Brecht Flashcards
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
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
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
Welche Mechanismen terminieren das Aktionspotential?
→ Inaktivierung der Natriumkanäle
→ spannungsabhängiges Öffnen der Kaliumkanäle → zeitverzögertes Gleichrichten
Was ist HERG und wie ergibt sich die klinische Relevanz des Gens?
→ human ether-a-go-go related gene (zuerst an Drosophila entdeckt)
→ codiert für Kaliumkanal, der beim Menschen an Repolarisation des Herzmuskel-Aktionspotential beteiligt ist
→ bei Fehlfunktion Häufung von Kammerflimmern/Herztot
→ viele Substanzen (Medikamente, …) können mit HERG interagieren und müssen daraufhin untersucht werden
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)
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
Welche Messverfahren für intrazelluläre Potentiale kennen sie?
→ Ganzzellmessung mittels Mikropipette (jedoch mit Dialyse der Zelle)
→ scharfe Mikroelektrode (wird in die Membran gerammt)
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
Wie ergeben sich die Tiefpass-Antworteigenschaften der Nervenzellmembran?
→ parallel geschaltete kapazitative- und Widerstandseigenschaften
Wie kann die Aktionspotential-Ausbreitung im Axon beschleunigt werden?
→ geringerer Längswiderstand durch dickere Axone
→ reduzieren der Permeabilität durch Isolierung in Form von Myelinsierung (erhöht Querwiderstand)
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
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
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 → Na-Einstrom führt zur weiteren Depolarisation und zur Öffnung weiterer Na-Kanäle
Mit welchem elektrischen Schaltbild kann man die elektrischen Eigenschaften von Neuronen darstellen?
Tiefpass mit parallel geschalteten kapazativen und Widerstandseigenschaften
[Schaltbild]
Was sind die Vorteile von in vitro Präparaten?
Pharmakologie, mechanische Stabilität und leichtere Visualisierung
leichtere Kontrolle, Beeinflussung von Bedingungen,…
jedoch nicht direkt auf in vivo beziehbar
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
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 Lipid-Bilayer, was zu einer sehr großen Kapazität führt
