Prinzipien der Signalweitergabe Flashcards
Nenne die wichtigsten Aspekte von Hormonen. Wie wirken sie, in welche Gruppen lassen sie sich einteilen?
Hormone sind Botenstoffe, die der Regulation vieler verschiedener Körperfunktionen dienen. Hormone werden von spezialisierten Zellen gebildet und in den Körperkreislauf (meist ins Blut) abgegeben.
Ihre Wirkung entfalten sie meist, indem sie die Transkription (Ablesen der DNA) beeinflussen und somit bestimmen, welche Proteine vermehrt oder vermindert produziert werden. Schon kleinste Mengen an Hormonen haben meist eine spürbare Wirkung.
Grob unterteilen lassen sich Hormone in Peptidhormone und Steroidhormone.
Nenne die wichtigsten Eigenschaften von Peptidhormonen.
Peptidhormone bestehen aus Aminosäuren, sind in Wasser gut löslich, in Fett aber nicht. Dadurch können Peptidhormone zwar gut im Blut transportiert werden, können aber nicht die Doppellipidschicht der Zellmembran durchdringen. Sie müssen an Rezeptoren außerhalb der Zelle andocken.
Um eine Wirkung auf die Transkription auszuüben, muss das Signal dann vom Rezeptor bis zum Zellkern gelangen, hierfür sind sogenannte „Second Messenger“ (zweite Botenstoffe) nötig. Das Hormon außerhalb der Zelle ist der „First Messenger“.
Durch das Andocken des Hormons am Rezeptor werden auf der Zellinnenseite des Rezeptors Prozesse in Gang gesetzt, die z.B. Calcium aus dem glatten ER freisetzen oder sogenanntes cAMP (cyclisches Adenosinmonophosphat) bilden.
Die Second Messenger wie Calcium oder cAMP sind dann also die zweiten Botenstoffe die durch das Hormon (erster Botenstoff) in der Zelle ausgeschüttet werden und sorgen dafür, dass weitere Signalwege in Gang gesetzt werden und das Signal am Ende den Zellkern erreicht und die Transkription beeinflusst.
Nenne die wichtigsten Eigenschaften von Steroidhormonen.
Steroidhormone haben die Struktur von Steroiden, einer Stoffklasse der Lipide. Steroide bestehen aus mehreren Ringsystemen und sind gut fettlöslich, aber schlecht wasserlöslich.
Cholesterin zählt zu den Steroiden und bildet meist die Grundlage für die Bildung von Steroidhormonen wie Testosteron, Östrogen oder Cortisol.
Im Blut sind sie schlecht löslich und müssen daher dort an Proteine für den Transport gebunden werden. Durch ihre Fettlöslichkeit können sie aber die Zellmembran gut durchdringen und in der Zelle an Rezeptoren andocken, die dann die Transkription von bestimmten Genen beeinflussen.
Die Steroidhormonrezeptoren sind also im Zytoplasma und wandern nach Bindung des Hormons in den Zellkern. Steroidhormone benötigen deswegen i.d.R. keine Second Messenger!
Beschreibe den hormonalen Regulationsmechanismus des Hypothalamus allgemein und am Beispiel von Cortisol.
Es wird vom Hypothalamus ein Hormon produziert, welches in der Hypophyse dafür sorgt, dass dort ein anderes Hormon produziert wird, welches dann im betreffenden Organ dafür sorgt, dass das gewünschte Hormon produziert wird.
Die Hormone, die am Ende freigesetzt werden, hemmen dann selbst die Hypophyse und den Hypothalamus, sodass nicht zu viel Hormone produziert werden, es gibt also eine negative Rückkopplung.
Cortisol: Der Hypothalamus produziert CRH, die Hypophyse setzt daraufhin ACTH frei, die Nebenniere daraufhin Cortisol.
Nenne die wichtigsten Unterschiede von Peptid- und Steroidhormonen.
Peptidhormone sind hydrophil und lipophob, können daher im Blut gelöst werden, aber nicht durch die Zellmembran dringen, benötigen also einen second-messenger.
Steroidhormone sind lipophil und hydrophob, sind im Blut also auf einen Transporter angewisen, können dafür aber in die Zelle eindringen und benötigen keinen second-messenger.
Die Wirkung von Steroidhormonen hält i.d.R. länger an als die von Peptidhormonen.
Definiere das Membranpotential.
Das Membranpotenzial, auch Membranspannung, ist die Spannung, die man zwischen intrazellulärer (innerhalb der Zelle) und extrazellulärer Seite (außerhalb der Zelle) misst. Wenn man ein Spannungsmessgerät hat und mit der einen Elektrode in die Zelle sticht, die andere Elektrode außerhalb der Zelle platziert, misst man, dass das Zellinnere gegenüber Außen negativ geladen ist.
Es kommt dadurch zustande, dass die Zellmembran im Ruhezustand nur für Kalium permeabel (durchlässig) ist. Bei einer selektiv permeablen Membran, die nur eine Art von Ionen durchlässt, werden die K+ Ionen durch die chemische Triebkraft auf die Seite der geringeren Konzentration getrieben.
Je mehr K+ aber auf die andere Seite strömt, desto stärker positiv wird die Seite wo die K+-Ionen hinströmen und desto negativer wird die Seite wo sie wegströmen. Dadurch werden die positiven K+-Ionen irgendwann am weiteren Ausströmen gehindert und wieder auf die (jetzt) negative Seite gezogen.
Es stellt sich ein Gleichgewicht ein, wo die chemische Triebkraft, die die K+-Ionen heraustreibt, gleich groß ist wie die elektrische Triebkraft, die sie hineintreibt. Die Spannung, die sich bei diesem Gleichgewicht einstellt, bezeichnet man als „Gleichgewichtspotenzial“, sie liegt ca. -70 mV.
Beschreibe die Konzentrationsgradienten der Ionen im Ruhepotential.
Kalium ist innerhalb der Zelle deutlich mehr vorhanden, Natrium und Chlorid sind außerhalb der Zelle deutlich mehr vorhanden.
Wieso kann nur Kalium die Zellmembran im Ruhezustand passieren?
Für den Kaliumausstrom im Ruhezustand der Zelle sind bestimmte Kaliumkanäle verantwortlich.
Wozu dient die Natrium-Kaliumpumpe der Zellmembran?
Die selektive Permeabilität für Kalium ist nicht perfekt, es kommen auch immer wieder im Ruhezustand ungewollt Natriumionen in die Zelle, die aktiv (unter Energieaufwand) wieder nach außen transportiert werden müssen. Dafür sorgt die sogenannte Natrium-Kalium-Pumpe oder auch „Natrium-Kalium-ATPase“ (weil sie für ihre Funktion ATP spaltet und daraus Energie gewinnt).
Sie ist durchgehend aktiv und befördert pro „Umlauf“ 2 Kaliumionen in die Zelle und 3 Natriumionen aus der Zelle heraus.
Weil sie dabei gegen die Ionenkonzentration arbeitet und auch den elektrischen Gradienten (Triebkraft) weiter verstärkt, indem sie 3 positive Ladungen heraustransportiert und nur 2 hinein, in Summe also das Zelläußere noch positiver macht, benötigt sie dafür Energie in Form von ATP.
Was ist ein Aktionspotential?
Ein Aktionspotenzial ist eine charakteristische Abweichung des Ruhemembranpotentials in Nervenzellen. Aber auch andere Zellen, wie Muskelzellen, können so erregt werden.
Wie kommt es zu einer Änderung des Ruhepotentials?
Die Dendriten nehmen Reize auf, die auf die Nervenzelle übertragen werden. Hierbei werden meist Ionenkanäle geöffnet, wodurch je nach Kanaltyp positive oder negative Ionen in die Nervenzelle einströmen. Dadurch ändert sich das Ruhemembranpotential der Nervenzelle.
Wenn über die Dendriten erregende Signale empfangen werden, strömen positive Ionen (Kationen) ein, das Membranpotenzial wird positiver (weniger negativ), da positive Ladungen in die negative Zelle einströmen.
Hemmende Signale würden durch Einstrom von Anionen die Zelle noch negativer werden lassen.
Beschreibe die Vorgänge während eines Aktionspotentials.
Durch den Einstrom von Kationen wird die Zelle positiver. Sind die erregenden Signale nicht stark genug, kehrt das Membranpotential wieder zum ursprünglichen Wert zurück. Sind sie aber ausreichend stark, wird die Zelle so positiv, dass bei ca. -55 mV die sogenannte „Schwellenspannung“, oder „Schwellenpotential“, erreicht wird.
Dann öffnen schlagartig spannungsgesteuerte Natriumkanäle der Nervenzelle und lassen Natrium in die Zelle einströmen, das Membranpotential wird immer positiver, man spricht von einer Depolarisation. Das Membranpotenzial wird sogar kurzzeitig positiv.
Nach kurzer Zeit schließen die Natriumkanäle wieder, dafür öffnen spannungsgesteuerte Kaliumkanäle, wodurch Kalium aus der Zelle herausströmt, sie wird wieder negativ, man spricht von Repolarisation. Sie wird sogar kurzzeitig ein wenig negativer als vorher, was man als Hyperpolarisation bezeichnet.
Danach sind wieder nur die „normalen“ Kaliumkanäle geöffnet, die im Ruhezustand offen sind. Sie sind spannungsunabhängig.
Die Natrium-Kalium-Pumpe sorgt dafür, dass die ursprüngliche Ionenkonzentration wiederhergestellt wird. Beim Aktionspotenzial wechseln aber tatsächlich nur wenige Ionen die Seiten.
Wie lange dauert ein Aktionspotential?
Das gesamte Aktionspotenzial dauert ca. 1-2 ms.
Was beschreibt die Refraktärzeit? In was lässt sich diese unterteilen?
Da die spannungsgesteuerten Natriumkanäle nach einem Aktionspotenzial nicht sofort wieder aktivierbar sind, gibt es eine sogenannte Refraktärzeit, in der kein neues Aktionspotenzial auslösbar ist.
Die Refraktärzeit lässt sich in absolute Refraktärzeit und relative Refraktärzeit unterteilen.
In der absoluten Refraktärzeit kann definitiv kein neues Aktionspotenzial stattfinden, egal wie stark der Reiz ist.
In der relativen Refraktärzeit kann bei sehr starkem erregenden Reiz ein etwas kleineres Aktionspotenzial stattfinden, da einige Natriumkanäle wieder aktivierbar sind, aber nicht alle.
Was zeichnet eine hohe Reizstärke bei Aktionspotentialen aus?
Dadurch, dass das Aktionspotenzial immer gleich groß ist (abgesehen während der relativen Refraktärzeit), können Reizstärken nicht über die Stärke eines Aktionspotenzials, sondern nur über die Frequenz, also der Häufigkeit von Aktionspotenzialen in einer Zeitspanne, bestimmt werden.
