Neurophysiologie_Übungsfragen Flashcards
Was versteht man unter der Neuronendoktrin?
- das Gehirn besteht aus diskreten Recheneinheiten (einzeln autonom, physisch getrennt), die untereinander über chemische Synapsen in Verbindung stehen (und wie später auch bestätigt über elektrische Synapsen)
- maßgeblich für die Formulierung der Neuronendoktrin war der Befund der Golgi-Färbung von neuronalem Gewebe
Welche der folgenden Aussagen treffen für den anterograden Vesikeltransport in einer Nervenzelle zu?
a) Die Vesikel werden von der Synapse zum Soma transportiert
b) Kinesin bildet den molekularen Motor
c) Die Transportgeschwindigkeit kann 200mm/d und mehr betragen
d) Mikrofilamente bilden die Leitschienen für den Transport
e) Es werden nur Transmitter und Neuropeptide transportiert
a) Nein, vom Soma zur Synapse
b) Ja
c) Ja
d) Nein, Mikrotubuli bilden die Leitschiene für den Transport
e) Nein, auch Wachstumfaktoren, Bausteine, Neuropeptide
Was Aufgabe hat die Blut-Hirn-Schranke und durch welche Barrieren wird sie gebildet?
- konstante Umgebungsverhältnisse und Konzentration von Proteinen und Ionen
- Abschirmung zum Blutsystem um Störfaktoren auszugrenzen und trotzdem mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt werden
- Schranke:
- 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
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 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
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
Nernstschte Gleichung Parameter
R = allgemeine Gaskonstante
T = absolute Temperatur in Kelvin
F = Faradaysche Konstante
P = Permeabilität (= Leitfähigkeit, invers zu Widerstand)
[Konzentration] K = Kalium, Na = Natrium, Cl = Chlorid
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
Welche Formel ist für die Berechnung des Potentials einer Ionensorte mit der Nernst-Gleichung relevant?
58 mV*log([K] außen/[K] innen) = xy mV
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 (T), Gaskonstante (R), Faraday-Konstante (F)
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 Übertragungsfrequenz
- 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 (rm) = Membranwiderstand (Permeabilität) → optimierbar durch Isolation mittels Myelinisierung und Reduktion der Ionenkanalzahl
- vom Längswiderstand (rlr) (entsprechend des Durchmessers) → optimierbar mittels Durchmessererhöhung (Riesenaxone)
- λ= √ (rm/rl)
[1] Was versteht man unter zeitlicher und räumlicher Summation in einer Nervenzelle?
[2] Von welchen Größen hängen diese beiden Formen der Summation jeweils ab und
[3] 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.
- 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 (ballAndChain) 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
Was versteht man unter der Refraktärzeit eines Aktionspotentials? Wodurch wird sie bestimmt und welche Konsequenzen hat sie?
- Zeit nach dem Aktionspotential, in der das Neuron nicht erneut erregbar ist
- absolut (0,5ms) begrenzt durch Kinetik der Natriumkanäle → müssen von inaktiv wieder in geschlossenen Zustand zurückkehren, bevor sie erneut geöffnet werden können
- –> Depolarisation ist nur durch ein starkes Signal möglich
- –> Zelle ist im Regelfall nicht erregbar
