Chpt. 2 Neurons & Glia Flashcards
Histology
Mikroskopische Untersuchung der Gewebestruktur
Nissl-Färbung
Neurologe Franz Nissl - Ende des 19. Jhds.
Best. Farbstoff setzte sich in Strukturen um den Nukleus von Neuronen ab -> “Nissl-Schollen“
Ermöglicht Unterscheidung zwischen Neuronen und Gliazellen & Untersuchung der Cytoarchitektur in verschiedenen Hirnarealen
Golgi-Stain
Histologe Camillo Golgi
legt Hirngewebe in Silberchromatlösung ein und macht damit das Neuron als Ganzes sichtbar (inkl. axonaler Fortsätze)
Erkenntnis,dass Axone als “Kabel”/ Verbindungs- & Übertragungswege zwischen Nervenzellen im ganzen Körper fungieren
Neuron doctrine
Cajal ging davon aus, dass neuronale Verbindungen ein durchgehendes Netzwerk bilden (wie Blutgefäße, was der Zelltheorie widersprechen würde)
Histologe & Künstler Cajal
nutzte Golgi-Stains um circuitry verschiedener Gehirnareale darzustellen & ging davon aus, dass die Fortsätze der Neurone über Kontaktstellen miteinander kommunizieren (Neuronen als einzelne Zellen stellen die elementare Einheit der Gehirnstruktur dar) -> Neuronendoktrin
Cytosol
salzige kaliumreiche Lösung im Inneren der Zelle, die von der Umgebung durch die Zellmembran getrennt ist
Organellen
funktional unterschiedliche Strukturen im Inneren aller Zellen
- Zellkerm (nucleus)
- raues endoplasmatisches Retikulum (rough endoplasmic reticulum)
- glattes endoplasmatisches Retikulum (smooth endoplasmic reticulum)
- Golgi Apparat (Golgi apparatus)
- Mitochondrien (mitochondria)
Cytoplasma
Alles innerhalb der Zellmembran exkl. Zellkern
Aufbau des Zellkerns
kugelförmige Struktur in der Mitte des Zellkörpers
5-10 Nanometer Querschnitt
Umgeben von der Kernhülle (Doppelmembran) die von Poren durchzogen ist
beinhaltet die Chromosomen in denen sich die DNA befindet
Gene
spezifische DNA-Abschnitte die für den Aufbau einer Zelle verwendet werden
Genexpression
Prozess des “Ablesens” der DNA
Proteinbiosynthese
“Zusammenbau” der Proteinmoleküle die genetische Information darstellen
Erfolgt im Cytoplasma
mRNA
Messenger-Ribonucleinsäure
transportiert die genetische Information vom Zellkern an den Ort der Biosynthese (DNA verlässt den Zellkern niemals)
Besteht aus vier verschiedenen Nucleotiden die in ihrer verschiedenen Abfolge Information speichern
Transcription
Prozess des Zusammenfügens/Codierens der mRNA so dass das Stück die Information eines Gens enthält (->Transkript [bindet an Ribosome welche nach diesen Instruktionen Proteine synthetisieren])
DNA-Abschnitte die für die Regulierung der Transkription bedeutsam sind
Promoter - liegt am “Anfang”-> hier bindet die RNA-Polymerase um Transkription zu starten (Bindung der Polymerase an den Promoter wird durch Transkriptionsfaktoren reguliert)
Terminator/ Stoppsequenz liegt am Endet der DNA-Sequenz und wird von der Polymerase als Endpunkt erkannt
DNA-Abschnitte die nicht der Proteincodierung dienen
Promoter & Terminator (flankieren das Gen)
Introns - DNA-Abschnitte innerhalb eines Gens die nicht der Proteincodierung dienen (Exons =codierende Sequenzen)
RNA-Spleißen
Prozess im Zuge der Transkription bei dem die Introns aus der DNA-Sequenz entfernt werden sodass nur die Exons verbleiben
Translation
Zusammensetzen von Proteinen aus Aminosäuren nach dem Plan der mRNA - findet an Ribosomen statt
zentrales Dogma der Molekularbiologe
DNA -> Transkription-> mRNA-> Translation -> Protein
Kopienzahlvariationen
gene copy number variations
fehlende oder duplizierte (überexprimierte) DNA-Abschnitte können zu diversen Defekten führen
passiert häufig bei der Empfängnis im Prozess wenn sich mütterliche und väterliche DNA mischen um neues Genom zu schaffen
Mutationen
Tippfehler in einem Gen oder der flankierenden Region
z.B.: fragile-X-Syndrome (Veränderung eines einzelnen Gens die zu kognitiven Behinderungen und Autismus führt)
Einzelnukleotid-Polymorphismus
“kleine “ Mutationen die meist gutartig sind (wie Tippfehler die die Bedeutung nicht beeinflussen) können aber die Funktion der (Nerven-)Zellen beeinträchtigen wenn die Proteinfunktion durch bedeutungstragende Fehler gestört ist
raues Endoplasmatisches Reticulum
rough ER
Organelle im Cytoplasma behaftet von Ribosomen & Ort der Proteinsynthese (für Proteine die direkt in eine Membran eingebaut werden sollen)
ist in Neuronen mehr vorhanden als in Glia- oder nichtneuronalen Zellen
lässt sich durch Nissl’s Farbstoff markieren
freie Ribosome
die meisten Ribosome sind am rauen ER angelagert - die frei diffundierenden sind die “freien Ribosome”
Unterschied scheint in der Bestimmung der Proteine zu liegen - mRNA für Moleküle für das Cytosol des Neurons wandern zu freien Ribosomen und werden dort synthetisiert
“Polyribosome” - mehrere freie Ribosome reihen sich entlang eines einzelnen mRNA-Strangs auf & erzeugen so viele Kopien desselben Proteins
glattes Endoplasmatisches Retikulum
ähnlich dem rauen ER erfüllt aber andere & unterschiedliche Aufgaben (z.B werden Proteine die aus dem rauen ER herausragen ordnungsgemäß gefaltet und strukturiert)
reguliert Konzentration bestimmter Substanzen z.B.: Calcium in den Muskelzellen
Golgi-Apparat
liegt am weitesten vom Zellkern entfernt
intensive posttranslationale chemische Prozessierung der Proteinmoleküle & Sortierung für den weiteren Bestimmungsort/Transport der Moleküle
Mitochondrien
+ Aufbau
Organellen der „Zellatmung“
Besteht aus einer äußeren Membran innerhalb derer sich eine weitere gefaltete Membranschicht („Christae“) befindet & deren innerer Bereich ist die „Matrix“
Prozess der Zellatmung
Mitochondrium nimmt Pyruvat (Zucker, abgebaute Proteine & Fette) und Sauerstoff aus dem Cytosol auf -> „Krebs-Zyklus“ (biochemische Reaktionen im Inneren des Mitochondriums) -> an Adenosindiphosphat ADP wird eine Phosphatgruppe angehängt & Adenosintriphosphat ATP entsteht -> ATP = „Energiewährung der Zelle“
Zellmembran
Barriere die das Cytoplasma des Zellinneren von der umgebenden Flüssigkeiten trennt
Reguliert welche Substanzen wann, wieviel, in welche Richtung etc. passieren z.B. durch die Bildung von spezifischen Kanälen
Proteinzusammensetzung der Membran variiert je nachdem ob es sich um Soma, Dendriten oder Axone handelt
Cytoskelett
„Gerüst“ das dem Neuron seine charakteristische Form gibt
nicht statisch - Elemente werden ständig dynamisch reguliert
besteht aus Mikrotubuli, Mikrofilamenten & Neurofilamenten
Mikrotubuli
Sind Teil des Cytoskeletts & verlaufen parallel in Längsrichtung der Neuriten
bestehend aus kugelförmigen Tubulinmolekülen die eine röhrenförmige Struktur bilden
Polymerisierung
Prozess der Moleküle in Ketten aneinanderbindet
„Polymer“ = die entstandene Molekülkette
MAP
„Mikrotubuli-assoziierte-Proteine“
regulieren Funktion und Zusammenbau der Mikrotubuli (& damit Aufbau des Neurons)
pathologische Veränderungen des MAP „Tau“ gehen mit der Alzheimer-Erkrankung einher
Mikrofilamente
bilden eine netzartige Struktur entlang der Zellmembran
bestehen aus Aktinpolymeren die wie zwei Seile umeinander gewunden sind
wahrscheinlich relevant für Formveränderung von Zellen ( besonders relevant für Muskelzellen)
Neurofilamente
besteht aus langen Proteinmolekülen die wie ein Seilstrang umeinander gewoben sind -> mechanisch sehr widerstandsfähig
kommen in allen Zellen als „Intermediärfilamente“ vor nur in Neuronen als Neurofilamente (Bsp.: Keratin das Haare bildet)
Axon
spezialisierte Struktur für die Übertragung von Informationen im Nervensystem
Beginnt im Axonhügel und endet in der Axonterminale
unterscheidet sich vom Soma durch andere Membranzusammensetzung, fehlendes raues ER und keine freien Ribosomen (d.h. alle Proteine werden im Soma gebildet & müssen weitertransportiert werden)
1mm bis 1m Länge
1 bis 25 Nanometer Durchmesser (je dicker desto schneller)
Axonkollaterale
Verzweigungen der axonalen Verbindungsnetzwerke
“rekurrente Kollaterale” - Axone die sich zurückwenden um mit der Zelle aus der sie hervorgehen oder Nachbarzellen zu kommunizieren
Axonterminale / Synapsenendknöpfchen
Ende des Axons - wo Informationen von einem Neuron zum nächsten übertragen werden
Cytoplasma unterscheidet sich von dem des restlichen Axons:
- Mikrotubuli erstrecken sich nicht bis ins Endknöpfchen
- erhöhte Dichte an Mitochondrien d.h. erhöhter Energiebedarf
- Innenseite der Zellmembran zur Synapse ist dicht mit Proteinen besetzt
- enthält „synaptische Vesikel“ (Membranbläschen mit Neurotransmittern gefüllt)
Synapse
besteht aus der prä-synaptischen Seite (Axonterminale) dem synaptischen Spalt und der post-synaptischen Seite
das elektrische Signal das das Axon entlang wandert wird in der Synapse in ein chemisches Signal umgewandelt (Neurotransmitter) das den synaptischen Spalt überquert und post-synaptisch ein elektrisches Signal auslöst
an den Synapsen wirken auch Psychopharmaka, psychoaktive Drogen und andere Substanzen
synaptische Übertragung
Prozess der Informationsübertragung von einem Neuron zum nächsten durch die Synapse
Neurotransmitter
chemisches Signal das den synaptischen Spalt überquert
werden in Vesikeln in der Zellmembran gespeichert und von dort freigesetzt
unterschiedliche Neuronentypen verwenden unterschiedliche Neurotransmitter
Axoplasmatischer Transport
keine Ribosome im Axon -> benötigte Proteine wandern eingeschlossen in Vesikel entlang der Mikrotubuli vom Soma zur Axonterminale, als Transporter fungiert das Protein Kinesin angetrieben von ATP -> anterograder A. (Richtung von Soma zu Synapse)
“langsamer A.” - 1-10mm pro Tag (Weiss 1940er)
“schneller A.” - bis zu 1000mm pro Tag (Grafstein 1960er)
“retrograde A.” - vom Endknöpfchen zum Soma, molekular selber Prozess wie anterograder A. aber als Transporter fungiert Dynein, transportiert vermutlich Informationen über veränderten Stoffwechselbedarf
Waller’sche Degeneration
A. Waller - Physiologe im 19. Jhd. stellte fest, dass Axone von der Verbindung zum Soma abhängig sind d.h. sie sterben ab wenn sie durchtrennt werden
Anhand dieses Effekts lassen sich Axonverbindungen untersuchen
Dendriten
Neuriten die als “Antennen” des Neurons fungieren
d.h. sie bilden die post-synaptische Seite der Synapse & ihre Membran ist dicht besetzt mit Rezeptoren
Cytoplasma ähnelt dem von Axonen allerdings finden sich in Dendriten Polyribosome (häufig direkt hinter den Dornfortsätzen)
“Dendritenbaum” - Gesamtheit der verzweigten Dendriten eines Neurons
Dendritische Dornfortsätze
spezialisierte Strukturen die jeweils bestimmte synaptische Signale empfangen
geistig behinderte Menschen zeigen häufig anormal lange, dünne dendritische Dornfortsätze
Klassifizierung v. Neuronen
anhand der Neuritenanzahl
unipolar —> einzelner Neurit
bipolar —> zwei Neuriten
multipolar —> vielzählige Neuriten (Großteil der Neurone im Gehirn)
Klassifizierung d. Neurone
anhand der Dendriten
„Sternzellen“ & „Pyramidenzellen“ unterscheiden sich im Aufbau der dendritischen Bäume
„bedornt“ & „unbedornt“ bezieht sich auf das Vorhandensein von dendritischen Dornfortsätzen (z.B.: sind alle Pyramidenzellen im Cortex bedornt, Sternzellen können aber in beide Kategorien fallen)
Klassifizierung v. Neuronen
anhand ihrer Verknüpfungen
sensorische Neurone - haben Neuriten an sensorischer Oberfläche (z.B. in der Retina oder Haut) & liefern Informationen an das Nervensystem
motorische Neurone - bilden Synapsen mit Muskelzellen und lösen Bewegungen aus
Interneurone - bilden Verbindungen mit anderen Neuronen (Großteil der Neurone im Gehirn)
Klassifizierung v. Neuronen
anhand d. Axonlänge
„Golgi-Typ-I-Neurone“ o. „Projektionsneurone“ - haben lange Axone die sich in andere Bereiche des Gehirns erstrecken (Großteil d. Pyramidenzellen im Cortex)
“Golgi-Typ-II-Neurone” o. “lokale Schaltkreisneurone“ - kurze Axone die sich nur auf die unmittelbare Umgebung erstrecken (Großteil d. Sternzellen)
Astrozyten
häufigste Gliazellen im Gehirn
regulieren v.a. Konzentrationen in der extrazellulären Flüssigkeit, umspannen Synapsen (verhindert Ausbreitung der Neurotransmitter) & entfernen aktiv Neurotransmitter aus dem synaptischen Spalt
Myelinisierende Gliazellen
Oligodendrogliazellen - kommen nur im CNS vor & umhüllen mehrere Axone mit einer Myelinschicht
Schwann-Zellen - kommen nur im peripheren Nervensystem vor & umhüllen nur ein Axon
andere nicht-neuronale Zellen im Gehirn
Ependymzellen - kleiden Ventrikel aus
Mikroglia - fungieren als Phagocyten die Überreste abgestorbener Neurone beseitigen, spielen eine Rolle bei der Remodellierung von Synapsen
