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
