Henning Flashcards
Was versteh man unter Neuronendoktrin?
Neuronendoktrin: (Cajal)
Das Gehirn besteht aus vielen eigenständigen Nervenzellen, die über chemische Synapsen miteinander verbunden sind. Kommunikation erfolgt über diese Kontaktstellen. (Es sind einzelne Zellen!)
–> Cajal entdeckte dies in dem er die Golgi-Färbung von neuronal Gewebe (Silbernitratfärbung) verwendete.
Reticulartheorie: (Golgi)
Gehirn, als ganzheitliches Syncitium. Kommuniziert nur über elektrische verarbeitung.
Cajal und Golgi erhielten 1906 gemeinsam den Nobelpreis, owohl sie verstritten waren und unterschiedliche Theorien über das Nervensystem im Gehrin verfolgten.
Benennen Sie die Bestandteile des Zytoskeletts und ihre jeweilige Funktion in einer Nervenzelle.
Das Zytoskelett besteht aus Protein-filamenten.
-
Mikrotubuli (24 nm)
Ein röhrenförmiges Filament aus Tubulin. (Protein mit 2UE).
Funktion: Stützfunktion und Vesikeltransport -
Neurofilamente (10 nm)
Ein intermediäres Filament aus 5 Typen heterogener Proteine.
Funktion: Stützfunktion -
Mikrofilament (7 nm)
Ein doppelsträngiges Filament aus Actin-monomeren (globuläres Protein)-
Funktion: Beweglichkeit
Erläutern Sie in Stichworten die Typen und Funktionen von Gliazellen
Glia (griechisch: Kleber) Bindegewebe zwischen Nervenzellen
Typen von Gliazellen:
Mikroglia:
- Phagozyten → Abfallproduktbeseitigung
Makroglia:
- Astroglia (Blut-Hirn-Schranke) → hält Homöiostase aufrecht & Stoffaustausch
- Oligodendroglia (bilden Myelin) → elektr. Isolation
- Schwannsche Zellen (bilden Myelinscheiden einzelner peripherer Axone
Funktion von Gliazellen:
- Stützfunktion
- Beseitigung von Zellen, Reperatur, Regeneration von beschädigten Neuronen
- elektrische Isolierung von Axonen (myeliniesierung)
- Entwicklung
- Homoiostase (pH-Wert, Ionenkonzentration, Transmitteraufnahme, Stoffaustauch)
- Blut-Hirn-Schranke
Neuronen sind ohne Gliazellen nicht überlebensfähig.
Rosinenbrötchen: Rosinen=Neuronen, Teig=Gliazellen.
Axonaler Vesikeltransport: Welche Unterschiede gibt es zwischen anterogradem und retrogradem
Transport ?
Anterograd = von Soma zur Synapse
schnell (>200mm/d): transport von Transmitter, Neuropeptide, Wachstumsfaktoren
langsam (<10 mm/d): transport von Zytoskelett- und Membranbausteine
►Kinesin bildet den molekularen Motor. (Kinesin gibt Vesikel an benachbartes Kinesin weiter…)
Retrograd = Von der Synapse zum Soma
schnell (ca.200mm/d): transport von Abbauprodukten
prozessiver Transport großer Multivesikularkörper.
►Dynein bildet den molekularen Motor. (Dynein rutscht an Membran entlang)
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. Trifft auf reterograden-transport zu.
- trifft zu
- trifft zu
- falsch. Mikrotubuli bilden die Leitschienen für den Transport.
- falsch. Es werden auch Membranbausteine, Cytoskelettbausteine und Wachstumsfaktoren transportiert.
Welche Aufgabe hat die Blut-Hirn-Schranke und durch welche Barrieren wird sie gebildet ?
- Die Blut-Hirn-Schranke ist eine selektiv durchlässige Membran, die verhindert, dass Substanzen die für das Gehirn schädlich seien könnten aus der Blutbahn ins Gehirn gelangen. (Filterfunktion) Nur kleines und lipophiles kann die BHS problemlos durchdringen.
- Sie hält das innere Milleu (=Cerebrospinalflüssigkeit ) im Gehirn konstant, dies ist besonders wichtig für dessen Funktion.
- Aufrechterhaltung der Homeostase in Neuronen für Ruhepotenzial
- Barriere aus 3 Schichten: Endothel d. Kapillare, Basalmembran, Fortsätze der Astrozyten
Endothelzellen der Kapillaren sind mit tight junctions verbunden. Perizyten, können Kapillare zusammenziehen und so die Durchblutung beeinflussen.
Erläutern Sie die Funktion und Eigenschaften der NA+/K+-Pumpe
Die elektrogene Na+/K+-Pumpe arbeitet gegen den Konzentrationsgradienten und gegen das elektrische Potenzial dabei wird ATP verbaucht. Sie hält das RP aufrecht.
Bei jedem Durchlauf –> 1 -negative Ladung mehr im Inneren
- 3 Na+ intrazellulär aufgenommen (Phosphorylierung von Aspartat) raus
- 2 K<span>+</span> extrazellulär aufgenommen (Konformationsänderung durch Dephoysphorylierung) rein
Welche Faktoren sind für das Zustandekommen des Ruhepotentials einer Nervenzelle verantwortlich?
Das Ruhepotenzial ist der Zustand des negativen Potenzials (-73mV) einer unerregten Nervenzelle. Dieser Zustand ist auf Ladungsgleichgewicht der Ionen zwischen Extrazellulären und Cytoplasma zurück zuführen.Der Einstrom und Ausstrom von Ionen ist im Gleichgewicht.
Dafür verantwortlich sind:
- Semipermeabilität der Membran also die unterschiedliche Leitfähigfkeit für bestimmte Ionen.
- dadurch Unterscheidliche Verteilung der Ionenkonzentration für Na+,Cl-,A- und K+ außen und innen
- aktive Prozesse wie z.B. elektrogene Na+/K+ Pumpe (sorgt auch für die aufrechterhaltung des RP) sorgt für Ungleichverteilung über Membran
Beschreiben Sie die Ionenverhältnisse im intra- und extrazellulären Raum einer Nervenzelle, die für die Bildung des Ruhepotentials von Bedeutung sind
Im Ruhepotenzial (in Nervenzelle ist negativ und liegt bei ‐70 mV bis ‐80 mV.) hat die Membran eine hohe Leitfähigkeit für K+ und eine geringe Leitfähigkeit für andere Ionen. Deshalb wird das RP vor allem durch Gleichgewichtspotenzial für Kalium bestimmt.
Extrazellularer Raum:
- viel Na+ und Cl-
Intrazellularer Raum:
- viel K+ und A-
Die Nernstsche Gleichung gibt nicht das Ruhepotential einer Nervenzelle an!
- Was wird mit dieser Gleichung dann berechnet ? Wie kann diese Gleichung trotzdem benutzt, um
- das Ruhepotential und
- das Aktionspotential zu beschreiben ?
- Die Nernstsche Gleichung gibt das Gleichgewicht (UGlg) für einen bestimmten Ionentyp an. (z.B für Kalium).
- um Ruhepotential trotzdem zu beschrieben, weiß man: K+- Permeabilität muss hoch sein, Na+/Cl--Permeabilität muss gering sein
- um Aktionspotential zu beschreiben: Permeabilitätsänderung zu Gunsten von Na+ → Depolarisation
(2,3) man muss Inonensoerten breücksichtigen, die am Ap beteiligt sind und die spezifischen Permeabilitäten kennen → Nernst´sche Gleichung in Goldman- Hodkin- Katz Gleichung überführen
Welche Potenziale werden durch die Nernstsche Gleichung beschrieben ?
Geben Sie ein Beispiel und erläutern Sie das Aktionspotenzial mit Hilfe dieser Potenziale.
Die Nernstsche Gleichung gibt das Gleichgewichtspotenzial (UGlg) für einen Ionentyp an.
Nernstgleichung:
UGlg = (R x T) / (n x F) x lg (ca / ci) [mV]
UGlg(Ion) = 58 [mV] x lg (Caussen/Cinnen)
Am Beispiel von Kalium (K+):
Ca: 10 mmol
Ci: 100 mmol
UGlg(K+) = 58 [mV] x lg (10/100)
UGlg (K+) = 58 [mV] x lg (10-1) = -58 mV
Unter der Berücksichtigung aller Ionensorten, die am Ruhe- und Aktionspotenzial beteiligt sind (und unter Kentniss der jeweiligen spezifischen Permeabilitäten) ist die Überführung der Gleichung in Goldmann-Hodgkin-Katz Gleichung möglich. Statt nur einen Ionentyp, wie die Nernstsche Gleichung, berücksichtigt die Goldmanngleichung aber alle drei wesentlichen Ionentypen (Na+, K+ und Cl‐) und ihre spezifischen Leitfähigkeiten (P).
- Aktionspotenzial: Addition der einzelnen Ionen, multipliziert mit Permeabilität.
- Ruhepotenzial: Verschiebung von K-Potenzial Richtung Na+-Potenzial wegen Permeabilitätsänderung. (Depolarisation)
- —–> Stimmt das?????
Welche Unterschiede bestehen zwischen Ionenkanälen und Ionenpumpen ?
Ionenkanäle:
- Ionen bewegen sich passiv durch eine zentrale Pore
- Ionenbwegung erfordert keine extra Energie
- Die Ionen bewegen sich entlang eines Konzentrationsgradienten
- Ionen bewegen sich sehr schnell
Ionenpumpe:
- Ionen werden aktiv durch das Protein bewegt
- Ionenbewegung erfordert Energie durch die Spaltung von ATP
- Die Ionen bewegen sich entgegen eines Konzentrationsgradienten
- Ionen bewegen sich sehr langsam
Nennen Sie die wesentlichen Unterschiede einer elektrischen und einer chemischen Synapse.
Elektrische Synapse:
- geringer elektrischer Widerstand
- 2-4 nm
- wirkt erregend
- Erregungsübertragung durch: Ionenstrom
- Ultrastruktur: gap-junctions
- Verstärkung: hoch
- Verzögeung: 0,1 ms
Chemische Synapse:
- hoher elektrischer Widerstand
- 10-20 nm
- wirkt erregend oder hemmend
- Erregungsübertragung durch: Transmitter
- Ultrastrukturen: prä: Vesikel; post: Rezeptoren
- Verstärkung: variabel
- Verzögerung: > 0,5 ms
Was versteht man unter Zeit- und Längskonstante ?
- Die Zeitkonstante T (Tau) beschriebt die zeitliche Änderung des Membranpotenzials bei einem Stromfluß über die Membran. Wird durch Widerstand und Kapazität bestimmt. Gibt die Zeit an, bis 63% des Sannungendwerts erreicht werden.
T = R x C - Die Längskonstante (lambda) beschreibt den Abfall des Membranpotenzials in Abhängigkeit von der Entfernung. Die Aubreitung von elektronischen Signalen benötigen eine große Längskonstante. Damit das Signal möglichst weit reicht, muss man die Längskonstante vergrößern. Bestimmt durch Längs und Querwiderstand. Gibt an, bei welcher Distanz noch 37% der Spannung ankommt.
- Rm vergrößern (Myelinisierung)
- Ri verringern (Riesenfaser)
Wie entsteht die Selektivität von Ionenkanälen für An- oder Kationen ?
Es gibt verschiedene Typen von Ionenkanälen,die sich in ihrer Selektivität unterscheiden.
Selektivität entsteht durch:
- Den Durchmesser des Ionenkanals (mechanische Barriere)
- Ladungen im Inneren der Kanäle (elektrische Barriere)
Durch AS als Selektionsfilter, die optimale WW mit Sbstrat ermöglichen oder halt nicht + Spezifische interaktion mit Hydrahülle
Von welchen Größen hängt die Längskonstante ab ?
- Rm : Querwiederstand (Ionenkanäle)
- Ri : Längswiederstand (Ionenzahl)
- Durchmesser
- Isolation
Die Zeitkonstante einer Nervenzelle wirkt sich auf die‚ zeitlichen Summation’ im Dendriten dieser Nervenzelle aus. Erläutern Sie diesen Zusammenhang an 2 Neuronen mit gleichem präsynaptischem Eingang aber unterschiedlich großen Zeitkonstanten.
die Zeitkonstante T (tau) beschreibt die zeitliche Änderung des Membranpotent bei einem Stromfluß über die Membran.
T = R x C
- je größer die Zeitkonstante, desto länger dauert das AP.
- T=lang : zeitliche Summation findet statt, neue AP vergrößern Postsynaptisches Potential.
- T=kurz : einzelne getrennte Postsynaptische Potentiale.
Erläutern Sie den Verlauf eines Aktionspotenzials mit Hilfe der Gleichgewichtspotenziale für Na+ und K+
- Dauer des AP an Neuronen ca. 1-2 ms
- AP beruht auf untersch. Verteilung (intra- und extrazellulär) der Ionenkonzentrationen für Kalium, Natrium, Chlorid und anderen geladenen org. Substanzen
- während des Ruhepotentials: hohe Kaliumpermeabilität → Gleichgewichtspot. ca. -104mV
- Kaliumausstrom bewirkt in Summer mit den Strömen der anderen beteiligten Ionen ein Potenzial von -73mV
- Wenn das Potential ansteigt und die Schwelle von - 40mV erreicht, Öffnen sich die spannungsabhängigen Na+ -Kanäle
- Natriumeinstrom (Na+ hat GGpotential bei +67mV)
- es kommt zur Depolarisation (Overshoot) +30mV
- Nariumkanäle schließen spontan bzw. gehen in inaktiven Zusatnd über nach kurzer Zeit
- Spannungsabhängige Kaliumkanäle öfnnen
- Im Moment des Overshoots ist Kalium im Ungleigewicht → Vrstärkter Kaliumausstrom führt zu Repolarisation und sogar kurzweilig zu Hyperpolarisation
- es folgt die Refrälterzeit, in der durch die Hilfe der Na+/K- ATPase wieder ein Gleichgewichtspotential von -70mV entsteht
- jetzt wieder errgebar, weil Ruhepotential wieder hergestellt
1) Depolarisation
Bei Potentialanstieg über den Schwellwert (-40mV) hinaus führt zur Öffnung der Spannungsabhängigen Na+-Kanälen
2) Na+-Einstrom –> schnelle Depolarisation –> Overshoot
3) Repolarisation
Umschlag des Potenzials durch Öffnung der spannungsabhängigen K+-Kanäle –> K+-Ausstrom
4) Hyperpolarisation
Durch Na+/K+-ATPase langsame Repolarisation.
Welche Größen müssen bekannt sein, um das Ruhepotential einer typischen Nervenzelle in guter Näherung zu berechnen?
- Permeabilität der Membran für die Stoffe
- Konzentration intra- und extrazellulär der Ionen:
Na+, K+, AS- Anion (A-), Cl- - gaskonstante, Farraday- Kostante und Temp.
Welche Formen des Vesikel-Recycling kennen Sie ?
- Bulk Endocytose
- klassische Exocytose
- kiss-and-run
Nach der Verschmelzung der Vesikel mit der Membran und nach der Transmitterfreisetzung (fusion), werden die Membranbestandteile der Vesikel wieder aufgenommen (untere Abbildungen). Dafür gibt es verschiedene Wege (B)
(1) die klassische Vesikelwiederaufnahme nach vollständiger Entleerung (links),
(2) den ‚Kiss‐and‐Run‘‐ Weg, bei dem nur für kurze Zeit eine kleine Öffnung gebildet wird und die Vesikel gleich wieder von der präsynaptischen Membran abgeschnürt werden und
(3) die großflächige Abschnürung von Membranabschnitten (bulk endocytosis).
Welche Ionen sind am Aktionspotenzial beteiligt ? Beschreiben Sie diese Ionenströme während der
verschiedenen Phasen eines Aktionspotenzials (beschriftete Zeichnung).
Natrium und Kalium.
Depolarisation: Na+ Einstrom
Repolarisation : K+ Ausstrom
Siehe Aktionspotentail:
- AP beruht auf untersch. Verteilung (intra- und extrazellulär) der Ionenkonzentrationen für Kalium, Natrium, Chlorid und anderen geladenen org. Substanzen
- während des Ruhepotentials: hohe Kaliumpermeabilität → Gleichgewichtspot. ca. -104mV
- Kaliumausstrom bewirkt in Summer mit den Strömen der anderen beteiligten Ionen ein Potenzial von -73mV
- Wenn das Potential ansteigt und die Schwelle von - 40mV erreicht, Öffnen sich die spannungsabhängigen Na+ -Kanäle
- Natriumeinstrom (Na+ hat GGpotential bei +67mV) es kommt zur Depolarisation (Overshoot) +30mV
- Nariumkanäle schließen spontan bzw. gehen in inaktiven Zusatnd über nach kurzer Zeit
- Spannungsabhängige Kaliumkanäle öfnnen
- Im Moment des Overshoots ist Kalium im Ungleigewicht → Vrstärkter Kaliumausstrom führt zu Repolarisation und sogar kurzweilig zu Hyperpolarisation
- es folgt die Refrälterzeit, in der durch die Hilfe der Na+/K- ATPase wieder ein Gleichgewichtspotential von -70mV entsteht
- jetzt wieder errgebar, weil Ruhepotential wieder hergestellt
Beschreiben Sie die verschiedenen Phasen und Ionenströme eines typischen Aktionspotenzials einer
Nervenzelle (beschriftete Zeichnung).
1. Ruhepotential: ca. -70mV
2. Überschreitung des Schwellenpotentials: Die Dendriten nehmen Reize von umliegenden Nervenzellen auf und leiten sie über das Soma zum Axonhügel weiter. Damit ein Aktionspotential ausgelößt werden kann, muss am Axonhügel ein bestimmter Schwellenwert (in unserem Fall -50 mV) überschritten werden.
3. Depolarisation: Wird der Schwellenwert überschritten läuft das Aktionspotential über das Axon ab: Die Na+-Kanäle öffnen sich und von Außen strömen schlagartig Na+Ionen in das Zellinnere des Axons. (K+-Kanäle sind währenddessen geschlossen). Es kommt zur Umpolarisierung, dem sogenannten Overshoot.
4. Repolarisation: Die Na+ Kanäle beginnen wieder sich zu schließen. K+ Kanäle öffnen sich und sorgen dafür, dass Kalium Ionen aus dem positiv geladenen Zellinnerem heraus diffundieren können.
5. Hyperpolarisation: Die K+-Kanäle schließen sich. Im Vergleich zu Na+-Kanälen sind die K+Kanäle jedoch deutlich langsamer und es dauert rund 1-2ms bis diese komplett geschlossen sind. In der Zeit sind weitere K+-Ionen nach außen hin diffundiert und die Spannung sinkt unter das eigentliche Ruhepotential (Hyperpolarisation).
Nachdem die Na+ Kanäle sich im Laufe der Repolarisation wieder geschlossen haben, ist ein erneutes Aktionspotential unmittelbar darauf nicht möglich. Diese Zeitspanne nennt man auch Refraktärzeit und dauert ungefähr 2 ms.
1. Ruhepotential: Die Natrium-Kalium-Pumpen regulieren die Spannung daraufhin wieder auf ca. -70 mV, also dem ursprünglichen Ruhepotential. Das Axon ist bereit für das nächste Aktionspotential.
Beschreiben Sie die wesentlichen Ereignisse bei der Signalübertragung an einer chemischen Synapse
Präsynaptische Endigung:
- Eintreffen von Na+/K+- Aktionspotetialen
- Depolarisationder präsynaptischen Membran
- Öffnen der spannungsabhängigen Ca2+- Kanäle→ Ca2+-Einstrom
- Fusion der Vesikel mit präsynaptischer Membran
In synaptischem Spalt:
- Transmitterfreisetzung
- Diffusion der Transmitter
Postsynaptische Membran:
- *-** Bindung des Transmitters an spezif. Rezeptoren an postsynaptischer Membran
- Konformationsänderungen in den Transmitter-Rezeptor-Komplexen
- Öffnung von Ionenkanälen
- Ionenströme
- Potentialänderung an der postsynaptischen Membran
PSP: postsynaptisches Potential
EPSP: exzitatorisches PSP (Depolarisation)
IPSP: inhibitorisches PSP (Hyperpolarisation)
Die Größe des präsynaptischen Ca2+-Einstromes bestimmt die Amplitude des postsynaptischen Potentials.
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 ?
Räumliche Summation
=Konsequenz der Längskonstante
Postsynaptische Potenziale aus mehreren Dendriten summieren sich auf dem Weg zum Axonhügel, somit wird die Entstehung des AP wahrscheinlicher.
Abhängig von der Längskonstante und dem Ort der Synapse.
Zeitliche Summation
=Konsequenz der Zeitkonstante
Die AP treffen nach einander ein, Zelle nicht Repolarisiert. Postsynaptsiche Potenzial steigt. Ist die Zeitkonstante der postsynaptischen Nervenzelle kurz, klingt das postsynaptische Potential auch schnell wieder ab. Ist die Zeitkonstante dagegen lang, summieren sich die postsynaptischen Potentiale und werden größer. Daher spricht man von einer zeitlichen Summation.
Abhängig von Zeitkonstante
Wie wurde erstmals nachgewiesen, dass Transmitter an den chem. Synapsen in Quanten bzw. Vesikeln freigesetz wird?
Transmitter in Vesikeln (Quanten)- (Katz, del Kastillo, Miledi 1955)
- Transmitterfreisetzung erfolgt nicht kontinuierlich sondern gestuft (Quanten)
- Ausschüttung der Vesikel ist spannungsabhängig (Ca2+- Einstrom)
Dabei verändert sich aber nicht die Größe der Elementarsereignisse, sondern nur die Rate - Alle Reaktionen sind ganze VIelfache der Elementarereignisse
= Vielfaches eines Quantums
Die Wissenschaftler studierten damals die synaptische Übertragung an der großen motorischen Endplatte und nutzten für ihre Messungen die entscheidende Rolle des Ca2+‐Einstroms bei der Transmitterfreisetzung. In dem Experiment wurde eine Muskelfaser aus einem Froschbein zusammen mit dem motorischen Nerv herauspräpariert und in einer Petrischale platziert. Das Präparat wurde in einer physiologischen Lösung gebadet, die kein Ca2+ enthielt. Mit einer intrazellulären Ableitelektrode (a) wurden die Potentiale in der Muskelfaser registriert.
Zunächst beobachteten die Forscher in den Registrierungen keine Depolarisationen in der Muskelfaser, bzw. nur sehr selten (*). Das änderte sich, wenn der motorische Nerv elektrisch gereizt wurde (b), so dass Aktionspotentiale ausgelöst wurden. Jetzt wurden kurz nach der Reizung regelmäßig Depolarisationen beobachtet. Allerdings auch nicht immer (0). Die sichtbaren Depolarisationen waren sogenannte mini‐EPSP, sehr kleine exzitatorische, postsynaptische Potentiale. Die Forschern wussten damals nicht, dass der Transmitter in Vesikeln verpackt in der präsynaptischen Endigung auf seine Freisetzung wartet, aber ihnen fiel auf, dass die beobachteten Endplattenpotentiale immer ganzzahligen Vielfachen der Amplitude der spontanen mini‐EPSPs entsprachen ( x1, x2, x4).
Wäre Ca2+ in der physiologischen Lösung vorhanden gewesen, hätte diese Quantennatur der Transmitterfreisetzung natürlich nie beobachtet werden können, da bei einer dann starken Depolarisation der Beitrag einzelner Vesikel nicht mehr sichtbar gewesen wäre
- PSP
- EPSP
- IPSP
- PSP: postsynaptisches Potential
- EPSP: exzitatorisches PSP (Depolarisation)
- IPSP: inhibitorisches PSP (Hyperpolarisation)
Erläutern Sie kurz die Funktion von ionotropen und metabotropen Rezeptoren in der postsynaptischen Membran
Ionotrope Rezeptoren (ligandenabhängige Ionenkanäle):
- > „direct gating“ von Ionen
- > beeinflusst Ionenverhältnisse und -ströme und damit das Membranpotential
Metabotrope Rezeptoren (keine Ionenkanäle!):
Liganden abhängige Konformationsänderung -> Enzymkaskade; „indirect gating“
- > beeinflusst intrazelluläre Stoffwechselprozesse
- > indirekt Membranpotential
-> diese Enzymkaskaden bieten die Möglichkeit, die Signalstärke zu verändern und an bestimmte Bedingungen anzupassen
Jeder postsynaptische Rezeptor besitzt seine spezifischen Agonisten und Blocker, die eine Unterscheidung der verschiedenen Typen, iono‐ oder metabotrop, ermöglichen.
Beschreiben Sie an einem Beispiel die wesentlichen Schritte bei dem Transduktionsprozess in Sinneszellen
Rezeptoren wandeln die Reizenergie über einen Transduktionsprozess in ein Rezeptorpotential um.
Transduktion = Reiz-Signal-Umwandlung
Beispiel: Photorezeptor
- Absorption von Lichtreizen
(Rhodopsin-Photoisomerisierung) - Retinalstruktur verändert
-> Enzymkaskade, second messenger (cGMP) wird hydolysiert - Na+-Kanäle schließen
- Dunkelstrom endet
- Rezeptorpotential (Hyperpolarisation)
- Ende der Rezeptorausschüttung an präsynaptischen Membran
- weniger AP in bipolaren Ganglien
Erklären Sie den Begriff der Kennlinie (beschriftete grafische Darstellung) im Kontext der Informationsverarbeitung durch Sinneszellen und stellen den Zusammenhang mit der Adaptation her.
Abbildung zeigt Reaktionsstärke auf Reize
- Die Erregungsgröße (Impulsfrequenz) nimmt linear mit dem logarithmus der Reizintensität zu.
(bei ansteigender Reizintensität ist auch die Antwort größer) - Durch Adaption kann die Kennlinie zu höheren oder niedrigeren Umgebungsintensitäten verschoben werden, (link oder rechts) ohne dass die relative Unterschiedsempfindlichkeit beeinflusst wird.
- Webber´sche Gesetz dI/I=Kw
Aus welchen Komponenten besteht Rhodopsin und welche Komponente muss geändert werden, um das Absorptionsspektrum zu verändern ?
Rhodopsin ist das Sehpigment der Stäbchen und besteht aus:
- Opsin (Protein)
- Retinal.
Die Aminosäuresequenz des Proteins bestimmt λ, also muss Protein veändert werden um das Absorbtionsspektrum zu verändern.
Skizzieren Sie den Bau eines Photorezeptors bei Wirbeltieren (Stäbchen) und tragen die wesentlichen Elemente für die Phototransduktion ein.
Abbildung
(1) Wie ändert sich das Membranpotential in einem Photorezeptor (stäbchen) bei Wirbeltieren bei Beleuchtung (beschriftete Zeichnung) ?
(2) Welche Schritte führen zu dieser Änderung des Membranpotentials ?
(1) Abbildung!!
Der ‘Dunkelstrom’ in den Photorezeptoren der Wirbeltiere wird bei Beleuchtung unterdrückt
(2) Phototransduktion bei Wirbeltieren:
- eine intrazelluläre Enzymkaskade führt zur Schließung von ‚signal-abhängigen‘ Na+-Ionenkanälen und einer Repolarisation des Membranpotentials.
- Sobald Rhodopsin ein Lichtquant absorbiert,wird ein G‐Protein aktiviert, das Transducin (T).
- Taktiviert eine Phospodiesterase (PDE), die zyklisches GMP (cGMP) hydrolisiert.
- cGMP bindet im Dunklen als interner Ligand an die Na+‐Kanäle der Zellmembran und hält diese offen, so dass ständig Natriumionen einströmen.
- Die Hydrolyse des cGMP führt dazu, dass sich das cGMP von den Na+‐Kanälen löst, die daraufhin schließen.
- Das Membranpotential hyperpolarisiert.
Erläutern Sie am Beispiel des Sehsystems mit einer Skizze das Prinzip und die Wirkung der ‚lateralen Inhibition’
Laterale Inhibition verschärft die Wahrnehmung an einem Ort
- Kontrasterhöhung durch Hemmung benachbarter Zellen (Machschen Streifen)
- Wahrnehmung eines einzelnen Reizortes wir verschärft
Kennlinien von Sinneszellen:
(a) Zeichnen Sie die Kennlinie einer Sinneszelle
(Achsenbeschriftung nicht vergessen) und beschriften sie diese.
(b) Warum sollten Sinneszellen eher steile Kennlinien besitzen?
(c) Zeichnen Sie im Diagramm ein, wie sich die Kennlinie durch Adaptation verändert
(a)
X-Achse: Lichtintensität (log. Quanten pro um2)
Y-Achse: Photorezeptorantwort (Membranstom in pA)
(b)
Bei ansteigender Reizintensität ist auch die Antwort größer.
Ist die Kennlinie steiler, kann ein größerer Reizbereich abgedeckt werden
(c)
Kennlinie verschiebt sich nach rechts oder links
Was versteht unter dem Weberschen Gesetz ?
- DI/I=Kw
- Verhältnis der Intensitäten ist wichtig, nicht Absolutwerte (Zeitung bei unterschiedlichem Licht)
- die wahrgenommene Stärke von Sinneseindrücken ist proportional zum Logarithmus der Intensität des physikalischen Reizes.
Erläutern Sie die Begriffe afferente und efferente Neurone und geben Sie jeweils ein Beispiel an.
afferent (hinbringend zum ZNS)
- Axone transporteiren Informationen/Reize von bestimmten Ort zu ZNS.
- leiten den Reiz z.B. aus HSZ Richtung ZNS weiter
efferent (wegbringend von ZNS)
- Axone leiten Reize/Informationen von ZNS zu bestimmten Ort
- leiten AP von ZNS zu HSZ
Was versteht man unter Frequenz‐Orts‐Transformation in der Cochlea ? Warum ist diese vor allem für Schallfrequenzen über 1000 Hz wichtig ?
Wirbeltiere führen in ihrem Innenohr eine Frequenzanalyse über eine Frequenz‐Orts‐Transformation durch: Jede Frequenz wird an einem bestimmten Ort auf der Basilarmembran abgebildet
- Schallschwingungen erreichen das Innenohr am ovalen Fenster und lösen in den Lymphflüssigkeiten der Cochlea eine Druckwelle aus.
- Diese Druckwelle breitet sich in den Gängen der Cochlea (Scala) bis zum Helicotrema, dem Ende der Cochlea, aus und versetzt über die Scala vestibuli die Tektorialmembran in der Scala media in Schwingungen.
- Der Schalldruck wird weiter auf die Scala tympani übertragen, die über das ovale Fenster einen Druckausgleich herstellen kann.
- Innerhalb der Scala media liegt die Basilarmembran mit den Mechanorezeptoren des Ohres, den Haarzellen, die mit der darüber liegende Tektorialmembran verbunden sind (Abb. d).
- Die Basilarmembran schwingt durch die Druckwelle innerhalb der Cochlea auf und ab (Abb. b).
- Die besonderen mechanischen Eigenschaften der Basilarmembran führen dazu, dass hohe Frequenzen (z.B. 4000 Hz) nahe dem ovalen Fenster eine besonders große Schwingungsamplitude erzeugen, während das für niedrigere Frequenzen (z.B. 200 Hz) weiter hinten am Helicotrema geschieht (Abb. c).
- Die Abhängigkeit der Schwingungsamplituden von der Frequenz und dem Ort innerhalb Cochlea entsteht durch die besonderen mechanischen Eigenschaften der Basilarmembran (Abb. b), die zu einer Wanderwelle führen (Abb. a).
- Diese mechanischen Eigenschaften der Basilarmembran – Elastizität und Breite – verändern sich graduell von dem ovalen Fenster bis zum Helicotrema. Dadurch gibt es auf der Basilarmembran für jede Frequenz einen bestimmten Abschnitt, oder Ort, bei dem die Schwingungsamplituden am größten werden.
Besonders wichtig, da die maximale Frequenz von Aktionspotentialen etwa 1000 Hz beträgt (wegen Refrektärzeit). Durch die F-O-Transformation könne auch Schallfrequenzen von mehr als 1000 Hz (=1kHz) im Hörsystem abgebildet und übertragen werden.
Nervenzellen im visuellen System besitzen rezeptive Felder.
Skizzieren und erläutern Sie kurz die Struktur eines einfachen rezeptiven Feldes.
Rezeptive Felde = flächig ausgebreiteter epthelialien Verband. Die Anzahl der Rezeptoren übertrifft die Anzahl der nachgeschalteten Interneuronen (ganglienzellen)
Skizzieren Sie den Bau einer einzelnen Haarsinneszelle und nennen die wichtigen Schritte bei dem Transduktionsprozess dieser Sinneszellen
Scherkräfte führen zu der Öffnung oder Schließung von K+‐Kanälen, die sich an
der Spitze der Zilien befinden. Dadurch kommt es zu einer Depolarisation, die sich
in den Basalteil der Haarzelle ausbreitet. Dort befinden sich Ca2+‐Kanäle, die einen
Ca2+‐Einstrom ermöglichen, und es kommt zur Freisetzung von Transmitter.
- Was ist ein ‚rezeptives Feld’ ?
- Wie entsteht ein einfaches rezeptives Feld (beschrifteteSkizze) ?
- Besitzen Rezeptoren eine rezeptives Feld ?
- Ein rezeptives Feld ist ein flächig ausgebreiteter epithelialien Verband. Die Anzahl der Rezeptoren übertrifft die Anzahl der nachgeschalteten Ganglienzellen. Ein un der selbe Photorezeptor, kann an verschiedenen rezeptiven felden einer Ganglienzelle beteiligt sein.
- siehe Abbildung
- Nein, Rezeptoren besitzen keine rezeptives Feld
Beschreiben Sie die Antworten des rezeptiven Feldes einer visuellen Nervenzelle mit einem erregenden Zentrum auf
- gleichmäßige Beleuchtung
- zentrale Beleuchtung und
- periphere Beleuchtung
- keine Antwort
- starje Antwort, hochfrequente APs
- hemmende Antwort
