Chpt. 6 Neurotransmitter Systems

Question 1

Neurotransmittergruppen

bisher bekannte

Answer 1

Aminosäuren:
– Glycin
– Glutamat
– GABA

Amine (leiten sich aus Aminosäuren ab):
– Serotonin
– Dopamin

Neuropeptide (bestehen aus Aminosäuren)

ACh - besteht aus Produkt d. Zellatmung & überall verfügbarem Cholin

ATP - zentrales Produkt d. Zellmetabolismus (wird oft als Co-Transmitter in Vesikel dazugepackt)

Endo-Cannabinoide - retrograde Botenstoffe

„Gasotransmitter“ - evtl. Stickstoffmonoxid, Kohlenmonoxid, Schwefelwasserstoff die ebenfalls als retrograde Botenstoffe fungieren könnten

Question 2

Kriterien um als Neurotransmitter zu gelten

Answer 2

Das Molekül muss:
– im präsynaptischen synthetisiert u. gespeichert
– nach einer Stimulation a.d. präsynaptischen Axonterminale ausgeschüttet werden
– bei künstlicher Anwendung (im Experiment) eine Reaktion im postsynaptischen Molekül auslösen die der „natürlichen“ Reaktion entspricht

Question 3

Methoden zur Untersuchung, Lokalisierung von Neurotransmittern

Answer 3

Immuncytochemie - gereinigte Moleküle werden injiziert, der Organismus produziert eine Immunantwort in Form von Antikörpern die daran binden und diese werden dann wieder isoliert, chemisch markiert und in das Untersuchungsgewebe injiziert wo sie nur diejenigen Zellen markieren die das untersuchte Molekül enthalten

In-situ-Hybridisierung - man kennt die DNA eines gesuchten Proteins und stellt synthetisch einen passenden mRNA-Strang her, diese markierten Sonden werden auf untersuchtes Gewebe gebracht und in den Ribosomen zu den gesuchten Proteinen verbaut, durch die (z.B. radioaktive Markierung) wird sichtbar wo sie sich befinden

Gemeinsam ermöglichen diese Methoden festzustellen ob ein Neuron ein potenzielles Transmittermolekül enthältoder synthetisiert

Question 4

Untersuchungsmethoden der Transmitterfreisetzung

Answer 4

Problem, dass sich im ZNS bei hoher Dichte u. Verknüpfung verschiedenste Neuronentypen befinden

Optogenetik - bringt bestimmte Neuronen dazu lichtempfindliche Proteine zu exprimieren und lassen sich dann durch Lichtblitze stimulieren für die die umliegenden Zellen unsensibel sind, ermöglicht genauere Messungen der Ausschüttung von Neurotransmittern

Question 5

Untersuchung der synaptischen Effekte v. Neurotransmittern

Answer 5

Mikroiontophorese - mithilfe einer Mikropipette wird das vermutete Transmitterion auf die postsynaptische Membran gebracht und die Effekte durch eine Mikropipette gemessen

Question 6

Untersuchung von Rezeptoren

Answer 6

Neurotransmitter können an verschiedene Rezeptoren binden, ein Rezeptor ist jedoch spezialisiert auf einen Stoff -> Rezeptorsubtypen (versch. Rezeptorarten an die ein Neurotransmitter andockt)

Neuropharmakologie - untersucht die Einflüsse versch. Stoffe auf die Hirnfunktion (z.B. wirkt Nikotin auf die cholinergen Rezeptoren in der Skelettmuskulatur, aber nicht im Herz u. so werden die Subtypen nach ihren Agonisten/Antagonisten bezeichnet zB als nikotinische ACh-Rezeptoren) genau Liste Buch S. 161

Ligandenbindungsverfahren - Liganden sind alle chem. Verbindungen die an spezifische Stelle eines Rezeptors binden, sie können markiert und identifiziert werden und geben so Auskunft über die Rezeptoren

Molekulare Analyse - hat zu der Erkenntnis geführt, dass es potentiell hunderttausend versch. Kombinationsmöglichkeiten d. Proteine die die Untereinheiten v. Rezeptoren bilden (& damit potentielle Rezeptorsubtypen) gibt

Question 7

Dale-Prinzip

Answer 7

Ein Neuron schüttet nur einen Neurotransmitter aus
- anhand denen werden sie in eindeutige Gruppen eingeteilt (cholinerg, glutamaterg, etc.)

jüngere Forschung fand jedoch, dass einige Neuronen doch mehrere Transmitter ausschütten

Question 8

ACh-Synthese

Answer 8

ChaT - Cholin-Acetyltransferase (wird im Soma synthetisiert

Question 9

Cholinerge Neuronen

Answer 9

ACh = Neurotransmitter d. neuromuskulären Endplatte

d.h. alle Motoneuronen d. Rückenmarks u. Stammhirns sind cholinerg

Question 10

AChE

Answer 10

Acetylcholinesterase = Enzym das ACh zu Essigsäure u. Cholin aufspaltet
wird ebenfalls von cholinergen Neuronen synthetisiert

Zi

Question 11

Catecholamine

Answer 11

Amine die eine Catechol-Struktur gemeinsam haben

Tyrosin (mithilfe v. TH) -> dopa -> Dopamin -> Norepinephrin -> Epinephrin

Question 12

Dopaminerge Neurone

Answer 12

Enthalten TH u. Dopa-Decarboxylase (wandelt dopa in Dopamin um) d.h. die Neurotransmittersynthese ist hauptsächlich abhängig vom verfügbaren dopa

• bei Parkinson wird dopa gegeben um die Dopaminsynthese anzukurbeln

Question 13

Noradrenerge Neurone

Answer 13

Enthalten TH, dopa-Decarboxylase u. Dopamin-ß-Hydroxylase (die i.d. Vesikeln Dopamin in Norepinephrin umwandelt)

Question 14

Adrenerge Neurone

Answer 14

Enthalten zusätzlich PNMT (Phentolamin-N-Methyltransferase) die NE in Adrenalin umwandelt

Question 15

Regulation u. Abbau v. Catecholaminen

Answer 15

TH ist der bestimmende Faktor i.d. Catecholaminsynthese u. wird u.a. reguliert durch:
Endprodukthemmung (bei verringerter Freisetzung v. Catecholaminen nimmt ihre Konzentration im Cytosol zu wodurch TH gehemmt wird)

Abbau erfolgt nicht durch ein Enzym sondern Wiederaufnahme i.d. Axonterminale wo sie wieder in Vesikel verpackt oder durch MAO aufgespalten werden
-> Na+abhängige Transporter (die d. C. wiederaufnehmen) sind Angriffspunkt vieler Drogen wie Amphetamine u. Kokain die diese blockieren

Question 16

Serotonerge Neurone

Answer 16

vergleichsweise wenige, aber wichtig für Stimmung, Emotionen, Schlaf

Serotoninsynthese: Tryptophan (= regulierender Faktor, a.d. Nahrung ) -> 5HTP -> 5HT (=Serotonin)

Abbau: Wiederaufname (entweder wieder in Vesikel o. Aufspaltung durch MAO), anfällig für Drogen (SSRIs z.B. Fluoxetin)

Question 17

Aminoaciderge Neurone

Answer 17

häufigste im CNS
Glycin, Glutamat ->wichtigster exitatorischer Neurotransmitter (beides allg. Aminosäuren d.h. Proteinbestandteile)
GABA ->wichtigster inhibitorische Neurotransmitter (durch GAD aus Glutamat synthetisiert)

Abbau: Wiederaufnahme durch Na+abhängige Transporter v. Gliazellen o. Neuronen -> Aufspaltung durch GABA Transaminase

Question 18

Endo-Cannabinoide

Answer 18

retrograde Botenstoffe (eine Art Rückkoppelungssystem das bei starker post-synaptischer Aktivierung auf die Präsynapse einwirkt)

• werden bei starker Ca+Konzentration synthetisiert
• kleine Moleküle die sofort nach ihrer Entstehung die Membran durchdringen können (keine Vesikel)
• binden selektiv an CB1-Rezeptoren (g-Protein-coupled u. blockieren Calciumkanäle was zur verminderten Freisetzung v. Neurotransmittern führt)

Sind im gesamten CNS sehr weit verbreitet

Question 19

Ligandengesteuerte Kanäle

Answer 19

„transmitter-gated channels“

hochsensible Ionenkanäle d. Ionenströme unterscheiden, selektieren u. regulieren - stehen unter dem Einfluss v. ACh (muss an Alpha-Untereinheiten binden um sie zu öffnen), den Aminosäureneurotransmittern u. anderer Rezeptorsysteme

Question 20

Aminosäurenabhängige Kanäle

Answer 20

vermitteln im CNS die meisten schnellen synaptischen Übertragungen

haben aufgrund ihrer molekularen Struktur besondere Eigenschaften:

• Pharmakologie d. Bindungsstellen beeinflusst wie u. welche Substanzen auf sie wirken u. in Wechselwirkung treten
• Kinetik bestimmt d. Dauer d. Wirkung
• ihre Selektivität bestimmt ob sie Erregung/Hemmung auslösen u. wieviel Ca+ i.d. Zelle einströmt
• die Leitfähigkeit bestimmt die Größe d. Effekte

Question 21

Glutamatabhängige Kanäle

Answer 21

AMPA-abhängige Kanäle: lassen unterm Strich Na+ einströmen u. versuchen dadurch eine schnelle, starke Depolarisation
NMDA-abhängige Kanäle: lassen Ca+ u. Na+ einströmen und K+ausströmen, allerdings nur wenn eben Glutamat bindet und gleichzeitig die Membran depolarisiert ist

-> diese beiden kommen meist gemeinsam vor und vermitteln die meisten EPSPs

Kainat-abhängige Kanäle

Question 22

GABA- u. Glycin-abhängige Kanäle

Answer 22

bilden Chloridkanäle
vermitteln den größten Teil inhibitorischer Potentiale

Barbiturate, Benzodiazepine wirken in Gegenwart v. GABA auf d. GABA-A-Rezeptor

Ethanol auf d. GABA-A u. Glycinrezeptor hemmend oder nicht in versch. Hirnregionen abhängig vom Aufbau d. Untereinheiten

Question 23

Exitotoxizität

Answer 23

„Selbstmord“ d. Neuronen
Kaskade an sich selbst verstärkenden Effekten, ausgelöst u. verstärkt durch Glutamat u. Ca+, die spiralartig zum Zelltod führen

Bsp.: bei Parkinson, Alzheimer,

Question 24

Struktur v. G-Protein-coupled-Rezeptoren

Answer 24

bestehen meist aus 7 membrandurchspannenden Alpha-Helices, wovon zwei Schleifen im extrazellulären Bereich die Bindungsstelle für d. Neurotransmitter bilden (strukturelle Unterschiede hier bestimmen welche Transmitter binden), und der Bindungsstelle für das G-Protein (strukturelle Unterschiede hier bestimmen welche G-Proteine binden u. welchen Effektoren aktiviert werden) im intrazellulären Bereich

Question 25

Funktionsweise eines G-Proteins

Answer 25

G-Protein besteht aus einer Alpha-, Beta- u. Gamma-Untereinheiten

1. im Ruhezustand ist GDP a. d. Alpha-Einheit gebunden
2. bei d. Aktivierung d. Rezeptors wird GDP durch GTP ersetzte
3. das aktivierte G-Protein teilt sich auf u. Alpha-Einheit sowie Beta+Gamma-Einheit können Effektoren aktivieren
4. die Alpha-Einheit wandelt GTP langsam in GDP um wodurch sich die Aktivität selbst reguliert

Question 26

verkürzter Signalweg

G-Protein-gekoppelter Effektorsysteme

Answer 26

aktiviertes G-Protein bindet direkt an einen Ionenkanal
Bsp: muskarinische ACh-Rezeptoren im Herzen (die an ein G-Protein gekoppelt sind, das einen Kaliumkanal öffnet)

• etwas langsamer als direkt ligandengesteuerte Effekte
• räumlich begrenzter Wirkradius
• spielt sich innerhalb der Zellmembran ab

Question 27

Second-Messenger-Kaskaden

G-Protein gekoppelter Systeme

Answer 27

das aktive G-Protein aktiviert ein membrangebundenes Enzym, das über chemische Zwischenreaktionen ein anderes Enzym aktiviert, das die Funktion der Zelle beeinflusst

Question 28

Phosphorylierung & Dephosphorylierung

Answer 28

Proteinkinasen übertragen eine Phosphatgruppe vom frei diffundierenden ATP auf Proteine = Phosphorylierung

Proteinphosphatasen entfernen Phosphatgruppen von Proteinen = Dephosphorylierung

das Gleichgewicht d. Prozesse reguliert die Hemmung/ Aktivierung vieler Kanäle

Question 29

Vorteile v. Second-Messenger-Kaskaden

Answer 29

Signalverstärkung
-> ein einzelnes Transmittermolekül aktiviert viele G-Proteine, die wiederum viele Enzyme aktivieren, die umso mehr Kanäle beeinflussen

Question 30

Divergenz/ Konvergenz in Neurotransmittersystemen

Answer 30

Divergenz = die Fähigkeit von Neurotransmittern auf viele versch. Subtypen v. Rezeptoren einzuwirken und damit verschiedenste Effekte zu erzielen

Konvergenz = die verschiedensten Effekte von Neurotransmittern können gemeinsam auf ein System einwirken

diese Effekte treten auf allen Übertragungsebenen auf und machen die Komplexität der verknüpften Wirkweisen in den Transmittersystemen aus