Neuron Flashcards
Wie entsteht die elektrische Aktivität in Zellen?
Wozu dient dient das?
Abgestufte Spannungsänderung durch selektive Änderung der Permeabilität für bestimmte Ionen
Schnelle Generierung von Signalen (unabhängig von Enzymaktivität) Schnelle Signalweitergabe (unabhängig von Diffusion)
Wie sehen die Konzentrationsgradienten von Kalium, Natrium, Calcium und Chlorid intra- und extrazellulär aus?
Kalium
- intrazellulär: 140 mM
- extrazellulär: 4,5 mM
Natrium
- intrazellulär: 14 mM
- extrazellulär: 145 mM
Calcium
- intrazellulär: 0,0001 mM
- extrazellulär: 2,25 mM
Chlorid
- intrazellulär: 10 mM
- extrazellulär: 150 mM
Wie sieht die Nernst-Gleichung aus?
E = - ( RT / zF ) * ln ( ci / ca )
Wie hoch ist das Gleichgewichtspotential von Kalium?
- 90 mV
Wie hoch ist das Gleichgewichtspotential von Natrium?
+ 60 mV
Wie hoch ist das Gleichgewichtspotential von Calcium?
+ 120 mV
Wovon sind die Gleichgewichtspotentiale abhängig?
Gleichgewichtspotentiale sind abhängig vom Konzentrationsgradienten!
Was stellt die Nernst-Gleichung dar?
- zeigt die Vergleichbarkeit von chemischen und elektrischen Triebkräften
- sagt nichts über das aktuelle Potential
- ermöglicht die Berechnung des Gleichgewichtspotentials und von Konzentrationsverhältnissen
Was für ein Potential entsteht wenn Kalium aus der Zelle diffundiert?
Es entsteht ein negatives Potential
Beachte:
Kaliumkonzentrationen ändern sich dadurch nicht!!!
(Gleichgewichtspotential bei -90 mV)
Was für ein Potential entsteht, wenn Natrium in die Zelle diffundiert?
Es entsteht ein positives Potential
Gleichgewichtspotential bei +60 mV
Was beinhaltet die Goldman-Hodgkin-Katz Gleichung?
Sie beinhaltet auch die Permeabilität und gibt somit Auskunft über das aktuelle Potential
Wie groß ist das Ruhemembranpotential?
Ruhemembranpotential: - 70 mV
Wovon hängt das Ruhemembranpotential ab?
Potential hängt vom Verhältnis der Membranpermeabilität für die verschiedenen Ionenkanäle ab
Was passiert bei Depolarisation und Hyperpolarisation mit den Leitfähigkeiten für Natrium und Kalium?
Depolarisation
- Natriumleitfähigkeit ist erhöht
- Kaliumleitfähigkeit ist erniedrigt
Hyperpolarisation
- Natriumleitfähigkeit ist erniedrigt
- Kaliumleitfähigkeit ist erhöht
Was sind die Grundlagen zum Ruhemembran- und Aktionspotential?
- Vorraussetzung sind Konzentrationsgradienten (durch aktiven Transport erzeugt)
- das Potential hängt bei gegebenen Gradienten von der Ionenpermeabilität der Membran ab
- in Ruhe liegt Ruhemembranpotential am K-Gleichgewichtspotential (nahezu selektive Leitfähigkeit für K+)
- eine schnelle Umpolung (Depolarisation) ist möglich durch Anstieg der Na-Leitfähigkeit
- bei Auslösung von Aktionspotentialen bleiben die Konzentrationsgradienten nahezu unverändert
Wodurch können Ionenkanäle aktiviert werden?
- Membranspannung
- Liganden (Transmitter, sec. Messenger)
- mechanische Kräfte (Zug, Druck)
- Temperatur
Getriggertes Hin- und Herspringen zwischen verschiedenen Konformationen (Tormodell)
Wodurch kommt die Selektivität von Ionenkanälen zustande?
Durch den molekularen Aufbau von Ionenkanälen
Hydratisierungszustand der Ionen wird simuliert bzw. angeboten; das Ion kann sein Wasser abstreifen
Wofür sorgt die Anlegung einer Spannung an einer Membran?
Anlegen einer Spannung induziert einen Strom über den Ionenkanal (Patch-Clamp)
Welche Informationen liefert die Strom-Spannungskurve?
Umkehrpotential (Schnittpunkt mit der x-Achse für Spannung in mV)
Leitfähigkeit der Membran (Steigung der Kurve - verhält sich nach dem Ohm´schen Gesetz: Leitfähigkeit = Kehrwert des Widerstands)
Ohm´sches Gesetz: der Strom steigt proportional mit der Spannung (linear)
Was ist das Umkehrpotential?
Umkehrpotential = Gleichgewichtspotential des Ions, das durch den Kanal strömt
Wie verhält sich die Kurve zur Offenwahrscheinlichkeit eines Ionenkanals?
Die Kurve zeigt einen sigmoidalen Verlauf bedingt durch die Anzahl der Ladungen am Spannungssensor des Kanals
(je mehr Ladungen am sensor, desto steiler wird der sigmoidale Bereich, desto genauer schaltet der Kanal)
Wie funktioniert das spannungsabhängige Öffnen von Kanälen?
Bestimmte Segmente enthalten geladene Aminosäuren, die mit dem Tor verbunden sind
Diese Ladung wird durch Depolaristion bzw. Repolarisation verschoben und dadurch das Tor geöffnet
Beim spannungsabhängigen K-Kanal sitzen 4 positiv geladene Arginine im S4-Segment
Wie sieht der molekulare Aufbau eines spannungsabhängigen K-Kanals aus?
- der Kanal besteht aus 8 Untereinheiten (Heterooktamer: 4a, 4ß)
- jede a-Untereinheit hat 6 transmembranäre Segmente
- Segment 4 trägt den Spannungssensor
- Segment 5 und 6 bilden die Pore mit dem Selektivitätsfilter
- die ß-Untereinheit verleiht dem Kanal spezifische Eigenschaften (z.B. Inaktivierungsverhalten)
Wie ist ein spannungsabhängigen Na-Kanal molekular aufgebaut?
- besteht aus 3 Untereinheiten (Heterotrimer: a, ß1, ß2)
- die a-Untereinheiten besteht aus 4 Domänen mit je 6 transmembranären Segmenten
- Segment 4 trägt den Spannungssensor
- Segment 5 und 6 bilden die Pore mit dem dazwischenliegenden Selektivitätsfilter (Pore-Loop)
Wie ist ein spannungsabhängigen Ca-Kanal molekular aufgebaut?
- besteht aus 5 Untereinheiten (Heteropentamer: a1, a2, ß, y, d)
- die a1-Untereinheiten ist mit der a-Untereinheiten des Na-Kanals vergleichbar (4 Domänen mit je 6 transmembranären Segmenten und porenbildenden Anteilen)
Wozu dient ein Aktionspotential?
Dient der Informationsweiterleitung innerhalb eines Neurons, was dann auf das nächste Neuron übertragen wird
Welche 3 Kanäle lassen ein Aktionspotential entstehen?
KIR (einwärts gleichrichtender K-Kanal)
NaV (spannungsabhängiger Na-Kanal)
KV (spannungsabhängiger K-Kanal)
Was sorgt für das Ruhemembranpotential einer Zelle?
Natrium-Kalium-Pumpe
KIR erzeugt K-Leitfähigkeit der Membran und hält die Zelle in der Nähe des Kaliumgleichgewichtspotentials (Ruhemembranpotential)
Was passiert während der Depolarisation eines Aktionspotentials?
Der depolarisierende Reiz depolarisiert die Zelle partiell.
Hierdurch wird der KIR-Kanal durch intrazelluläre Spermine und Magnesium blockiert, wodurch die K-Leitfähigkeit sinkt,
Andererseits werden die NaV-Kanäle geöffnet (Schwellenpotential)
Es entsteht eine relativ selektive Leitfähigkeit der Membran für Na, wodurch Na getrieben von der negativen Ladung der Zelle und dem chemischen Gradienten in die Zelle strömt
Die Zelle nähert sich dem Na-Gleichgewichtspotential an
Was geschieht während der Repolarisation eines Aktionspotentials?
NaV-Kanal wird zeitabhängig geschlossen (bleibt geschlossen und ist nicht zu aktivieren)
KV-Kanal wird durch initiale Depolarisation geschaltet, öffnet aber langsamer als der NaV-Kanal, K-Leitfähigkeit kommt daher verspätet
Rückführung des Membranpotentials zum K-Gleichgewichtspotential
Was geschieht während der Hyperpolarisation eines Aktionspotentials?
Überschießende Repolarisation fast zum K-Gleichgewichtspotential
Langsame Schließung der KV-Kanäle
Durch negative Spannung werden KIR-Kanäle wieder geöffnet und sorgen für die Stabilisierung des Ruhemembranpotentials
Warum geht das Aktionspotential nicht bis zum Na-Gleichgewichtspotential?
Das liegt an der zeitlichen Inaktivierung des Na-Kanals nach der spannungsabhängigen Aktivierung
Der NaV-Kanal schaltet schneller als der KV-Kanal
Wie ist die Information in den APs kodiert?
Abgestufte Aktionspotentiale sind nicht möglich, daher wird die Information frequenzcodiert (nicht durch die Amplitude)
Durch welche Substanzen können Na- und K-Kanäle blockiert werden?
Na-Kanalblocker: Tetrodotoxin
K-Kanalblocker: Tetraethylammonium
Welche Parameter bestimmen, ob ein AP ausgelöst wird?
Das Produkt aus Dauer und Stärke des Stimulus determiniert, ob ein AP ausgelöst wird
Was bedeutet Rheobase?
Minimale Intensität zur Auslösung eines APs
Was bedeutet Chronaxie?
Notwendige Dauer eines Stimulus von doppelter Rheobasen-Intensität zur AP-Auslösung
Was ist die Refraktärperiode?
Absolute Refraktärperiode ist bedingt durch Inaktivierung der NaV-Kanäle
Relative Refraktärperiode beginnt, wenn die NaV-Kanäle wieder in den geschlossen Aktivierungen Zustand kommen
Was für einen Einfluss hat Calcium auf die Na-Kanäle?
Mit abnehmender Ca-Konzentration verschiebt sich das Schwellenpotential des Na-Kanals zu negativeren Werten
(Calcium „puffert“ durch Bindung an extrazelluläre Glykoproteine das transmembranäre elektrische Feld, welches die Na-Kanäle Sensen.)
—> Sensibilisierung des Na-Kanals
—> Tetanie bei Hypocalcämie
Was für ein Kanal ist der CFTR und welche Krankheit kann durch dessen Mutation entstehen?
CFTR ist ein Chloridkanal
Transmitter (ionotrope Rezeptoren):
- Glycin-Rezeptor
- GABA-Rezeptor
Mukoviszidose bedingt durch Mutation
Was ist die Membranlängskonstante?
—> Längskonstate Lambda ist direkt proportional zur Wurzel des Durchmessers und zum Membranwiderstand
Was ist die Membranzeitkonstante?
Zeitkonstante Tau ist direkt proportional zum Membranwiderstand und zur Membrankapazität (unabhängig vom Durchmesser)
Tau = R (Widerstand) * C (Kapazität)
Tau ist die Zeit, in der 63% der Maximalspannung erreicht werden
Wie berechnet sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Aktionspotentials?
V = lambda (Längskonstante) / Tau (Zeitkonstante)
Der Anstieg der Geschwindigkeit bei Änderung von Durchmesser und Myelinisierung ist nur bedingt durch die Zunahme von Lambda, während Tau konstant bleibt
Lambda: Wurzel aus R*d
Tau: R * C
Was bewirkt eine Myelinisierung von Neuronen?
Myelinscheiden erhöhen den Membranwiderstand und senken die Membrankapazität
—> Tau bleibt unverändert (R * C)
—> Lambda (Längskonstante) wird vergrößert, wodurch die Leitungsgeschwindigkeit erhöht wird
Was ist die saltatorische Erregungsleitung?
APs werden nur dort ausgelöst, wo die Membran nicht isoliert ist (Ranvier´sche Schnürringe)
Zwischen den Schnürringen liegende Areale, sog. Internodien, breitet sich AP nur passiv (elektrotonisch) aus, da sie isoliert sind
Wie ist ein nikotinischer ACh-Rezeptor aufgebaut?
- 5 Untereinheiten mit ähnlichem Aufbau (a, ß, y/e, d)
- 4 transmembranäre Segmente
- M2 Segment ist an der Porenbildung beteiligt
- ACh bindet zwischen a- und benachbarten Untereinheit (benachbarte Untereinheit sorgt für differentielle Aktivierung bzw. Inhibition durch Agonisten bzw. Antagonisten)
Wie kommt der unspezifische Kationeneinstrom zustande?
Kommt zustande durch eine unspezifische Leitfähigkeit für Na und K, erkennbar am Umkehrpotential bei ca. -10 bis 0 mV
Verhältnis der Leitfähigkeiten für K : Na ist 11:10
Wofür sorgt Curare am Nerven?
Curare ist ein kompetitiver Antagonist am postsynaptischen Rezeptor
Minderung des Endplattenpotentials
Welche Hemstoffe verhindern die Spaltung von ACh zu Cholin?
Insektizide
Kampfgase (Sarin)
Neostigmin, Physostigmin
Eserin (Gegenspieler zu Curare) erhöht das EEP wieder
Was unterscheidet eine erregende und eine hemmende Synapse?
Erregende Synapse:
- Umkehrpotential des Kanals oberhalb der Schwelle
Hemmende Synapse
- Umkehrpotential des Kanals unterhalb der Schwelle
Wie wird das Neuron durch Noradrenalin moduliert?
In Anwesenheit von Noradrenalin führt der Stimulus zu einer verstärkten Antwort (Aktionspotentialfrequenz)
—> Neuron ist „aufmerksamer“ geworden
Noradrenalin vermindert die Offenwahrscheinlichkeit der K-Kanäle (durch G-Protein induzierte Phosphorylierung)
—> Depolarisation ist erleichtert
Aus welcher Aminosäure wird Dopamin hergestellt?
Aus Tyrosin
Aus welcher Aminosäure wird Serotonin gebildet?
aus Tryptophan
Was ist ein ionotroper Rezeptor?
Ein ligandengesteuerter Ionenkanal
- direkte Steuerung des Ionenkanals
- schnelle Übertragung (ms Bereich)
Was ist ein metabotroper Rezeptor?
G-Protein-gekoppelter Rezeptor
G-Protein vermittelte Steuerung von
- Ionenkanälen
- intrazelluläre Signalkaskaden
- verzögerte, anhaltende Übertragung (100 ms - s Bereich)
Welche ionotropen Glutamatrezeptoren gibt es?
- AMPA
- NMDA
- Kainat
Was unterscheidet die Rezeptoren AMPA und NMDA voneinander?
AMPA
- desensitiviert schnell (schnelles Schließen des Kanals)
- Na- und K-Permeabilität
- nur ligandenabhängig
NMDA
- Mg2+ Block, blockiert die Pore bei niedrigen Potentialen und wirst erst bei stärkerer Depolarisation herausgetrieben
- lässt auch Ca permeieren (Ca-Anstieg nur bei vordepolarisierter Zelle)
- schaltet langsamer und steht länger offen (langsames Gating)
Was sind die Eigenschaften das GABA A/C -Rezeptors?
- Chloridkanal mit einhergehender Hyperpolarisation
- inhibierend
- Heteropentamere
- im Gehirn
Was sind die Aktivatoren und Hemmer des GABA A/C -Rezeptors?
Aktivatoren:
- Barbiturate (Öffnungsdauer erhöht) ->Schlafmittel
- Benzodiazepine (Öffnungsfrequenz erhöht) -> Angstlöser
Hemmer:
- Bicucillin
- Picrotoxin
- Ethanol
Was sind die Eigenschaften des Glycin-Rezeptors?
- v.a. Im Rückenmark
- Heteropentamer
- inhibierend (an Motoneuronen)
- Chloridkanal
Was sind Hemmer für den Glycin-Rezeptor?
- Strychnin (Rezeptorblockade)
- Tetanustoxin (präsynaptisch, Hemmung der Glycinfreisetzung)
—> tetanische Krämpfe, durch Überaktivität der Motoneurone
Wofür sorgt das Botulinustoxin?
Hemmung der Transmitterfreisetzung an Cholinergen Synapsen
—> Schlaffe Lähmung
Welches sind ionotrope Rezeptoren?
AMPA, NMDA, Kainat —> Glutamat
Nikotinisch —> ACh
GABA A/C —> GABA
Glycin
Serotonin und Purine
Was geschieht beim metabotropen Glutamatrezeptor?
Glutamat aktiviert ein G-Protein, welches die Phospholipase C aktiviert (PLC)
Calcium wird aus intrazellulären Speichern freigesetzt
Was geschieht beim metabotropen GABA B-Rezeptor?
Ist verschaltet mit einem G-Protein, dessen Beta/Gamma-Untereinheit einen K-Kanal öffnet was zu einer Hyperpolarisation führt
Wie funktioniert die zeitliche Summation an einer Synapse?
Ein EPSP nimmt mit der Membranzeitkonstante erst langsam wieder ab (Aufladung des Kondensators).
So können mehrere kurz hintereinander ausgelöste Ströme zu einer Aufsummierung des Potentials führen
Wie funktioniert die räumliche Summation?
An verschiedenen Orten erregende Synapsen, summieren ihre Potentiale am Axonhügel auf
Aufgrund der Abnahme der elektrotonischen Potentialänderung mit der Strecke, sind nah liegende Synapsen wichtiger
Wie hängen EPSP und AP-Frequenz zusammen?
Je höher das EPSP desto höher die AP-Frequenz
(Hohe EPSP können früher in der relativen Refraktärzeit erneut ein AP auslösen —> hohe AP-Frequenz
Was machen inhibitorische Synapsen am Soma/Dendriten?
Erhöhung der Leitfähigkeit für Chlorid (Glycin/GABA A/C) oder Kalium (GABA B)
Erniedrigung des Membranwiderstandes (Hyperpolarisation und Kurzschlussstrom)
