Fragenkatalog Flashcards
Was versteht man unter der Neuronendoktrin?
- das Gehirn besteht aus dirskreten Recheneinheiten (einzeln autonom, physisch getrennt), die untereinander über chemische und elektrische Synapsen in Verbindung stehen
- kein ganzheitliches Syncytium mit ausschließlicher elektrischer Kommunikation (wie in Reticulartheorie)
- von Cajal durch Golgi-Färbung von neuronalem Gewebe
Benennen Sie die Bestandteile des Zytoskeletts und ihre jeweilige Funktion in der Nervenzelle.
- Mikrotubuli (aus Tubuin; Ø24nm): Stützfunktion, Vesikeltransport; assoziiert mit Kinesin und Dynein
- Mikrofilamente (aus Actin; Ø7nm): Beweglichkeit
- Intermediärfilamente = Neurofilamente (Ø10nm): Stützfunktion
Erläutern Sie die Typen und Funktionen der Gliazellen!
das “Bindegewebe” von Neuronen, lebenslang teilungsfähig (→Reperatur/Regeneration), an der Entwicklung auswachsender Neurone und der Versorgung von Neuronen mit Nährstoffen beteiligt.
- Astroglia (bildet Blut-Hirn-Schranke, häufigste, Homoiostase, Stoffaustausch, Ernährung (pH, Ionen, Transmitter))
- Microglia (Phagozytose: Beseitigung von Abfallprodukten und beschädigten Zellen)
- Oligodendroglia (bildet Myelinscheide mehrerer zentraler Axone)
- Schwann’sche Zelle (bilden 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 kein 200mm/d und mehr betragen
- Mikrofilamente bilden die Leitschienen für den Transport
- Es werden nur Transmitter und Neuropeptide transportiert
- Die Vesikel werden von der Synapse zum Soma transportiert
→ falsch, das wäre retrograd - Kinesin bildet den molekularen Motor
→ richtig - Die Transportgeschwindigkeit kein 200mm/d und mehr betragen
→ richtig - Mikrofilamente bilden die Leitschienen für den Transport
→ falsch, Mikrotubuli - Es werden nur Transmitter und Neuropeptide transportiert
→ falsch, auch Wachstumsfaktoren,
Zytoskelett- und Membranbausteine
Welche Aufgabe hat die Blut-Hirn-Schranke und durch welche Barriere wird sie gebildet?
- Homöostase (für Bildung von Ruhepotential in Neuronen ist konstantes Milieu von Cerebrospinalflüssigkeit nötig → Abschirmung von Blut, aufgrund zu starker Schwankung von Ionenkonzentrationen)
- Schutz vor Eindringen vieler Krankheitserreger und Medikamente
- Endothel tight-junctions in Gehirnkapillaren + 20% der Endothelien mit Perizyten (regulatorische Funktion)
- Abschirmung durch Astroglia → selektiver Transport von Endothelzellen zu Astroglia
Welche Faktoren sind für das Zustandekommen des Ruhepotentials einer Nervenzelle verantwortlich?
- Semipermiabilität der Membran; unterschiedliche Leitfähigkeit für Ionen: hoch für Kalium, gering für andere
- unterschiedliche Verteilung der Ionenkonzentrationen für Kalium, Natrium, Chlorid und andere Anionen
- Aufrechterhaltung des Gradienten durch Natrium-Kalium-Pumpe
Erläutern Sie die Funktion und Eigenschaften der Na-K-Pumpe.
- arbeitet gegen Konzentrationsgradienten und elektrisches Potential → ATP-Verbrauch!
- Aufnahme von 3 Natriumatomen (intrazellulär nach extrazellulär) und 2 Kaliumatomen (extra nach intra)
- Tausch durch Konformationsänderung, durch Phosphorylierung von Aspartat (Nat) und Dephosphoryllierung (K)
- an 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?
- gibt das Gleichgewichtspotential für eine Ionensorte an
- unter Berücksichtigung aller am Ruhe- und Aktionspotential beteiligten Ionensorten und ihrer spezifischen Permeabilität lässt sie sich in die GHK-Gleichung überführen
[Formel1]
- im Ruhepotential: hohe Permeabilität für Kalium, geringe für Natrium und Chlorid
im Aktionspotential: Änderung zugunsten von Natrium → Depolarisation
Welche Potentiale werden durch die Nernst-Gleichung beschrieben? Geben Sie ein Beispiel und
erläutern Sie das Aktionspotential mithilfe dieser Potentiale!
- gibt das Gleichgewichtspotential für eine Ionensorte an
- Aktionspotential beruht auf unterschiedlicher intra- und extrazellulären Verteilung der Ionenkonz. (Kalium, Natrium, Chlorid + andere gel. org Substanzen: Aminosäuren, Proteine)
- Veränderung der Permeabilitäten bewirkt AP
- Ruhepot (-73mV): hohe Permeabilität für Kalium (GGpotential am Neuron: -104mV)
- Depolarisation bei AP (+30mV): durch Natriumeinstrom (GGpotential am Neuron: +67mV)
Beispiel: [Formel2]
Beschreiben Sie die Ionenverhältnisse im intra- und extrazellulären Raum einer Nervenzelle, die für die
Bildung des Ruhepotentials von Bedeutung sind!
Kalium: c(innen): >100; c(aussen): <10
Natrium: c(innen): ~10; c(aussen): >100
Chlorid: c(innen): <10; c(aussen):~100
A-: c(innen): ~100; c(aussen): ~10
Welche Unterschiede bestehen zwischen Ionenkanälen und Ionenpumpen?
Kanäle:
- passiv durch wässrige Pore entlang elektrochem. Gradienten
- Öffnen/Schließen durch Konformationsänderung (Ligandengesteuert, spannungsabh., mechanisch-, licht-, temperaturgesteuert)
- sselektiv durch Porengröße, Ladung, Interaktion mit Hydrathülle
- auch unspezifische Kanäle
Pumpen:
- aktiv: ATP! oder Absorption von Lichtquanten: Konformationsänderung durch Phosphorylierung; lichtinduzierte elektronische Anregung
- entgegen elektrochem. Gefälle
- selektiv durch genaue Passform + Bindung des Substrats
Wie entsteht die Selektivität von Ionenkanälen für Anionen oder Kationen?
- Porengröße (Anordnung der Transmembranproteine)
- Interaktion mit Hydrathülle: erleicherte Abgabe durch beteiligte AS (Ladung)
Welche Größen müssen bekannt sein, um das Ruhepotential einer Nervenzelle in guter Näherung zu
berechnen?
- Innen- und Außenkonzentrationen von: K, Na, Chl - Ionen, sowie geladener organischer Moleküle (AS, Proteine)
- Permeabilität der Membran für besagte 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 länger die Zeitkonstante, desto länger ist das AP → limitierend für Übertragungsfrequenz
- τ=lang: Summierung der PSP (keine diskreten Potentiale erkennbar, da noch keine vollständige Repolarisation erfolgen konnte; hohe Signalstärke)
- τ=kurz: PSP diskret und mit üblicher Signalstärke
τ=R⋅C (Widerstand und Kapazität)
Was versteht man unter der Zeit- und Längskonstante?
- Zeitkonstante τ: zeitliche Änderung des Membranpotentials bei Stromfluss → gibt die Zeit an bis zum Erreichen von 63% (1/e) des Endwertes der Spannung (bestimmt durch Widerstand und Kapazität)
- Längskonstante: Abfall des Membranpotentials in Abh. von Ausbreitungsentfernung → gibt an, bei welcher Distanz noch 37% der Spannung ankommt (bestimmt durch Längs- und Querwiderstand)
Von welchen Größen hängt die Längskonstante ab?
- Querwiderstand = Membranwiderstand (Permeabilität): optimierbar durch Myelinisierung (wirkt hier als Isolisation) und Reduktion der Ionenkanäle
- Längswiderstand (entspricht Durchmesser): optimierbar durch Durchmessererhöhung (Risenaxone)
[Formel3]
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?
zeitl. Summation:
- Je größer die Zeitkonstante (R*c), desto länger der Verlauf eines einzelnen AP
- limitierend für Übetragungsfrequenz diskreter Signale, da sich mehrere Einzelsignale postsynaptisch aufsummieren können (ggf noch keine vollständige Repolarisation)
- relevant vor allem bei Übertragung von Signalen an Synapse zwischen zwei Nervenzellen
räuml. Summation:
- in Abhängigkeit der Längskonstante und Lokalisation der Synapsen am Dendritenbaum
- präsynaptische Signale können sich auf dem Weg durch den Dendritenbaum bis zum Axon zu einem stärkeren postsynaptischen Signal aufsummieren
- kann unter Umständen für Signalweiterleitung auf das nächste Neuron nötig sein, da ein AP 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 AP beruht auf unterschiedlichen intra- und extrazellulären Verteilungen der Ionenkonzentrationen für K, Na, Chl und gel. org. Substanzen (Aminosäuren, Proteine…)
- während Ruhepotential besteht hohe Permeabilität für Kalium (Gleichgewichtspotential -104mV) → Kaliumausstrom bewirkt in Summe mit den Strömen der anderen beteilgten Ionen ein Potential von -73mV
- wenn 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 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
Welche Möglichkeiten gibt es, um in Neuronen die Fortleitungsgeschwindigkeit von Aktionspotentialen zu erhöhen?
- Erhöhen der Zeitkonstante (durch Veränderung von Widerstand und Kapazität); nur möglich auf Kosten der maximalen Signalfrequenz → nur begrenzt praktikabel
- Erhöhen des Membranwiderstandes mittels Myelinisierung (saltator. Erregungsleitung an Ranvier’schen Schnürringen)
- Absenken des Längswiderstandes durch Erhöhen des Axondurchmessers (Riesenaxon)
