Brecht Flashcards
Methode zur Charakterisierung von Ionenkanälen
- pharmakologisch mittels Toxinen
- molekulare Analyse mittels Röntgen-Kristallografie
- Untersuchung der Expression bei Gen-Mutation
- elektrisch mittels Einzelkanalableitung per Mikropipette (patch clamp)
Elektrische Eigenschaften des Lipid-Bilayers
- großer Widerstand
- Kondensatoreigenschaft -> große Kapazität
bei Ruhepoteintial von -70mV große Feldstärle auf kurzer Distanz - Membraneigenschaften können als Ersatzschaltbilder abgebildet werden: Hochpass/Tiefpass
Mechanismen, die das Aktionspotential terminieren.
- Inanktivierung der Natriumkanäle
- spannungsabängiges Öffnen der Kaliumkanäle -> zeitverzögertes Gleichrichten
HERG
human ether-a-go-go related gene
- Kaliumkanal ist beim Menschen an Repolarisation des Herzmuskel-Aktionspotentials beteiligt
- bei Fehlfunktion Häufung von Kammerflimmern
- viele Substanzen (Medikamente) können mit HERG interagieren und müssen daraufhin untersucht werden
elektrische Messung einzelner Kanäle
- Einzelkanalableitung per Mikropipette (patch clamp)
- Messpipette muss dicht anliegen (Giga-Ohm-Seal) -> Silikatglas schließt am Besten
- Membran muss sauber sein, Durchführung im Faradayschen Käfig (gg Rauschen)
Eigenschaften aus der Kristallstruktur des bakteriellen Kaliumkanals
- Kanalpore bildet Selektivitätsfilter, der genau auf Größe des hydratisierten Kaliumions abgestimmt ist (keine Ineraktion mit kleinerer Na+ Hydrathülle und zu geringe Abmessung für größere Ionen)
- Kanal beinhaltet drei Kaliumionen, die sich durch Abstoßung ggseitig hindurchschieben -> kurze Verweildauer, wässrige Pore, weil Ionen besser durch wässriges Milieu passieren
Messverfahren für interzelluläre Potentiale
- Ganzzellmessung mittels Mikropipette (jedoch mit Dialyse der Zelle)
- scharfe Mikroelektrode (wird in die Membran gerammt)
Patch Clamp
Einzelkanalableitung mittels Mikropipette
- Ableitung zeigt stochastisches Verhalten (sofern korrekt an einem Kanal durchgeführt)
- muss dicht anliegen (Giga-Ohm-Seal)
- bei Ganzzellableitung kein patch Clamp
Tiefpass-Antworteigenschaft der Nervenzellmembran
durch parallel geschaltete kapazative und Widerstandeigenschaft
Beschleunigung der Aktionspotential-Ausbreitung im Axon
- geringerer Längswiderstand durch dickere Axone
- reduzierung der Kapazität durch Isolierung in Form von Myelinierung (entspricht größerer Entfernung der Kondensatorplatten)
Cajals Neuronentheorie
das Gehirn besteht aus diskreten Recheneinheiten (einzeln, autonom, physisch getrennt), die untereinander über chemische Synapsen in Verbindung stehen -> entspricht der Golgi-Färbung
anatomische Befunde, die die Neuronentheorie stützen
- entspricht der Golgi-Färbung, einer Silbernitratfärbung, die 1-2% der Zellen vollständig anfärbt –> diskrete Einheiten (Neurone) können dargestellt werden
- Struktur der Synapse + präsynaptische Vesikel (enthalten Transmitter) sind elektronenmikroskopisch darstellbar, auch des SNARE Komplexes aufgeklärt
- in Nervensystem auch elektrische Synapsen auffindbar
Wie ergibt sich die scharf aufsteigende Flanke der Aktionspotentiale
- Öfnnen des spannungsabhängigen Natriumkanals bewirkt schnellen Einstrom von Natrium, getrieben durch Elektrostatik + konz, Gradienten
positive- Rückkopplung –> weitere Depolarisation nach Einsetzen des Aktionspotentials
Vorteile von in-vitro Präparaten
Pharmakolie, mechanische Stabilität und leichtere Visualisierung
Warum wirken Kaliumionen stärker auf das Ruhepotential als Natriumionen?
spezifische Permeabilität der Membran für K+ ist besonders hoch
Wie ergeben sich die kapazativen Eigenschaften der Nervenzellmembran
- je kleiner die Distanz zwischen den Kondensatorplatten und je größere deren Fläche, desto größer ist deren Kapazität (Calpha A/d)
- die Membran besteht aus einem sehr ausgedehtnetn, dünnen aber durchlässigen Lipid-Bilayer, was zu einer großen Kapazität führt
Ruhepotential
ergibt sich furch Einflüsse der unterschiedlichen Ionenpermeabilität der Kanäle, sowie aktive Prozesse - Na-K-Pumpe - dar.
Initial besteht eine ungleiche Ionenverteilung
Funktion und Energieverbrauch der Na-K-Pumpe
- Arbeit gegen Elektrostatischen- und Konzentrationsgradienten -> daher nur unter Energieverbrauch
- unter Hydrolyse von ATP werden 3 Na+ ausgeschleust,, im 2. Schritt 2 K+ Ionen eingeschleust (elektrogen- Zellpotential wird negativer)
- dient zur Aufrechterhaltung oben genannter Gradienten
Semipermeabilität der Zellmembran
- Lipid Bilayer ist undurchlässig für große, polare, geladene Teilchen
- Semipermeabilität ergibt sich durch die selektiven Eigenschaften der eingelagerten Kanäle, die jeweils nur eine bestimmte Ionensorte passieren lassen
GFP
ist genetisch kodierbar, existiert in verschiedenen spektralen Varianten, zeigt eine hohe räumliche + zeitliche Auflösung, ist leicht anregbar (gute Quantenausbeute) und hat ein sehr stabiles Flurophor mit großer Crosssection
konventionelle Mikroskopie kann zelluläre Vorgänge im intakten Hirn nicht untersuchen…
…weil das Gehirngewebe das Licht zu stark streut.
Wie beschränkt man im Konfokalmikroskop bzw im Zweiphotonenmikroskop die Bildgebung auf die Focusebene?
- Konfokalmikroskop: Herausfiltern der Streuphotonen durch eine zusätzliche Blende
- Zweiphotonenmikroskop: nur ein einziger Lichtpunkt wandert durch Gewebe (stark fokussierter Laser)
synaptische Kalzium Signal
können durch synthetische oder genetisch kodierbare Kalziumindikatoren gemessen werden
Wie kommen hyperpolarisierende bzw. shunting Inhibition zustande und was sind die rechnerischen Unterschiede dieser Inhibitionsformen?
shunting Inhibition: wird bei Erregung/Depolarisation der Zelle des GABA-A Kanals geöffnet (ligandengesteuerter Chloridkanal).
So wirkt die bei einem Gleichgewicht von Chlorid der Depolarisation entgegen. Der Widerstand wird Verändert -> rechnerisch wie Division (halber Widerstand=halbes Potential)
die wichtigsten inhibitorischen Transmitter im Zentralnervensystem und seine Rezeptoren
GABA wirkt auf GABA-A und GABA-B Rezeptor
die wichtigsten exzitatorischen Transmitter im ZN und dessen Rezeptor
Glutamat: 8 verschiedene metabotrope, sowie 3 Arten ionotroper Rezeptoren NDMA, AMPA, Kainat
Unterschiede zwischen Mechanismen der synaptischen Übertragung im ZNS und der neuro muskulären Übertragung
im ZNS: Neurotransmitter Glutamat, liegt in Synapse nur in einzelnen Vesikeln vor (daher auch Transmissionsversagen möglich) –> kleines postsynaptisches Potential, auch Hemmung möglich
In neuromuskulären Endplatte: Transmitter Acetylcholin (Vertebraten) liegt in zahlreichen Vesikeln vor (ca. 100) –> stochastisches Verhalten und großes postsynaptisches Potential, keine Hemmung möglich
molekulare und zellulare Mechanismen chemischer synaptischer Transmission
- AP an der präsynaptischen Seite bewirkt den Einstrom von Kalzium- Ionen durch spannungsabhängige Kanäle
- Vesikel fusionieren vermittelt durch SNARE Komplex und Synaptotagmin mit präsynaptischen Membran und setzen den Neurotransmitter in den synaptischen Spalt frei
- Transmitter diffundieren durch synaptischen Spalt
- postsynaptsich bewirkt das Öffnen direkt oder indirekt ligandengesteuerter Kanäle eine Depolarisation, wodurch sich das AP fortsetzt
Eigenschaften elektrischer Synapsen
- schnelleÜbertragung, schlecht modulierbar, keine Hemmung, Connexine können jedoch pH-abhängig schließen
- Symmetrie der Übertragung abhängig vom Größenverhältnis der interagierenden Zellen
- pharmakologisch kaum beeinflussbar
- bei knock-out nur geringe Beeinträchtigung beobachtbar
zelluläre Architektur und Signalverarbeitung im Nervensystem
- Nervensystem besteht aus einem Netz diskreter Recheneinheit (einzeln, autonom, physisch, getrennt)
- die Nervenzellen (Neuronen) werden unterstützend von Gliazellen begleitet und stehen untereinander erregend oder hemmend über chemische und elektrische Synapsen in Verbindung
Unterschiede zwischen chemischen und elektrischen Synapsen
- chemische: chem. Übertragung, sind langsamer (auch bzgl. Signalterminierung), gut modellierbar und können Hemmung erfahren, lassen sich gut pharmakologisch untersuchen und bestehen aus prä- postsynaptischer Endigung mit einem Spalt dazwischen
- elektrische: elek. Übertragung, funktionieren schneller, schlechter moellierbaar, können nicht gehemmt werden, sind pharmakologisch kaum beeinflussbar, zeigen entsprechend ihrer Funktionsweise einen völlig anderen Bau (Gap Junctions aus Connexinen)
Kalzium bei Transmitterfreisetzung
wenn AP die präsynaptische Seite erreicht, werden spann. abhängige Kalziumkanäle geöffnet, was wiederum die Fusion der Vesikel mit der Membran vermittelt durch den SNARE-Komplex + Synaptotagmin bewirkt und zur Transmitterausschüttung führt (wirkt also als second Messenger)
SNARE-Komplex
Verankert die mit Transmitter gefüllten Vesikeln an der präsynaptischen Membran
Was sind die wesentlichen Mechanismen und Eigenschaften hippocampaler Langzeitpotentierung (LTP)
- zellulärer Mechanismus assoziativen Lernens -> Verstärkung der Übertragung häufig genutzter Synapsen
- bei mehrfach wiederholter Reizung bleibt das Signal über lange Zeit erhäht
- Reize an 2 Stellen verstärken kollektiv; prä- und postsynaptische Plastizitöt nötig
- erfolgt in Stufen
- elektrisch, Transkription, Proteinbiosynthese
Hebbsche Postulat
eine Verstärkung der Übertragung häufig genutzter Synapsen ist der zelluläre Mechanismus des assoziativen Lernens
Welche Defizite hatte der Patient HM (Paradefall von Scoville) und wie kamen diese zustande
- anterograde Amnesie = keine episodische Gedächtnisbildung mehr mögliche -> bei Hippcampektomier bediseits
Glitterzellen
- liegen medial im entorhinalen Cortex vieler Säuger
- dienen der Raumvermessung zur besseren Orientierung
- feuern dazu in einem hexagonal organisiertem Muster über den Raum
Unterschied Tastsinn und Körpersinne
- laufen durch unterschiedliches anatomisch getrennte Bahnen
- Körpersinn sehr subjektiv, Homöostasefunktion
- Tastsinn ist ein Vielzwecksinn
Welche Befunde lassen die Plastizität kortikaler Karten in 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
Welche Zellen zeigen Mechanosensitivität?
alle Zellen außer Erythrozyten
Schwierigkeiten bei Analyse mechanosensitiver Kanäle
- Kooperieren mit Hilfestruktur, lassen sich schlecht röntgenkristallographische darstellen, patch- clamp verformt Membran und öffnet Kanäle beim Ansaugen, es gibt nur wenig hierfür selektive Toxine
genetische Methoden zur Zellstimulation
Hemmung oder Erregeung durch Kanalrhodopsin
Was bewirken Läsioneffekte im somatosensorischen System
- kleine Schäden bleiben oft unbemerkt (wegen der Plastizität des Systems)
- größere Schäden können zu Körperzugehörigkeitsstörung bzw Phantomgliedern unter Vereinung der Schäden führen
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
- reagieren jedoch unterschiedlich stark auf verschiedene Reize
- -> Areal 3b repräsentiert bsp. die Tastenempfindlichkeit
Ist die Plastizität cortikaler Karten ein Gedächtniskorrelat?
Wenn ja, für welche Gedächtnisform?
- Ja, benötigt starke und langanhaltenden Veränderungen
- korrelieren mit prozeduralem Lernen
