Themenblock 3

Question 1

63. Neurotransmitter II: Acetylcholin und katecholamine (Bedeutung, Biosynthese, Abbau, Rezeptoren, Hemmstoffe)

ACH - Biosynthese und Abbau

Answer 1

a) Biosynthese:
- In Nervenendigungen mgl → rasche Auffüllung der Vesikel

• ACh entsteht aus Acetyl-CoA und Cholin
• Acetyl-CoA in Mitochondrien am Axonende, durch Cholin-Acethyltransferase an Cholin gekoppelt
• Es entstehen ACh + CoA
• Bei Depolarisation → beschleunigte Cholinaufnahme (in Ruhe blockiert durch Hemicholinium)

b) Abbau und Eliminierung
- ACh-Esterase spaltet unter Mithilfe von H2O ACh → Acetat + Cholin

• Wiederaufnahme des Cholins in präsynaptisches Neuron

Question 2

63.1 Acetylcholin - Rezeptoren

Answer 2

Nikotinische Rezeptoren (N1 + N2) → ligandgesteuerte Kationenkanäle (Na+, Ca2+-Einstrom)

• N1 (an motor. Endplatte) EPP AP Muskelkontraktion
• N2 (prä-/postggl. Vegetat. Neuronen) Depolarisation AP

Muscarinische Rezeptoren: (M1-M5)

• Wirkungsort:
• M1 → Gehirn (Hypocampus, Cortex), psy innervierte Endorgane
• M2 → Myocard, Hirnstamm
• M3 → gl. Muskelzellen, exokrine Drüsen, Belegzellen Magen, Cortex
• M4 → Neostriatum
• M5 → Substantia nigra
• Wirkmechanismus:
• M2 + M4 → cAMP ↓ + Öffnung von K+-Kanälen
• M1,3,5 → IP3 / DAG- Kaskade
• Wirkung:
• M3 → Magensaftsekretion ↑, Kontrak on der gla en Muskulatur
• M2 → negative Trop-Wirkung am Herz
• M1 → Aktivität der psy innervierten Organe ↑
• Permissive Wirkung an Blutgefäßen: Dilatation durch NO-Freisetzung aus Endothelzellen

Question 3

Hemmstoffe für Acetylcholin

Answer 3

• Hexamethonium → spez. für N2-ACh-Rezeptoren in autonomen Ggl. (nicht an nik. Rez. motor. EP → N1)
• Atropin → blockiert ACh-Rezeptoren
• Botulinustoxin → präsynaptische Hemmung d. N-Rezeptoren (keine Depolarisation = Muskelrelaxans)
• Curare → postsynaptische hemmung d. N-Rezeptoren (keine Depolarisation = Muskelrelaxans)
• Α-Bungarotoxin → postsynaptische Hemmung d. N-Rezeptoren (irreversibel)
• Succinylcholin → ACh-Agonist: postsynaptische Dauerdepolarisation

Question 4

63.2 Katecholamine

Biosynthese

Answer 4

Im Nebennierenmark (modifizierte postggl. Neuronen)

Question 5

Noradrenalin und Adrenalin - Vorkommen, Rezeptoren und Abbau

Answer 5

Vorkommen: postggl. symp. Neurone, Hypothalamus, Substantia nigra

Abbau:

Adrenalin:

• Adrenalin mittels COMT + SAM zu Metanephrin
• Metanephrin mittel MAO-A/B zu 3-Methoxy-4-Hydroxy-Mandelsäurealdehyd
• weiter zu Vanillinmandelsäure mittels Aldehyd-DH

Noradrenalin:

• Wiederaufnahme ins Neuron → Abbau durch MAO-A
• Aufnahme in Effektorzelle → Abbau durch COMT und MAO

Question 6

Dopamin - Vorkommen, Rezeptoren, Wirkung, Abbau

Answer 6

• Vorkommen: v.a. in Substantia nigra
• Rezeptoren alle G-Protein-gekoppelt
• D1+5 cAMP↑
• D2-4 cAMP↓
• Wirkung:
• D1 → stimulierend auf extrapyramidal-motor. System (fördert hemmende Neurone)
• D2 → hemmend auf extrapyramidal-motor. System (hemmt hemmende Neurone → Disinhibition)
• D3+4 → limbisches System (emotionale Reaktionen, Gedächtnis, Lernen)
• Hemmt Freisetzung von Prolaktin aus Hypothalamus (=Prolactin-release-inhibitinh-Hormon)
• Abbau:
• Wiederaufnahme in präsynaptische Nervenendigung → Abbau über MAO-B
• Extraneuraler Abbau über COMT (Cathechol-O-Methyl-Transferase)

Question 7

64. Molekulare Vorgänge der Photorezeption: Rolle von Retinol, Rhodopsin und die unterliegenden Signaltransduktionsvorgänge
65. 1 Photorezeptoren

Answer 7

64. 1. Photorezeptoren
       - Duplizitätstheorie:

• Skotopisches Sehen (Stäbchen)→ 500nm Maximum, keine Farben (Nachtsehen)
• Photopisches Sehen (Zapfen)→ 555nm, Farben, Hell/Dunkel (Tagessehen)
• Mesopisches Sehen → in Dämmerung, eingeschränktes Farbensehen
• Stäbchen (120 Millionen pro Auge)→ im parafovealen Bereich, hohe Lichtempfindlichkeit
• Zapfen (6 Millionen pro Auge)→ im Foveabereich, geringe Lichtempfindlichkeit
• Außenglieder in Membranscheiben und Membraneinfaltungen angeordnet → hier Sehfarbstoff
• Stäbchen → Rhodopsin (Opsin + 11-cis-Retinal)
• Zapfen → Zapfenopsine (auch mit 11-cis-Retinal)

Question 8

64.2 Phototransduktion

Answer 8

• Fototransduktionsprozess der Stäbchen:
• Im Dunkeln:
  
  • cGMP hält Kationen-Kanäle offen → Na+- und Ca2+-Einstrom
  • Dauerdepolarisation (Ruhepot. Stäbchen = -30mV) → Dunkelstrom
  • Depolarisation bewirkt vermehrte TM-Freisetzung (Glutaminsäure)
• Nach Belichtung:
  
  • Stereoisomerie durch Licht: 11-cis → All-trans-Retinal
  • Rhodopsin → Batho-R. -> Lumi-R. → Meta-R. I → Meta-R. II (R* = aktiviertes Rhodopsin)
  • R* aktiviert mittels GTP Transducin → aktiviert Phosphodiesterase → cGMP zu 5 ́GMP
  • cGMP ↓ → Schließung der Kationen-Kanäle → Hyperpolarisation → TM-Freisetzung ↓
• Fototransduktionsprozess der Zapfen:
• Ähnliche Vorgänge: auch Stereoisomerie von 11-cis-Retinal
• Unterschied → Schneller Antwort auf Lichtreize, aber mit geringerer Empfindlichkeit
• Drei Zapfentypen mit versch. Zapfenopsinen → versch. Absorptionsmaxima (420nm, 535nm, 565nm)

Question 9

64.3 Fotochemische Adaptation

Answer 9

• Für erneute Photoreaktion muss lichtunempfinliches All-trans-Retinal wieder zu 11-cis-Retinal
• Fotochemische Adaptation:
• Helladaptation (starker Lichteinfall) → All-trans-Retinal ↑ (Rhodopsin phosph. + inaktiviert)
• Dunkeladaptation (Aufenthalt im Dunkeln) → 11-cis-Retinal ↑ (Rhodopsin dephosph. + aktiv)
• Nach kurzer, heller Beleuchtung → >1h Resyntheseprozess
• Dunkeladaptation → Empfindlichtkeit steigt nach 30-50min um 10^6 – 10^7
• Regeneration von 11-cis-Retinal:
• Opsin bildet Komplex mit Rhodopsin-Kinase und Arrestin → all-trans-Retinal löst sich aus Opsin
• All-trans-Retinal wird in Pigmentepithel zu 11-cis-Retinal isomerisiert
• Bei starken Lichteinfall: all-trans-Retinal → all-trans-Retinol
  
  • Bindet extrazellulär an IRBP (interstit. Retinoid-bindendes Peptid) → zu Pigmentepithel
  • NAD+-abhängig zurück zu Retinal

⇒ 11-cis-Retinal bildet erneut Schiffsche-Base und verbindet sich mit Opsin = Rhodopsin

Question 10

65. Mechanismus der neuroendokrinen Regulation. Hormone des hypothalamisch-hypophysären Systems: Einteilung, Biosynthese, Wirkung, Stoffwechselsteuerung
66. 1 Hypothalamische kerngebiete - Neuropeptide

Answer 10

1. Regio anterior: Magnozelluläre Kerngebiete Ncl. supraopticus u. Ncl. paraventricularis

• Vasopressin / ADH
• Oxytocin

→ Transport in HHL, Neurosekretion ins Blut (anterograder, axonaler Transport)

2. Regio lateralis: Parvozelluläre Kerngebiete → hypophyseotrope Zone

• Releasing-Hormone (Liberine):
  
  • Somatotropin-RH (SRH) → Somatotropin (STH) steigt
  • Thyreotropin-RH (TRH) → TSH + PRL (prolaktin) steigt
  • Corticotropin-RH (CRH) → ACTH steigt
  • Gonadotropin-RH (GnRH) → LH und FSH steigt
• Inhibiting-Hormone (Statine):
  
  • Somatotropin-Release-IH → STH sinkt
  • Prolaktin-Release-IH (Dopamin) → PRL sinkt

→ Transport in HVL (hypophyse vorderlappen) über Pfortaderkreislauf (2 Kapillarnetze

• Regio posterior: übergeordnete Steuerzentren d. Sympathikus, thermointegrative zentren, Gedächnusbildung
• Enkephalin, Endorphin, VIP (vasoaktives intest. Peptid), Substanz P, usw.

Question 11

Hormone der Adenohypophyse

glandotrope hormone (auf drüse wirkend)

Answer 11

Question 12

65.2 Hormone der Adenohypophyse - Nicht-glandotrope Hormone

Answer 12

- Somatotropes Hormon (Wachstumshormon) → STH, GH

Biosynthese → Peptidhormon aus 191 AS (Abbau über Proteasen)

Rezeptor: Membranständiger Rezeptor mit JAK-Aktivität → STAT-Moleküle binden (veränd. Gentranskription)

Wirkung:

• Anaboles Hormon → Aufbau, Proteinbildung, v.a. Einbau in Muskel)
• Anti-Insulin-Wirkung (BZ↑)
• Konz. an freien Fettsäuren ↓
• Stimuliert Synthese von Somatomedinen

→ IGF I: DNA/RNA-Synthese↑, Proteinbiosynthese↑ (Knochenwachstum)

→ IGF II: ähnliche Wirkung, v.a. für intrauterines Wachstum

• Fördert Calcium und Phosphat-Resorption → Serum-Konz. + Einbau in Knochen ↑

Regelung:

• Somatoliberin → fördert Freisetzung
• Somatostatin → hemmt Freisetzung

- Prolaktin (PRL)

• Biosynthese: Peptidhormon aus 198 AS (Abbau durch Proteasen nach 50min)
• Wirkung:
  
  • Fördert Entwicklung der Brustdrüse, Milchproduktio, Bildung von Kasein,
  • Fördert Entwicklung der Gonaden, des Sexualsystems, des Immunsystems
  • Hemmt Ovulation
• Regulation:
  
  • SRH + TRH → Fördern Freisetzung
  • Dopamin → hemmt Freisetzung

Question 13

65.3 Hormone der Neurohypophyse

ADH

Answer 13

ADH (Adiuretin, Vasopressin)

• Biosynthese:
  
  • Präprohormon (im Hypothalamus) → Transport zu HVL mittels Neurophysin II
  • Während Transport enzymat. Umwandlung zu Oktapeptid (Abbau über Peptidasen nach 20-30min)
• Wirkung:
  
  • V1: IP3/DAG Vasokonstriktion (höhere Konz.)
  • V2: cAMP↑ AP2 in Hauptzellen (Sammelrohr), ENaC↑ (Hauptzellen), Harnstoffabsorp on
  • V3: IP3/DAG POMC↑ ACTH↑ (= Synergist zu CRH)
• Regelung: (Gauer-Henry-Reflex → VH-Dehnung)
  
  • ↑: zunehmende Blutosmolalität, Hypovolämie, Stehen, Schmerz, Niko n, Angiotensin II
  • ↓: abnehmende Blutosmolalität, Hypervolämie, Liegen, Alkohol

Question 15

65.3 Hormone der Neurohypophyse: Oxytocin

Answer 15

• Biosynthese:

• In magnozell. Kernen des Hypothalamus → axonaler Transport in HHL über Neurophysin I
• Peptidhormon aus 9 AS: Gly-Leu-Pro-Cys-Asn-Gln-Ile-Tyr-Cys (Disulfidbrücke zw. beiden Cys)

• Abbau:

• Halbwertszeit von wenigen Minuten → Ausscheidung über Leber u. Niere
• Oxytocinase (aus Plazenta während SS)

• Wirkung:

• Kontraktion der Uterusmuskulatur beim Geburtsvorgang
• Fördert beim Stillen Ejektion der Milch

• Regulation:

• Dehnung Uterus ↑ → weitere Kontraktion → mehr Dehnung (positives Feedback)
• Druck im Milchgang und Weinen des Kindes ↑

Question 16

66. Hormone der schilddrüse: biosynthse, Sekretion, Transport und Wirkungsmechanismen
67. 1 Hypothalamo-hypophysen-Schilddrüsen-System

Answer 16

TRH (Thyreotropin-RH)

• Pro-TRH → TRH (Synthese u. Sekretion im Hypothalamus unter noradrenerger Kontrolle)
• TRH stimuliert Biosynthese u. Sekretion von TSH und beeinflusst Sekretion von PRL
• Extrahypophysäre Effekte: Regeneration von Nervengewebe, Temperaturregulation
• TSH (Thyreotropin) → cAMP ↑
• Stimulation aller Schritte der Biosynthese und Sekretion der SD-Hormone
• Stimuliert Aufnahme von Iodid
• Beeinflusst Wachstum und Metabolismus des follikulären Epithels und erhöht Blutversorgung

Question 17

66.2 Hormone der SD: T3 und T4

Answer 17

• Speicherung extrazellulär im Kolloid des Follikels → an Thyreoglobin gebunden
• Hauptprodukt ist T4 (Verhältnis zu T3 = 20:1) → wirken negativ rückkoppelnd auf TRH + TSH
• Extrathyreoidale Deiodierung zu T3 mittels Deiodase (100fach aktiver als T4)
• Deiodase I → Leber, Niere, SD
• Deiodase II → Plazenta, ZNS, Hypophyse
• Teils fehlerhaft (rT3) → Deiodierung am 5‘ des inneren Rings
• Zwischen Follikeln liegen parafollikuläre C-Zellen → Calcitonin
• SD-Funktion von Iod-Zufuhr abhängig (RDA = 0,5 mg/d)

Question 18

66.3 Synthse und Freisetzung der SD-Hormone (ca 100microgram/tag)

Answer 18

1. Jodid-Trapping (Jodid-Pumpe)

• Aufnahme von Iodid an basolateraler Seite in Follikelzelle: Na+-Iodid-Symporter (NIS )→ sek. aktiv
• Hemmung durch: Perchlorat (ClO4-), Pertechnat (TcO4-), Thiocyanat (SCN-)
• Abgabe in Azinuslumen: I-/Cl–Antiport (=Pendrin)

2. Jodid-Oxiddation → Entstehung von Iod-Atomen (I2) mittels membranständiger Thyreoperoxidase
3. Synthese von Thyreoglobulin

• Glykoprotein (660kDa) → besitzt in großer Anzahl Tyrosin
• Ribosomale Eiweißsynthese in Epithelzellen

4. Exozytose ins Lumen
5. Iodierung der Tyrosin-AS → mittels Thyreoperoxidase zu Mono- oder Diiodtyrosin entstehen (MIT + DIT)
6. Kondensation → 2 iodierte Tyrosinketten (im Lumen)

• 2x DIT → T4
• DIT + MIT → T3 (erst Mono dann Di = reverse T3 → keine Wirkung; erst Di dann Mono = normal)

7. Pinozytose des Kolloids → iodiertes Thyreoglobulin ist SD-Hormonspeicher im Kolloid
8. Proteolyse → erfolgt nach Bindung von TSH an Rez. des SD-Zellen

• Thyreoglobulin per Endozytose in Follikelzellen → Abbau mittels Lysosomen/ Phagolysosomen
• Freisetzung von T3 (10%) und T4 (90%)

9. Deiodierung (Deiodase-Isoenzyme)
10. Sekretion

Question 19

66.4 Hormontransport von SD Hormonen

Answer 19

• T4 → 0,02 % frei; 99,98% gebunden (Thyroxin-Bindendes Globulin, Transthyretin, Albumin)
• T3 → 0,2 % frei; 99,8% gebunden (Thyroxin-Bindendes Globulin, Transthyretin, Albumin)
• Halbwertszeit:
• T3 → 1d
• T4 → 8d

Question 20

66.5 SD-Hormon-Rezeptoren

Answer 20

• Lipophile Stoffe → durchdringen Zell- und Kernmembran
• Typ II der intrazellulären Rezeptoren (SD-Hormone, Calcitriol, Östrogene)
• Sitzen auf DNA vor den regulierten Genen → schalten diese ab
• Bindung von SD-Hormonen → Aktivierung u. Stimulation der Gene = genomische Wirkung

Question 21

66.6 Wirkung der SD-Hormone

Answer 21

• Calorigene Wirkung
• O2-Aufnahme/-Verwendung nimmt zu → oxidative Prozesse ↑ ( → Temperatur ↑)
• Atemfrequenz und AZV ↑
• Keine calorigene Wirkung in: Gonaden, Gehirn, Milz, Lymphknoten
• Gluc-Spiegel ↑
• Gluc-Absorption, Glykogenolyse, Gluconeogenese ↑
• Insulinempfindlichkeit ↓
• Cholesterin-Spiegel ↓ (fördert Aufnahme in die Leber)
• Entwicklung:
• Stimuliert Hypophyse: SRH/GH↑ → bei Mangel: Kretinismus (Zwergenwuchs + ment. Retardierung)
• ZNS-Entwicklung → Synapsen↑, Dendritenbäume↑, Myelinisierung der Axone ↑
• Produktion von Proteoglykanen und Mukopolysacchariden ↑
• Halten Wasser zurück → EZR Volumen ↑ → RR↑
• Permissive Wirkung am Herz: Expression der ß1-Rez. ↑
• Positive Trop-Wirkungen↑

Question 22

Abbau SD-Hormone

Answer 22

Dejodierung in der Leber und der Niere

Direkte Ausscheidung über Galle

Question 23

66.8 Pathophysiologie der SD Hormone

Answer 23

• Struma/ Kropf
• Diffuse, knotige Vergrößerungen der SD → v.a. in Gebieten mit Iod-Mangel
• Kompensatorische Vergrößerung der SD durch Wachstumsfaktoren
• Hyperthyreose
• Ursachen: autonomes Adenom, Morbus Basedow (Autoimmunerkrankung → Dauerstim. Der SD)
• Symptome: Merseburger Trias (Struma, Exophthalmus, Tachykardie) + gesteigerter Grundumsatz
• Hypothyreose
• Ursachen: Iodmangel, Autoimmunthyreoiditis
• Symptome: Kretinismus (Neugeb.), Grundumsatz gesenkt, Myxödem
• Morbus Basedow:
• Autoimmunthyreopathie → Antikörper (IgG) gegen TSH-Rezeptoren auf Follikelzellen der SD → Auto-AK imitieren natürl. TSH-Wirkung → Dauerstimulation

Question 24

67. Hormonale Regulation des Blutzuckerspiegels. Pathobiochemie von Diabetes mellitus
68. 1 Insulin- Allgemein und Synthese

Answer 24

• Peptidhormon aus ß-Zellen (aus Vorläufermolekül Proinsulin)
• Sekretion wird hpts. von Gluc-Konz. im Blut und dem vegetativen NS bestimmt
• Senkt BZ-Spiegel → Stoffwechselschritte zur Verminderung d. Gluc-Konz. werden gefördert

a) Insulinsynthese:

• Präproinsulin → Proinsulin (Disulfidbrücke, mit C-Kette) → Insulin (keine C-Kette)
• Speicherung des Proinsulins in cytoplasmatischen Granulen (als Insulin-Zink-Komplex)
• Steigende Gluc-Konz. → proteolytische Abspaltung der C-Kette aus Proinsulin (im Golgi-Apparat)
• Insulin entsteht: zwei Peptidketten: A-Kette (21 AS) und B-Kette (30 AS) → 6kDa
• über Disulfidbrücken verbunden