Fragen Hennig Flashcards
Was versteht man unter der Neuronendoktrin?
– postuliert von Cajal (Nobelpreis zusammen mit Golgi 1906)
– das Gehirn besteht aus dirskreten Recheneinheiten (einzeln autonom, physisch getrennt), die
untereinander über chemische Synapsen in Verbindung stehen (und wie später auch bestätigt
über elektrische Synapsen)
– sie steht Golgis Reticulartheorie entgegen, die das Gehirn als ganzheitliches Syncytium
betrachtet, welches ausschließlich über elektrische Verarbeitung kommuniziert
– maßgeblich für die Formulierung der Neuronendoktrin war der Befund der Golgi-Färbung von
neuronalem Gewebe
– bei dieser Silbernitratfärbung werden nur 1-2% der Zellen angefärbt, diese jedoch vollständig →
zeigt erstmals die Architektur des Nervensystems auf
Benennen Sie die Bestandteile des Zytoskeletts und ihre jeweilige Funktion in der Nervenzelle!
– Mirkotubuli (Röhre aus Tubulin, 24nm Durchmesser)
– Stützfunktion und Vesikeltransport (assoziiert mit Kinesin und Dynein)
– Mikrofilamente (gewundener Doppelstrang aus Actin, 7nm Durchmesser))
– Beweglichkeit
– Intermediärfilamente = Neurofilamete (heterogen aus 5 Proteintypen, 10nm Durchmesser)
– Stützfunktion
Erläutern Sie die Typen und Funktionen der Gliazellen!
– Allgemein:
– Gliazellen sind das „Bindegewebe“ der Nervenzellen (Stützfunktion)
– sind lebenslang teilungsfähig → Reparatur/Regeneration von beschädigten Neuronen
– beteiligt auch Entwicklung auswachsender Neurone
– versorgen Neuronen mit Nährstoffen aus dem Blut (da diese keinen Kontakt dazu haben
dürfen → Blut-Hirn-Schranke) → Neurone also ohne Gliazellen nicht überlebensfähig
– elektrische Isolation durch Myelinisierung (abgeflachte Zellauswüchse der Gliazellen wickeln
sich mehrfach um die Axone)
– leider gehen auch die Mehrzahl der Gehirntumore von Gliazellen aus
– Astroglia → häufigste Gliazelle, bildet die Blut-Hirn-Schranke, Homoiostase, Stoffaustausch, Ernährung (pH, Ionen, Transmitter)
– Microglia → Phagozytose (beseitigen Abfallprodukte / geschädigte Zellen)
– Oligodendroglia → bilden die Myelinscheide mehrerer zentraler Axone
– Schwannsche Zellen → bilden die Myelinscheiden einzelner peripherer Axone
Welche Unterschiede gibt es zwischen anterogradem und retrogradem axonalem Vesikeltransport?
– anterograd:
– von Soma zur Synapse
– durch Kinesin, Vesikel von einem Kinesin zum nächsten weitergereicht (konzerziert)
– schneller Transport (>200mm/d) von Transmittern, Neuropeptiden und Wachstumsfaktoren
– langsamer Transport (<10mm/d) von Zytoskelett- und Membranbausteneinen (Tubulin, Aktin,
Neurofilamentproteine, Enzyme u.a.)
– retrograd:
– von Synapse zum Soma
– durch Dynein, prozessiver Transport großer Multivesikularkörper
– schneller Transport (>200mm/d) von Abbauprodukten
Welche der folgenden Aussagen treffen für den anterograden Vesikeltransport in einer Nervenzelle zu?
- Die Vesikel werden von der Synapse zum Soma transportiert
- Kinesin bildet den molekularen Motor
- Die Transportgeschwindigkeit kann 200mm/d und mehr betragen
- Mikrofilamente bilden die Leitschienen für den Transport
- Es werden nur Transmitter und Neuropeptide transportiert
→ falsch, das wäre retrograd → richtig → richtig → falsch, Mikrotubuli → falsch, auch Wachstumsfaktoren, Zytoskelett- und Membranbausteine
Welche Aufgabe hat die Blut-Hirn-Schranke und durch welche Barriere wird sie gebildet?
– für die Bildung des Ruhepotentials in den Neuronen sind konstante Umgebungsverhältnisse nötig
– die wechselnde Konzentration von Proteinen, Ionen u.a. im Blut würde den Prozess stören
– trotz großer Proximität zum Blutsystem (<50μm) muss die Nervenzelle daher von diesem
abgeschirmt sein und trotzdem mit den nötigen Nährstoffen, Sauerstoff etc. versorgt werden
– die Gehirnkapillaren weisen im Endothel tight-junctions auf, die ein unwillkürliches Permeieren
verhindern
– auf etwa 20% der Endothelien liegen Perizyten auf, die regulatorische Funktionen aufweisen
– zusätzlich findet eine Abschirmung durch die Fortsätze der Astroglia statt
– nur über selektiven Transport werden die benötigten Substanzen von den Endothelzellen an die
Astroglia weitergereicht
– die Nervenzellen werden dann ausschließlich vom sehr konstanten Milieu der
Cerebrospinalflüssigkeit (Liquor) umspült
– das Nervensystem ist hierdurch auch vor dem Eindringen vieler Krankheitserreger geschützt
– auch viele Medikamente können die Blut-Hirn-Schranke nicht permeieren (selbst wenn dies
erwünscht wäre), kleine fettlösliche Stoffe wie Alkohol, Nikotin und Blutgase jedoch schon
Welche Faktoren sind für das Zustandekommen des Ruhepotentials einer Nervenzelle verantwortlich?
– die Semipermeabilität der Membran mit unterschiedlichen Leitfähigkeiten für Ionen (hoch für
Kalium, gering für andere Ionen)
– die unterschiedliche Verteilung der Ionenkonzentrationen für Kalium, Natrium, Chlorid und
geladenen organischen Substanzen (Aminosäuren, Proteinen…)
– Aufrechterhaltung des Gradienten durch die elektrogene Natrium-Kalium-Pumpe
Erläutern Sie die Funktion und Eigenschaften der Na-K-Pumpe!
– arbeitet gegen den Konzentrationsgradienten und das elektrische Potential → unter ATP-
Verbrauch
– es werden 3 Natrium von intrazellulär aufgenommen, nach Phosphorylierung eines Aspartats
durch ATP erfolgt eine Konformationsänderung, welche das Natrium nach extrazellulär entlässt
– 2 Kalium von extrazellulär werden aufgenommen und nach Konformationsänderung durch
Dephosphorylierung nach intrazellulär abgegeben
– ist somit an der Aufrechterhaltung des Ruhepotentials beteiligt
Die Nernst-Gleichung gibt nicht das Ruhepotential einer Nervenzelle an! Was wird damit berechnet? Wie kann die Gleichung trotzdem benutzt werden, um das Ruhepotential und das Aktionspotential zu beschreiben?
– die Nernst-Gleichung gibt das Gleichgewichtspotential für eine Ionensorte an
– unter Berücksichtigung aller am Ruhe- und Aktionspotential beteiligter Ionensorten und ihrer
spezifischen Permeabilität lässt sich die Nerstgleichung in die GHK-Gleichung (Goldmann-Hodgekin-Katz-Gleichung) überführen
– das Ruhepotential zeichnet sich hierbei durch eine hohe Permeabilität für Kalium bei geringerer
Permeabilität für Natrium und Chlorid
– während des Aktionspotentials ändern sich die Permeabilitäten zugunsten von Natrium, was zur
Depolarisation führt
Welche Potentiale werden durch die Nernst-Gleichung beschrieben? Geben Sie ein Beispiel und erläutern Sie das Aktionspotential mithilfe dieser Potentiale!
– die Nernst-Gleichung gibt das Gleichgewichtspotential für eine Ionensorte an
– am Beispiel eines einfach geladenen Kations mit intrazellulär 100mmol und extrazellulär 10mmol:
EK =RT/zF ⋅ ln ([K]aussen/[K]innen)
=58mV/z ⋅ log ([K]aussen/[K]innen)
=58mV ⋅ log ( 2mmol/124mmol)
=−104mV
– das Aktionspotential beruht sich auf der unterschiedlichen intra- und extrazellulären Verteilung der Ionenkonzentrationen für Kalium, Natrium, Chlorid und geladenen organischen Substanzen (Aminosäuren, Proteinen…)
– die Veränderung der Permeabilitäten für diese Ionensorten bewirkt das Aktionspotential
– die hohe Permeabilität für Kalium (Gleichgewichtspotential am Neuron -104mV) bestimmt das
Ruhepotential (-73mV) → Kaliumausstrom
– während des Aktionspotentials ändern sich die Permeabilitäten zugunsten von Natrium
(Gleichgewichtspotential am Neuron +67mV) → Natriumeinstrom führt zur Depolarisation (+30mV)
Beschreiben Sie die Ionenverhältnisse im intra- und extrazellulären Raum einer Nervenzelle, die für die Bildung des Ruhepotentials von Bedeutung sind!
– die unterschiedliche Verteilung der Ionenkonzentrationen für Kalium, Natrium, Chlorid und geladenen organischen Substanzen (Aminosäuren, Proteinen…) sind für das Ruhepotential von Bedeutung
Welche Unterschiede bestehen zwischen Ionenkanälen und Ionenpumpen?
– Ionenkanäle
– entlang elektrochemischem Gradienten
– passiver Transport durch wässrige Pore, die durch Transmembrandomänen gebildet wird
– können durch Konformationsänderungen (Ligandengesteuert, spannungsabhängig,
mechanisch-, licht- oder temperaturgesteuert) öffen bzw. schließen oder durch ball-and-
chain-Mechanismus deaktivieren
– Selektivität durch Porengröße, Ladung und/oder Interaktion mit Hydrathülle
– es existieren auch unspezifische Kanäle
– Ionenpumpen
– entgegen elektrochemischem Gradienten
– primär aktiver Transport unter ATP-Verbrauch oder Absorption von Licht→
Konformationsänderungen durch Phosporylierung oder lichtinduzierte elektronische Anregung
– Selektivität durch genaue Passform und Bindung des Substrats
Wie entsteht die Selektivität von Ionenkanälen für An- oder Kationen?
– Porengröße durch Anordnung der Transmembranproteine
– spezifische Interaktion mit der Hydrathülle z.B. von Carboxylatgruppen der beteiligten
Aminosäuren → Ladung
Welche Größen müssen bekannt sein, um das Ruhepotential einer Nervenzelle in guter Näherung zu berechnen?
– die Innen- und Aussenkonzentration von Kalium-, Natrium- und Chloridionen sowie geladener organischer Moleküle (Aminosäuren, Proteine…)
– die Permeabilitäten der Membran für diese Stoffe
– Temperatur, Gaskonstante, Faraday-Konstante
Die Zeitkonstanten einer Nervenzelle wirken sich auf die zeitliche Summation im Dendriten aus. Erläutern Sie diesen Zusammenhang an 2 Neuronen mit gleichem präsynaptischem Eingang aber unterschiedlichen Zeitkonstanten!
– Je größer die Zeitkonstante (entsprechend Widerstand und Kapazität), desto länger zieht sich der Verlauf eines einzelnen Aktionspotentials → limitierend für die Übetragungsfrequenz
– bei großer Zeitkonstante summieren sich hochfrequente präsynaptische Potentiale postsynaptisch auf → sind nicht mehr als diskrete Potentiale kenntlich, da noch keine vollständige Repolarisation erfolgt ist, jedoch wird die absolute Signalstärke erhöht
– bei kleiner Zeitkonstante hingegen sind die Potentiale postsynaptisch weiterhin als diskret und mit üblicher Signalstärke erkennbar → deutlicher Vorteil für die digitale Datenverarbeitung
τ = R⋅C
Was versteht man unter der Zeit- und Längskonstante?
– die Zeitkonstante beschreibt die zeitliche Änderung des Membranpotentials bei einem Stromfluss
über die Membran → gibt die Zeit an bis zum Erreichen von 63% des Endwertes der Spannung
und wird bestimmt von Widerstand und Kapazität
– die Längskonstante beschreibt den Abfall des Membranpotentials in Abhängigkeit von der
Ausbreitungsentfernung → gibt an, bei welcher Distanz noch 37% der Spannung ankommt und wird bestimmt durch Längs- und Querwiderstand
Von welchen Größen hängt die Längskonstante an?
– vom Querwiderstand = Membranwiderstand (Permeabilität) → optimierbar durch Isolation mittels
Myelinisierung und Reduktion der Ionenkanalzahl
– vom Längswiderstand (entsprechend des Durchmessers) → optimierbar mittels
Durchmessererhöhung (Riesenaxone)
λ = √(rm/rl)
Was versteht man unter zeitlicher und räumlicher Summation in einer Nervenzelle? Von welchen Größen hängen diese beiden Formen der Summation jeweils ab und in welchem Bereich einer Nervenzelle sind sie von besonderer Bedeutung?
– Zeitliche Summation:
– Je größer die Zeitkonstante (entsprechend Widerstand und Kapazität), desto länger zieht sich
der Verlauf eines einzelnen Aktionspotentials
– limitierend für die Übetragungsfrequenz diskreter Signale da sich sonst ab einer bestimmten
Frequenz mehrere Einzelsignale postsynaptisch aufsummieren (da ggf noch keine
vollständige Repolarisation erfolgt ist)
– relevant vor allem bei der Übertragung von Signalen an Synapse zwischen zwei Nervenzellen
– Räumliche Summation:
– in Abhängigkeit der Längskonstante und der Lokalisation mehrerer Synapsen am
Dendritenbaum
– mehrere präsynaptische Signale können sich auf ihrem Weg durch den Dendritenbaum bis
zum Axon zu einem stärkeren postsynaptischen Signal aufsummieren
– dies kann unter Umständen für eine Signalweiterleitung auf das nächste Neuron nötig sein,
da ein Aktionspotential nur beim Überschreiten eines bestimmten Schwellenwertes ausgelöst werden kann
Erläutern Sie den Verlauf eines Aktionspotentials mit Hilfe der Gleichgewichtspotentiale für Natrium und Kalium.
– Dauer etwa 1-2ms an Neuronen
– das Aktionspotential beruht sich auf der unterschiedlichen intra- und extrazellulären Verteilung
der Ionenkonzentrationen für Kalium, Natrium, Chlorid und geladenen organischen Substanzen
(Aminosäuren, Proteinen…)
– während des Ruhepotentials besteht eine die hohe Permeabilität für Kalium
(Gleichgewichtspotential -104mV) → der Kaliumausstrom bewirkt in Summe mit den Strömen der
anderen beteilgten Ionen ein Potential von -73mV
– wenn das Potential langsam ansteigt, öffnen ab einer Schwelle von -40mV spannungsabhängige
Natriumkanäle, die durch Natriumeinstrom (Gleichgewichtspotential +67mV) zu einer
Depolarisation von bis zu +30mV führen
– nach kurzer Zeit gehen die Natriumkanäle in einen inaktiven Zustand über → Natriumstrom bricht
ab
– das Öffnen spannungsabhängiger Kaliumkanäle führt durch verstärkten Kaliumausstrom zur
Repolarisation sowie Nachhyperpolarisation
– nach der Refraktärzeit befindet sich das Neuron wieder im Ruhepotential und kann erneut erregt
werden
