Brecht Flashcards
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)
→ Kaliumkanal, ist beim Menschen an Repolarisation des Herzmuskel-Aktionspotential beteiligt
→ bei Fehlfunktion Häufung von Kammerflimmern
→ viele Substanzen 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 kapazative und Widerstandseigenschaften
11) Wie kann die Aktionspotential-Ausbreitung im Axon beschleunigt werden?
→ geringerer Längswiderstand durch dickere Axone
→ reduzieren der Kapazität durch Isolierung in Form von Myelinsierung (entspricht größerer
Entfernung der Kondensatorplatten)
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 → weitere Depolarisation nach Einsetzen des Aktionspotentials
15) Mit welchem elektrischen Schaltbild kann man die elektrischen
Eigenschaften von Neuronen darstellen?
→ Tiefpass mit parallel geschalteten kapazativen und
Widerstandseigenschaften
16) Was sind die Vorteile von in vitro Präparaten?
→ Pharmakologie, mechanische Stabilität und leichtere Visualisierung
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 LipidBilayer, 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
→ 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
31) Skizzieren Sie die Eigenschaften elektrischer Synapsen.
→ schnelle Übertragung, schlecht modulierbar, keine Hemmung, Connexine können jedoch pHabhängig schließen
→ Symmetrie der Übertragung abhängig vom Größenverhältnis der interagierenden Zellen
→ pharmakologisch kaum beeinflussbar
→ bei Knock-Out teilweise nur geringe Beeinträchtigungen beobachtbar
32) Skizzieren Sie die zelluläre Architektur und Signalverarbeitung im Nervensystem.
→ Nervensystem besteht aus einem Netz diskreter Recheneinheiten (einzeln, autonom, physisch
getrennt)
→ diese Nervenzellen (Neuronen) werden unterstützend von Gliazellen begleitet und stehen
untereinander erregend oder hemmend über chemische und elektrisch Synapsen in Verbindung
33) Welche Unterschiede kennen Sie zwischen elektrischen und chemischen Synapsen?
→ chemische Synapsen: chemische Übertragung, sind langsamer (auch bzg.
Signalterminierung), gut modellierbar und können Hemmung erfahren, lassen sich gut
pharmakologisch untersuchen und bestehen aus prä- und postsynaptischer Endigung mit einem
Spalt dazwischen
→ elektrische Synapsen: elektrische Übertragung, funktionieren schneller, sind schlecht
modellierbar, können nicht gehemmt werden, sind pharmakologisch kaum beeinflussbar und
zeigen entsprechend ihrer Funktionsweise einen völlig anderen Bau (Gap Junctions aus
Connexinen)
34) Welche Rolle spielt Kalzium bei der Transmitterfreisetzung?
→ wenn ein Aktionspotential die präsynaptische Seite erreicht, werden spannungsabhängige
Kalziumkanäle geöffnet, was wiederum die Fusion der Vesikel mit der Membran vermittelt durch
den SNARE-Komplex und Synaptotagmin bewirkt und zur Transmitterausschüttung führt (wirkt
also als Second Messenger
35) Was ist die Rolle des SNARE-Komplexes?
→ Verankert die mit Transmitter gefüllten Vesikel an der präsynaptischen Membran
36) Nennen Sie den wichtigsten exzitatorischen Transmitter im ZNS und dessen Rezeptor.
→ Glutamat
→ 8 verschiedene metabotrope sowie 3 Arten ionotroper Rezeptoren: NDMA, AMPA und Kainat
37) Was sind die wesentlichen Mechanismen und Eigenschaften hippocampaler
Langzeitpotenzierung (LTP)?
→ Zellulärer Mechanismus assoziativen Lernens → Verstärkung der Übertragung häufig
genutzter Synapsen
→ bei mehrfache wiederholter Reizung bleibt das Signal über lange Zeit erhöht
→ Reize an zwei Stellen verstärken kollektiv
→ prä- und postsynaptische Plastizität nötig
→ erfolgt in Stufen
→ elektrisch, Transkription, Proteinbiosynthese
38) Wie lautet das Hebbsche Postulat?
→ eine Verstärkung der Übertragung häufig genutzter Synapsen ist der zelluläre Mechanismus
des assoziativen Lernens
39) Welche Defizite hatte der Patient HM (Paradefall von Scoville) und wie kamen diese zustande?
→ anterograde Amnesie = keine episodische Gedächtnisbildung mehr möglich
→ bei Hippocampektomie beidseits
40) Was sind Gitterzellen und wo hat man solche Zellen beschrieben?
→ liegen medial im entorhinalen Cortex vieler Säuger
→ dienen der Raumvermessung zur besseren Orientierung
→ feuern dazu in einem hexagonal organisiertem Muster über den Raum
41) Wie unterscheiden sich Tastsinn und die Körpersinne?
→ laufen durch unterschiedliche anatomisch gentrennte Bahnen
→ Körpersinn sehr subjektiv, Homöostasefunktion
→ Tastsinn ist ein Vielzwecksinn
42) Welche Befunde lassen die Plastizität kortikaler Karten im adulten Säuger erkennen?
→ Syndaktylie: Fingergrenzen verschwinden im Cortex
→ Denervierung oder Amputation: entstandenes Loch wird durch andere
Repräsentationsregionen aufgefüllt
→ extremes Training führt zu Verschiebung der cortikalen Karten
43) Welche Zellen zeigen Mechanosensitivität?
→ alle Zellen außer Erythrozyten
44) Welche Schwierigkeiten treten bei der Ananlyse mechanosensitiver Kanäle auf?
→ kooperieren mit Hilfstrukturen → lassen sich schlecht röntgenkristallographisch darstellen
→ Patch clamp verformt Membran und öffnet Kanäle beim Ansaugen
→ es gibt nur wenige hierfür selektive Toxine (Pharmakologie)
46) Was bewirken Läsionseffekte im somatosensorischen System?
→ kleine Schäden bleiben oft unbemerkt (wegen der Plastizität des Systems)
→ größere Schäden können zu Körperzugehörigkeitsstörung bzw Phantomgliedern unter Verneinung der Schädigung führen
45) Nennen Sie genetische Methoden zur Zellstimulation.
→ Hemmung oder Erregung durch Kanalrhodopsin
47) Wo liegt der primäre somatosensorische Cortex des Menschen und wie ist er strukturiert?
→ postzentral am Sulcus
→ vier benachbarte Areale mit jeweils vollständiger Körperrepräsentation
→ reagieren jedoch unterschiedlich stark auf verschiedene Reize → Areal 3b repräsentiert
beispielsweise die Tastempfindlichkeit
48) Ist die Plastizität cortikaler Karten ein Gedächtniskorrelat? Wenn ja, für welche Gedächtnisform?
→ ja, benötigt starke und langanhaltende Veränderungen
→ korrelieren mit prozeduralen Lernen
