chemische Triebkraft) - Potentialdifferenz (elektrische Triebkraft)
Aminosäuretransmitter
Allgemein:
Aminosäuren bestehen aus Carboxylgruppe (-COOH) und Aminogruppe (-NH2) jeweils an 2 benachbarten C-Atomen
Ausnahme: Gamma-Aminobuttersäure (GABA) hat –NH2-Gruppe an übernächstem C-Atom – also in γ-Stellung
GABA wird nicht mit der Nahrung aufgenommen, sondern im Körper synthetisiert
liegen als Dipol vor: ein H+ hat sich von –COOH-Gruppe an –NH2-Gruppe angelagert (-COO-, -NH3+)
daher können Aminosäuren gut die Bluthirnschranke passieren
Glycin
hemmender Transmitter, an motorischen Neuronen, keine Zusammenhänge mit psychischen Störungen bekannt
Glutamat
ausschließlich erregender Transmitter
• in der chinesischen Küche verwendet, kann Kopfschmerzen verursachen
• wichtigster Rezeptortyp: NMDA-Rezeptor
wichtige Rolle bei Speicherung von Gedächtnisinhalten
• Alkohol hemmt NMDA-Rezeptor (Gedächtnislücken), epileptische Anfälle bei Alkoholentzug durch Stimulation der (nicht mehr blockierten) NMDA- Rezeptoren
GABA
wichtigster hemmender Transmitter im ZNS
• 3 Typen
• wichtig: GABA-Rezeptorenbesetzung an 4 Untereinheiten, 2 durch GABA, an den 2 anderen Untereinheiten können Benzodiazepine binden,
• Benzodiazepine wirken also durch Verstärkung der GABA-Wirkung, haben keine eigenen Wirkung (daher wenig toxisch), weitere Bindungsstelle für Barbiturate
Dopamin
• aus L-Tyrosin➔L-Dopa➔Dopamin
• Inaktivierung durch Reuptake (Blockade durch Cocain)
• 5 Subtypen, D2- und D4- für Shizophrenie wichtig, Halluzinationen. Wahnvorstellungen sollen vermehrte Aktivität des dopaminergen Systems aufweisen
• extrapyramidal-motorische Störungen bei Mangel
1 nigrostrial
2 mesolimbisch
3 mesocortical
4 tuberoinfundibulär
Noradrenalin
Überträger im Sympathikus (peripheres vegetatives NS)
• früher wurde Depression durch Katecholaminmangel erklärt, manische Störungen durch Überaktivität,
Serotonin
7 Rezeptor-Subtypen
• Regulation des Essverhaltens, Schlafes
• Aktivierung für zu aggressiven Verhalten
• Serotoninmangel-Hypothese als Ursache der Depression,
Acetylcholin
- 2 Typen (muskarinerg, nikotinerg), Überträger im Parasympatikus
- beteiligt bei Schlaf (REM-Phasen), Konsolidierung von Gedächnisinhalten
- bei Alzheimer Krankheit soll eine Störung im cholinergen System beteiligt sein, bei depressiver Stimmung cholinerges Übergewicht
Endogene Opioide
• Opioide sind Transmitter, einige wie ß-Endorphin werden in der Hypophyse gebildet und haben Hormoncharakter
• mehrere Rezeptorensubtypen, Wirkung beim Schmerz gut erforscht
• Wirkstelle: Rückenmark, Husten-/Atemzentrum, euphorisierende Wirkung,
Darmlähmung
• Theorien über Störungen im Opiat-System bei frühkindlichem Autismus
Lösliche Gase
NO Stickstoffmonoxid
- zentraler und peripherer Transmitter
- Wirkort: Gefäßmuskelzellen
- Vasodilatation (Nitroglycerin-Spray bei Angina pectoris setzt NO frei) Sildenafil (Viagra) verlängert Wirkung von NO am Rezeptor
Pharmakologische Beeinflussung
Agonisten:
Verstärkung von Effekten der Transmitter durch
- Stimulation der Produktion
(z.B. L-Dopa, passiert die Blut-Hirn-
Schranke, bei Parkinson)
- Förderung der Ausschüttung, teilweise
durch Blockade präsynaptischer Rezep-
toren (z.B. Antidepressiva, Amphetamine setzen Dopamin und Noradrenalin frei)
- Hemmung der Transmitterinaktivierung Wiederaufnahmehemmung (Reuptake-Hemmung) oder Hemmung des abbauenden Enzyms (Cholinesterasehemmer, MAO-Hemmer)
- direkte Stimulation postsynaptischer Rezeptoren (z.B. Nikotin stimuliert nikotinerge Acetylcholinrezeptoren)
- Sensitivierung postsynaptischer
Rezeptoren (z.B. Benzodiazepine verstärken die Wirkung von GABA
- Förderung der nachgeschalteten Signal-
transduktion (Second Messanger)
der Abbau des second messenger (z.B. G-Protein oder cAMP) wird blockiert, dadruch wird die Wirkung verlängert (z.B. Phosphodiesterase-Hemmer hemmen den Abbau von cAMP)
Pharmakologische Beeinflussung
Antagonisten:
Schwächung von Effekten der Transmitter
- Blockade postsynaptischer Rezeptoren
(Verdrängung der eigentlichen wirk- samen Liganden)
Neuroleptika (blockieren Dopamin- Bindungsstellen kompetitiv)
- Hemmung der nachgeschalteten Signaltransduktion durch Abschwächung der Wirkung am Rezeptor (z.B. Lithium, Antikonvulsiva
