Neurobiologie Flashcards
Ionenkanäle unterscheiden sich in ihren Öffnungsmechanismen! Nennen Sie verschiedene Mechanismen.
Aktivierung des Ionenkanals durch PHOSPHORYLIERUNG des Kanalproteins, z.B. Na+ K+ ATPase
Aktivierung durch LIGANDENBINDUNG an extrazellulären Domäne des Kanalproteins, z.B. Synapsen
Aktivierung durch Depolarisation des Membranpotentials → SPANNUNGSGESTEUERTER Ionenkanal, z.B. alle Nervenzellen
Aktivierung durch mechanischen Stress an Zelloberfläche → MECHANOSENSITIV Ionenkanal, z.B. mechanosensitive Sinneszellen
Wie können elektrische Messungen von einzelnen Kanälen durchgeführt werden?
patch-clamp-Technik (Einzelkanalableitung)
Messung von Strömungen durch einzelne Ionenkanäle
Worauf bezieht sich der Name Patch Clamp?
patch (Flicken): kleiner Membranausschnitt unter der Patch-Pipette (zugleich Messelektrode)
clamp (= festklemmen): Membranpatch wird bei der Messung auf vorgegebenen Potential gehalten
Welche Erkenntnisse ergab die Strukturanalyse des bakteriellen K+ -Kanals?
Kristallstruktur → Membranproteine kristallisieren nicht, nur im Bilayer gut zu sehen
selektiver Filter für K+ durch negativ geladene AS (Selektivitätspore)
Gift und Wirkung des Kugelfischtoxins?
Gift:
Tetrododoxin (TTX) → aus Kugelfisch-Leber
Wirkung:
blockiert Natriumkanäle
Funktionsweise des Natriumkanals.
- Ruhezustand:
Kanal ist geschlossen, aber aktivierbar
besitzt Aktivierungstor, zentral in Kanalpore (m-Tor) → wird durch überschwellige Depolarisation der Membran geöffnet
- Aktivierter Zustand:
Kanal offen & leitend
nur vorübergehend treten Na+ Ionen ins Cytosol über
denn nach 1-2 ms nach Kanalöffnung → spontanes & automatisches Schließen des 2. Tors des Kanals an cytosolischen Seite (h-Tor) → Ionenstrom unterbunden
- Aktiviert, aber nicht leitend:
m-Tor weiterhin geöffnet, Depolarisation besteht fort
stabiler Zustand → Repolarisation der Membran (Unterschreitung des Schwellenwertes)
Beschreiben Sie den Inaktivierungsmechanismus des spannungsabhängigen Na -Kanals.
ball-and-chain-Modell (inactivation gate)
- um Kanal wieder zu schließen wird zuerst ein “Ball” an einer “Kette” in Öffnung geschwungen
- dies führt zur langsamen Inaktivierung → dann schließt Kanal durch mechanische Klappe → Herausschwingen der Kugel
Verschluss erfolgt spontan, automatisch → Kanal ist nur Millisekunden geöffnet bis “Ball” Pore wieder verstopft.
Durch welche molekularen Mechanismen wird die spannungsabhängige Öffnung des spannungsabhängigen Na-Kanals bestimmt?
Kanalaktivierung durch Depolarisation des Membranpotentials
blitzartiges Öffnen der Kanäle, wenn bestimmter Schwellenwert (Erregungsschwelle) durch Depolarisation erreicht ist
je die 4. Transmembranregion (TM4 = S4) dieser Abschnitte bilden Spannungssensor des jeweiligen Kanalmoleküls
über Sensordomäne (bewegliches positiv polares Element) spannungsabhängiges Öffnen (& Schließen)
Welche Methoden können zur Charakterisierung von Ionenkanälen verwendet werden?
- patch-clamp-Methode (Einzelkanalableitung)
- Pharmakologie (z.B. TTX blockiert Na-Kanal)
- optische Verfahren
- molekulare Kanalanalyse
Wofür steht hERG & warum ist der damit bezeichnete Forschungsgegenstand medizinisch so wichtig?/ Was ist hERG & wie ergibt sich die klinische Relevanz des Gens?
hERG = human Ether-a-go-go Related Gene
hERG-Kanal: spannungsaktiver, auswärtsgleichrichtender Kaliumkanal in Herzmuskelzellen
Relevanz:
Erkrankungen (Kanalopathie), die durch veränderte Funktion/ Expression von Ionenkanälen verursacht wird
Ursachen: Mutationen von Kanaluntereinheiten (primäre Kanalopathien)
Kanalveränderungen → Long/ Short-QT-Syndrom (schwere Herzerkrankungen)
Welche Vorteile bietet Channelrhodopsin für die Stimulation von Nervenzellen?
genetisch codierbar → leicht einsetzbar
gezielt einsetzbar, keine Zellschädigung dabei
an Kanal gekoppelt → erregende/hemmende Wirkung
stabil
ermöglicht sehr schnelle & zuverlässige Depolarisation der Zelle
Was sind Conotoxine?
= Gruppe von Toxinen, die aus Gift von Meeresschnecken (Kegelschnecken-Gattung Conus) isoliertbar ist
Warum war GFP für die Zellbiologie so wichtig?
= Green Fluorescent Protein
genetische kodierbar
spektrale Varianten
photoresistent
big cross sections (Wirkungsquerschnitt)
hohe Quantenausbeute
Was sind die Vorteile von in-vitro Präparaten?
=Gewebeschnitte
Zellen gut erhalten, mechanische Stabilität, Pharmakologie gut nachvollziehbar, Visualisierung bei dünnen Schnitten vorteilhaft
Was versteht man unter der Neuronendoktrin?
von Cajal postuliert
Neurone sind tatsächlich voneinander getrennte anatomische Einheiten und bilden kein Synzytium → Nervensystem aus individuellen Zellen (Neuronen) aufgebaut
Skizzieren Sie die zelluläre Architektur und Signalverarbeitung im Nervensystem.
Nervensystem besteht aus Netz diskreter Recheneinheiten (Neurone)
Nervenzellen werden unterstützend von Gliazellen begleitet und stehen untereinander erregend oder hemmend über chemische und elektrische Synapsen in Verbindung
Informationseingang (Sensorik) → Informationsverarbeitung, Integration, Entscheidung (ZNS) → Ausgang, Verhalten (Motorik)
Benennen Sie die Bestandteile des Zytoskeletts und ihre jeweilige Funktion in einer Nervenzelle.
- Mikrotubuli
spiralförmiger Zylinder (ø 25 nm)
Stützfunktion und Vesikeltransport
- Neurofilamente (intermediär)
Faser, umeinander gewunden → bilden Spulen mit zunehmender Dicke
heterogenes Protein (5 Typen)
Stützfunktion
- Mikrofilamente (Aktinfasern)
Fasern mit kleinstem Durchmesser (ca. 7 nm)
Stabilisierung und Beweglichkeit (Flexibilität)
Axonaler Vesikeltransport: Welche Unterschiede gibt es zwischen anterogradem und retrogradem Transport?
A. anterograder Transport
vom Soma zur Synapse hin gerichtet
transportiert einzelne Vesikel
Transportproteine (molekularer Motor): Kinein
sehr schnell: bis zu 400 mm/Tag
langsam: < 10 mm/Tag
B. retrograder Transport
von Synapse zum Soma
transportiert Vesikel gebündelt als Multivesikularkörper
schnell: 200-300 mm/Tag
Transportproteine (molekularer Motor): Dynein
Transmitter: Abbauprodukte
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
Erläutern Sie in Stichworten die Typen und Funktionen von Gliazellen.
Astroglia:
Homöostase & Ernährung; an Blut-Hirn-Schranke; häufigste Form von Gliazellen
Mikroglia:
Phagozytose des Nervensystems; kleiner als Astrocyten
Oligodendroglia:
Myelinscheide mehrerer zentraler Axone
Schwannsche Zellen:
Myelinscheide einzelner peripherer Axone
Olygodendrocyten & Schwannsche Zellen bilden elektrische isolierende Hülle, aus lipidreichen Material → Myelin
Funktionen von Gliazellen:
* Stützfunktion; Beseitigung von Zellen, Reperatur & Regeneration von beschädigten Neuronen
- elektrische Isolierung von Axonen (Myelinisierung)
- Homöostase (pH-Wert, Ionenkonzentration,
- Transmitteraufnahme, Stoffaustausch)
- Entwicklung (Landmarken für auswachsende Neurone)
Welche Aufgabe hat die Blut‐Hirn‐Schranke und durch welche Barrieren wird sie gebildet?
zentrale Aufgabe der BHS: mechanische und physiologische Barriere
Barriere:
* Gehrinkapillare von Endothelzellen abgedichtet
- Endothelzellen durch tight junctions abgedichtet → verhindern Übertritt größerer Moleküle oder Proteine von Blutkapillaren in Neurone
- Astrozytfortsatz (Astrogliazellen) umgibt Gehirnkapillare & schleust benötigten Substanzen über selektiven Transport von Endothelzellen
Wie können elektrische Messungen einzelner Kanäle durchgeführt werden?
EInzelkanalableitungen per Mikropipette (patch clamp)
Welche Messverfahren für intrazelluläre Potentiale kennen Sie? Was sind die wichtigen Unterschiede?
Ganzzellmessung mittels Mikropipette (mit Dialyse der Zelle)
scharfe Mikroelektrode (wird im Membran gerammt)
Wie können synaptische Ca-Signale gemessen werden?
mittels synthetischer oder genetisch kodierbarer Calciumindikatoren (GCaMP aus GFP, Calmodulin & M13)
gekoppelt mit Fluoreszenzfarbstoffen
Indikatoren reagieren auf Ca-Bindung mit Veränderung der Helligkeit
Ca2+ in jeder Nervenzelle, Konzentrationsänderung durch elektrische Signale