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Tierphys/ Neuro > Brecht Fragen > Flashcards

Brecht Fragen Flashcards

1
Q

Wie können synaptische Kalcium-Signale gemessen werden?

A

mit synthetischen oder genetisch codierbaren Ca-Indikatoren

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Q

Warum hat GFP die Zellbiologie revolutioniert?

A

genetisch codierbar, leicht anregbar, ausgezeichnetes Fluorophor, stabil und geschützt mit großer Cross-Section (Querschnitt), existiert in verschiedenen spektralen Varianten, zeigt eine hohe räumliche und zeitliche Auflösung (gute Quantenausbeute)

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3
Q

Warum kann man mit traditioneller Mikroskopie zelluläre Vorgänge im Gehirn nicht gut untersuchen?

A

Hirngewebe ist stark lichtstreuend

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4
Q

Wie beschränken Konfokal- und Zweiphotonenmikroskope die Bildgebung auf die Fokusebene?

A

bei konfokaler Mikroskopie erfolgt 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

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5
Q

Wie kommen hyperpolarisierende bzw. shunting Inhibition zustande und was sind die rechnerischen Unterschiede dieser Inhibizionsformen?

A

Hyperpolarisierend → inhibierende Synapsen bewirken Steigerung der Membranspannung durch (weiteres) Öffnen/Schließen der Ionenkanäle → Erregungsschwelle wird angehoben (wie bei Hyperpoarisation nach AP) → wirkt sich wie eine Subtraktion aus shunting inhibition → bei Erregung/Depolarisation wird GABA-A-Kanal (ligandengesteuerter Cl—Kanal)geöffnet → wirkt dem Gleichgewicht der (Cl–)Ionen entgegen → Widerstand wird verändert → entspricht einer Division (halber Widerstand = halbes Potential)

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6
Q

Nenne sie den wichtigsten inhibitorischen Transmitter im ZNS und seine Rezeptoren

A

Gamma(γ)-Amino-Buttersäure → GABA; Rezeptoren ionotrop (A) und metabotrop (B)

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7
Q

Nennen sie den Unterschied zwischen den Mechanismen der synaptischen Übertragung im ZNS und der neuromuskulären Übertragung!

A

ZNS → Glutamat (AMPA) exitatorisch; GABA inhibitorisch; nur einzelne Vesikel, kleines PSP neuromuskuläre Endplatte → ACh exitatorisch (bei Vertebraten), zahlreiche Vesikel
(~100) → stochastisches Verhalten und großes PSP, keine Hemmung möglich

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8
Q

Skizzieren Sie die molekularen und zellularen Mechanismen chemischer synaptischer Transmission!

A

Aktionspotential präsynaptisch → Ca2+-Einstrom durch spannungsgesteuerte Ca2+-Kanäle → Vesikelfusion durch SNARE-Komplex und Synaptotagmin mit präsynaptischer Membran → Transmitterfreisetzung, Rezeptoren an postsynaptischer Membran → Transmitter bindet an metabotrop oder ionotrop Rezeptor wodurch Kanäle geöffnet/geschlossen → PSP (Depolarisation → AP wird weitergeleitet, Hyperpolarisation → Hemmung)
Transmitterabbau/-wiederaufnahme

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9
Q

Skizzieren Sie die Eigenschaften elektrischer Synapsen

A

schnellere Übertragung, bidirektional, wenig flexibel, keine Hemmung, Connexine können jedoch pH-abhängig schließen Symmetrie der Übertragung von Größenverhältnis interagierender Zellen abhängig, pharmakologisch kaum beeinflussbar, bei knock-out nur geringe Beeinträchtigung (selten)

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10
Q

Skizzieren Sie die zelluläre Architektur und Signalverarbeitung im Nervensystem.

A

→ 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/oder elektrisch Synapsen in Verbindung

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11
Q

Welche Unterschiede kennen Sie zwischen elektrischen und chemischen Synapsen?

A

→ 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)

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12
Q

Welche Rolle spielt Kalzium bei der Transmitterfreisetzung?

A

→ 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)

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13
Q

Was ist die Rolle des SNARE-Komplexes?

A

→ Verankert die mit Transmitter gefüllten Vesikel an der präsynaptischen Membran und ermöglichst so die Fusion mit Hilfe von Synaptotagmin

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14
Q

Nennen Sie den wichtigsten exzitatorischen Transmitter im ZNS und dessen Rezeptor.

A

→ Glutamat → 8 verschiedene metabotrope sowie 3 Arten ionotroper Rezeptoren: NDMA, AMPA und Kainat

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15
Q

Was sind die wesentlichen Mechanismen und Eigenschaften hippocampaler Langzeitpotentierung (LTP)?

A

→ 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

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16
Q

Wie lautet das Hebbsche Postulat?

A

eine Verstärkung der Übertragung häufig genutzter Synapsen ist der zelluläre Mechanismus des assoziativen Lernens

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17
Q

Welche Defizite hatte der Patient H.M. (Paradefall von Scoville) und wie kamen diese zustande?

A

→ anterograde Amnesie = keine episodische Gedächtnisbildung mehr möglich → bei Hippocampektomie beidseits

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18
Q

Was sind Gitterzellen (Place Cells) und wo hat man solche Zellen beschrieben?

A

→ liegen medial im entorhinalen Cortex vieler Säuger
→ dienen der Raumvermessung zur besseren Orientierung
→ feuern dazu in einem hexagonal organisiertem Muster über den Raum

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19
Q

Wie unterscheiden sich Tastsinn und die Körpersinne?

A

→ laufen durch unterschiedliche anatomisch gentrennte Bahnen → Körpersinn sehr subjektiv, Homöostasefunktion → Tastsinn ist allgemein

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20
Q

Welche Befunde lassen die Plastizität kortikaler Karten im adulten Säuger erkennen?

A

→ Syndaktylie: Fingergrenzen verschwinden im Cortex, wenn zusammengenäht → Denervierung oder Amputation: entstandenes Loch wird durch andere Repräsentationsregionen aufgefüllt → extremes Training führt zu Verschiebung der cortikalen Karten

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21
Q

Welche Zellen zeigen Mechanosensitivität?

A

→ fast alle Zellen: ubiquitär, auch Pilze und Bakterien, nicht: Erythrocyten

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22
Q

Welche Schwierigkeiten treten bei der Analyse mechanosensitiver Kanäle auf?

A

→ 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)

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23
Q

Nennen Sie genetische Methoden zur Zellstimulation.

A

→ Hemmung oder Erregung durch Kanalrhodopsin

→ Halorhodopsin in Purpurbakterien → Chloridkanäle

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24
Q

Was bewirken Läsionseffekte im somatosensorischen System?

A

→ kleine Schäden bleiben oft unbemerkt (wegen der Plastizität des Systems) bishin zum Taubheitsgefühl → größere Schäden können zu Körperzugehörigkeitsstörung bzw. Phantomgliedern unter Verneinung der Schädigung führen

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25
Q

Wo liegt der primäre somatosensorische Cortex des Menschen und wie ist er strukturiert?

A

→ postzentral am Frontallappen durch zentralen Sulcus (Furche) getrennt → vier benachbarte Areale mit jeweils vollständiger Körperrepräsentation → reagieren jedoch unterschiedlich stark auf verschiedene Reize → Areal 3b repräsentiert beispielsweise die Tastempfindlichkeit

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26
Q

Ist die Plastizität cortikaler Karten ein Gedächtniskorrelat? Wenn ja, für welche Gedächtnisform?

A

→ ja, benötigt starke und langanhaltende Veränderungen → korrelieren mit prozeduralen Lernen

27
Q

Der spannungsabhänngige Na-Kanal: Skizzieren sie die molekularen Mechanismen und die Eigenschaften des Kanals

A

spannungsabhängiges schließen und öffnen über bewegliche polare Elemente (Sensordomände)
Inaktivierung durch ball and Chain Mechanismus

28
Q

Welche Methoden können zur Charakterisierung von Ionenkanälen verwendet werden?

A
  • pharmakologisch mittels Toxinen
  • molekulare Anyalyse mittels Röntgen-Kristallographie
  • Untersuchung der Expression bei Gen-Mutation
  • elektrisch mittels Einzelkanalableitung per Mikropitette = Patch clamp
  • im weiteren Sinne auch elektrisch mit intra- und extrazellulärer Ganzzellableitung
29
Q

Elektrische Eigenschaften des Lipid-Bilayers

A
  • großer elektrischer wiederstand
  • Wirkt wie Kondensator
  • bei Ruhepotential -70mV große Feldstärke auf kurzer Distanz
  • Membraneigenschaften
30
Q

Welche Mechanismen terminieren AP?

A

Inaktivierung des Na+-Kanals, zeitverzögerter Ausstrom von K+

31
Q

Was ist HERG und wie ergibt sich dessen klinische Relevanz?

A

Kalium-Kanalprotein, human ether-a-go-go related gene, verantwortlich für Repolarisierung des Herz AP`s, Medikamente die mit HERG interagieren können bei empfindlichen Patienten unter anderem zu Kammerflimmern führen, in Drosophila entdeckt durch wackelnde Beine und bewirkt bei Mutation auch Kammerflimmern

32
Q

Wie können elektrische Messungen von einzelnen Methoden durchgeführt werden?

A

Einzelkanalableitung per Mikropipette = patch clamp

  • Membran freispülen
  • Pipette dichtaufbringen (Giga-Ohm-Seal)
  • Durchführung im Faradayschen Käfig gegen Rauschen
33
Q

Welche Einsichten konnten aus der Kristallstruktur des bakteriellen Kaliumkanals abgeleitet werden?

A

wässrige Porendurch negative AS-Reste geformt, Selektionsfilter über Größe nur für K-Ionen, Na passt nichtimmer 3 Kaliumionen im Kanal →stoßen sich ab →schneller DurchlaufKanal öffnet sich nach unten immer weiter →kürzerer Weg der zurückzulegen istdurch Pore an sich („verkürzt Membran“)von Rod MacKinnon Strukturaufklärung → 2003Nobelpreis Chemie

34
Q

Welche Messverfahren für intrazelluläre Potentiale kennen Sie? Was sind die wichtisten Unterschiede?

A

scharfe Mikroelektrode und Ganz-Zellmessung →scharfe Mikroelektrode führt nicht zu Dialyse-Proble

35
Q

Worauf bezieht sich der Name Patch-Clamp?

A

Clamp= Elektrode, Klemme → hält Stück Membran auf Spannung, öffnet oder schließt die spannungsabhängigen KanälePatch = Stück der Membran

36
Q

Wie ergeben sich die Tiefpassantworteigenschaften der Nervenzellmembran?

A

Membran hat Wiederstands-und kapazitative Eigenschaften, parallel-geschaltet (evtl. Zeichnung)

37
Q

Wie kann die AP-Ausbreitung im Axon beschleunigt werden?

A

Myelinisierung →durch Isolation Kapazität geringer,da Kondensatorplatten weiter voneinander entfernt
dickeres Axon: Längskonstante, Gartenschlauchmetapher → geringerer WiderstandZeitkonstante ist Produkt aus Kapazität und Widerstand →Signal schneller

38
Q

Was besagt Cajals Neuronentheorie?

A

Nervensystem besteht aus vielen diskreten Nervenzellen= einzelne Schaltzellen, nicht ein großes durchgehendes System (kein Syncytium)(dem entgegen stand die Theorie vom Gehirn als Syncytium (Reticulartheorie), die von einer rein elektrischen Verarbeitung ausgeht)

39
Q

Welche anatomischen Befunde stützen die Neuronentheorie?

A

Nervensystem aus einzelnendiskreten Nervenzellen aufgebaut, diskontinuierliche Synapsen, kein Syncytium

40
Q

Wie ergibt sich die scharfe aufsteigende Flanke des AP?

A

Spannungsabhängige Na-Kanäle öffnen, Konzentration in Zelle sehr gering, negativ geladen → starker Na+-Einstrom durch Konzentrationsgradient und Elektrostatik,weitere Na+-Kanäle öffnen durch Spannungsänderung →positive Rückkopplung

41
Q

Mit welchen Ersatzschaltbild kann man die elektrischen Eigenschaften eines Neurons darstellen

A

Tiefpass mitparallelgeschalteten,kapazitativen und Widerstandseigenschaften

42
Q

Was sind die Vorteile von “ in vitro”-Präparaten?

A

Zellen gut erhalten, mechanische Stabilität, Pharmakologie gut nachvollziehbar, Visualisierung beidünnen Schnitten vorteilhaft

43
Q

Begründen Sie warum Kalium-Ionen stärker auf das Ruhepotential wirken als Na-Ionen!

A

Goldmansche Gleichung →Permeabilitätskonstante viel höherbei K+als bei Na+viel K+innen, innen negativer

44
Q

Wie ergeben sich die kapazitiven Eigenschaften der Nervenzellmembran?

A

je kleiner Distanz zwischen Kondensatorplatten und je größer deren Fläche, desto größer die Kapazität: C ∝A

45
Q

Wie ergibt sich das Ruhepotential?

A

initial ungleiche Verteilung von Ionen an Membran(negativ geladenen Aminosäurereste in der Zelle)

  • Semipermeabilität der Membran
  • Aktive Pumpprozesse
46
Q

Was ist die Funktion und wie ergibt sich der Energieverbrauch der Na/K-Pumpe?

A

entgegen Konzentrationsgradienten: 3Na raus, 2 K rein, 1 ATP Verbrauchist elektrogen: macht Zelle negativ, braucht ATP da Konzentrationsgradient überwunden werden muss

47
Q

Wie ergibt sich die Semipermeabilität der Zellmambran?

A

Membran lässt nur kleine ungeladenen Teilchen durchder Lipidbilayer selber ist undurchlässig für große, polare und geladene Teilchendie Semipermeabilitat ergibt sich aus den selektiven Eigenschaften der eingelagerten Kanäle,die jeweils nur eine bestimmte Ionensorte passieren lassen (z.B. Kaliumkanal)

48
Q

Wie können synaptische Ca-Signale gemessen werden?

A

mit synthetischen oder genetisch codierbaren Ca-Indikatoren

49
Q

Wo sitzen die für den Hörvorgang primär verantwortlichen Kanäle und wie werden sie geöffnet=

A
  • mechanosensitive Kanale sitzen an der Spitze der Stereovilli und sind mit einem Filament an benachbarten Stereovilli gekoppelt
  • ein Ionenkanal (fest an Cytoskelett gebunden) öffnet mechanisch bei Auslenkung → Einstrom von K+ aus der Endolymphe → spannungsabhängige Ca2+-Kanäle öffnen und Transmitter wird freigesetzt
50
Q

Was ist der einzig Licht-abhängige Schritt der Sehkaskade?

A

Bei Absorption eines Lichtquants Photoisomeriesierung des Retinals von 11-cis zu all-trans.
(Führt zu veränderten Ionenfluss und veränderten Membranpotential)
[c] von cGMP sinkt-> cGMP gesteuerten Na-Kanäle schließen sich

51
Q

Wie wird die Phototransduktion terminiert?

A

durch GTP-Hydrolyse und Arrestin/Rhodopsin-Phosphorylierung

52
Q

Warum hören die meisten Säuger im Ultraschallfrequenzbereich?

A

?

53
Q

Gemeinsamkeiten zwischen menschlichen Spracherwerb und Gesangserlernung bei Vögeln?

A

Lernprozess hat kritische Phasen (Template Learning: Hören, Üben, Können):
o in der Jugend muss der Vogel Gesang hören → wenn Taub oder kein singender Vater: Gesang wird schlecht ⇒ Gesang wird erlernt
o Selbstkorrektur des Gesanges bis zu einem bestimmten Alter möglich, wenn sich Vogel selber hören kann
o anschließend wird der Gesang beherrscht und kann auch ohne Gehör repliziert werden
 Vögel sind sehr gute vokale Lerner (im Gegensatz zu den meisten Saugern)
 es können Analogien zum Sprachlernen des Menschen gefunden werden → kritische Phasen
o Kind muss Sprache früh hören
o Fremdsprachenerwerb nach der Pubertät sehr schwer
 Soziale Interaktion:
o viele Vögel haben eine angeborene Präferenz für den arteigenen Gesang
o Vögel lernen besser von anderen Vögeln als vom Band → z.T. sogar noch nach den kritischen Phasen durch einen Live Tutor (sogar anderer Arten) möglich

54
Q

Wirkmechanismen und rechnerische Eigenschaften inhibitorische Synapsen

A

o Inhibition → GABA-vermittelte Übertragung, relativ selten (10-20%) und symmetrisch
o z.B. GABA-A-Transmission wirkt auf Chlorid-Kanal → hier greifen Tranquilizer an oder GABA-B-Transmission → G-Protein-vermittelt
o auch: Glycin

55
Q

Mechanismen Richtungshörens?

A

o Ohrmuschel mit akustischen Resonatoren erzeugt spektrale Unterschiede je nach Position im Raum (grobe Ortung in der Medianebene)
o in der Horizontalebene Vergleich zwischen rechtem und linkem Ohr:
 intraaurale Intensitätsunterschiede (Kopf als Schallschatten) für Frequenzen ab 1500 Hz
 Phasenunterschiede (zwischen 200 und 800 Hz)
 intraaurale Zeitunterschiede (nur beim Einsetzen eines Tons)

56
Q

Gemeinsamkeiten und Unterschiede des neuralen und optischen Superpositionsauges

A

=Facettenauge

57
Q

Was ist der Dunkelstrom im Photorezeptor?

A

Phosphodiesterase spaltet cGMP zu 5-GMP, welches nun die Natrium-Kanale der Zelle nicht mehr offenhalten kann (es fließt also ein kontinuierlicher Dunkelstrom mit dauernd depolarisiertem Rezeptor, welcher erst bei Lichteinfall unterdrückt wird)

58
Q

Wie und warum reagieren On und Off Bipolar Zellen in der Retina auf Licht?

A

 Rezeptive Felder:
 ist der Bereich von Sinnesrezeptoren, der Informationen an ein einziges nachgeschaltetes Neuron weiterleitet
 in Netzhaut konvergieren viele Photorezeptoren auf wenige Ganglienzellen
 Einfluss auf Sehscharfe (höhere Kontrastfähigkeit), Empfindlichkeit, Spezifität
und Informationsreduktion
 off-Center-Ganglienzellen (lateral hemmendes Zentrum und erregendes Umfeld) für dunkle Stellen → Hemmung bei Lichteinfall (hypopolarisiert)
 on-Center-Ganglienzellen (erregendes Zentrum und lateral hemmendes Umfeld) für helle Stellen → reagiert auf Lichtpunkte (erregt)
 durch speziellen Glutamatrezeptor kann die on-Bipolarzelle gehemmt werden
 weiter über die Sehbahn: magnozelluläres System (für Kontraste und Bewegungen) sowie parvozelluläres System (Farben und Auflösung)

59
Q

Sind Komplexaugen und Linsenaugen homologe oder analoge Strukturen? Begründe

A

Analoge?

60
Q

Welche Funktion hat das Außenohr?

A

das Außenohr (Ohrmuschel) dient der Schalldruckaufnahme

61
Q

Wie geschieht Fourier- Transformation in Cochlea?

A

Schall wird in Frequenzen aufgeteilt-> unterschiedliche örtliche Repräsentation der Frequenzen.
Dafür ist Mechanik der Basilarmembran entscheiden: vorne schmal und steif und hintten breit und lommelig.
Die beweglichen äüßeren Haarsinneszellen erhalten absteigende Signale vom Gehirn und können so die Transduktion bestimmter Frequenzen modulieren

62
Q

Welche schwierigkeiten treten bei der Analyse mechanosensitiver Kanäle auf?

A
  • insgesamt schwer zu untersuchen:
  • Patch-Clamp: Festsaugen öffnet bereits Kanale= Artefakte
  • kooperieren mit Hilfsstrukturen (Filamenten)-> sind daher auch schlecht als Kristallstruktur darstellbar
  • pharmakologische Untersuchung schwer, da nur wenige dafür selektive Toxine bekannt sind
63
Q

Hemmende Synapsen- Hyperpolarisiernende Hemmung

A

Steigerung der Membranspannung durch inhibitorische Synapsen → durch Öffnen/Schließen bestimmter Ionenkanäle → Erregungsschwelle wird angehoben

  • z.B. Hyperpolarisation nach AP durch lang geöffnete K+-Kanäle
  • wirkt sich rechnerisch wie eine Subtraktion aus
64
Q

Hemmende Synapsen -Shunting Inhibition

A

Beispiel GABA-Kanal:
→ ligandengesteuerter Cl–Kanal
- Cl- in Zelle gedrängt durch Konzentrationsgradient, aus Zelle durch Elektrostatik → kleine Konzentrationsänderung und beide Kräfte heben sich auf
- beim Erregen → Depolarisation → Hemmung: gleichzeitiges Öffnen von GABA-A → wirkt Gleichgewicht von Cl- entgegen → Wiederstand wird verändert
- entspricht rechnerisch einer Division (halber Widerstand = halbes Potential)

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