VL 1: zelluläre Neurophysiologie Flashcards
Aufbau einer Nervenzelle
-
Soma (Perikaryon)
= Zellkörper mit Zellkern und Fortsätzen; Stoffwechselzentrum -
Dendriten
= Verrechnung der Eingangssignale (Erregungsempfang) -
Axone (Neuriten)
= spezifische Verbindung zu nachgeschalteten Zellen (Erregungsweiterleitung)
Synonyme: Ganglienzelle (Soma im PNS), Neuron
Ruhemembranpotential
Definition
- Membranpotential = Spannungsdifferenz über die Membran
=> Ladungstrennung an der semipermeablen Membran - Zellinneres neg. gegenüber dem Extrazellulärraum
- V = -65mV (ruhende Zellen)
Ruhemembranpotential = Membranpotential
Ruhemembranpotential
Bedingungen (3)
- unterschiedliche Ionenkonzentrationen auf beiden Seiten der Zellmembran (außen: Na+/innen: K+)
=> Natrium-Kalium-ATPase
=> Konzentrationsgradient - Impermeabilität der Membran
- selektive Ionenkanäle
=> z.B. K+-Leckströme
=> elektrisches Feld
Ladungstrennung an der semipermeablen Membran
treibende Kräfte (2)
Voraussetzung für Bewegung von Ionen über die Membran:
* Diffusion (entlang KG)
* elektrische Kräfte (durch Ladungsverschiebung)
=> elektrochemisches GG!!
Cave: Ladungstrennung effektiv nur an beiden Seiten der Membran
=> Zellinneres und -äußeres: elektrisch neutral
Nernst-Gleichung
= Gleichgewichtspotential
elektrische Triebkraft
=> V(m) - E(Ion)
=> Differenz zw. Membranpotential und GG-Potential
=> proportional zur Triebkraft für die Ionenbewegung
C innen/außen; Verhältnis; E(Ion)
typische Ionenkonzentrationen
Kalium, Natrium, Calcium, Chlorid
Goldman-Gleichung
- Erweiterung der Nernst-Gleichung
(Annahme: Membran nur für 1 Ionentyp durchlässig) - Einfluss der verschiedenen Ionen auf MP => abh. von relativen Permeabilität der Membran fürs jeweilige Ion
- MP nähert sich GG-Potential des Ions, dessen Permeabilität am höchsten ist
=> da P(Na) ≠ 0 => V(m) ≠ E(K)
=> E(Cl) ≈ -65mV (nahe beim RMP)
=> E(K) ≈ -80mV (etwas negativer als RMP)
=> E(Na) ≈ +62mV (bei stark positiveren Werten)
=> Membranpotential abhängig von Konzentration + Permeabilität der Ionen!!
P(Ion) = Permeabilität des Ions
Aktionspotential
Definition, Grundlage, Eigenschaften (2)
- Definition: informationstragendes Ereignis im Nervensystem
=> Frequenz und zeitliches Muster kodieren die Information - Grundlage: kurzzeitige Umkehrung des Verhältnisses der K+ und Na+ Permeabilität
- Gesamtdauer: 1-2 ms
- Schwelle (ca. -50mV): Auslösen des APs nur bei Überschreiten eines kritischen Wertes der Depolarisation
- Form: fast immer gleich => Alles-oder-Nichts-Prinzip
Aktionspotential
Refraktärzeit
=> absolute Refraktärzeit:
* kein AP auslösbar
* Zeitraum: Depolarisation + Repolarisation
=> Dauer: 1-2ms (Neuronen, Skelettmuskelzellen); 250ms (Myokardzellen)
* Erklärung: inaktivierte (nach ca. 1ms) spannungsabhängige Na-Kanäle => können nicht geöffnet werden, bevor MP < -40mV zurückkehrt
* Bedeutung: begrenzte Entladungsfrequenz einer Zelle => Neuron: max. 500 APs/pro s
=> relative Refraktärzeit:
* APs nur durch stärkere Reizung auslösbar + in Amplitude reduziert
* Zeitraum: Hyperpolarisation
=> Dauer: 1-2ms
* Erklärung: langsameres Öffnen der spannungsabhängigen K-Kanäle
Aktionspotential
Ionenkanäle
- Na-Kanäle: öffnen spannungsabhängig bei Depolarisation
- K-Kanäle: öffnen spannungsabhängig bei Depolarisation; aber langsamer
spannungsabhängige Ionenkanäle
Struktur: Natrium-Kanal, Kalium-Kanal
- 4 UE (I-IV) mit je 6 helikalen Transmembransegmenten (S1-S6)
=> S4 = Spannungssensor für Kanalöffnung
=> S5/S6 = Porenschleife (Selektivität der Pore) - Permeabilität für Na+ 12x größer als für K+
=> hohe Selektivität - spezifische Blocker:
=> Tetrodotoxin (TTX) => Angriffsort: Außenseite S5-S6-Schleife (Na+ Kanal)
=> Lidocain => Angriffsort: Innenseite S6-Helix der Domäne IV (Na+ Kanal)
=> Tetraethylammonium (TEA) => Angriffsort: S5-S6-Schleife (K+ Kanal)
spannungsabhängige Ionenkanäle
Funktionsprinzip
=> Funktionszustände:
* geschlossener Kanal (1)
* Öffnung bei Depolarisation (2)
=> Verschiebung des Spannungssensors (S4)
=> Konformationsänderung Kanal => Öffnung
* Inaktivierung des Kanals (3)
* Deinaktivierung bei Repolarisation (4)
Auslösung des Aktionspotentials
- Auslösen der APs => Ort mit der niedrigsten Schwelle
=> Ursache: höchste Dichte an Na-Kanälen - zentrale Neurone: Generierung von APs am Axonhügel
- sensorische Neurone: Generierung von APs am peripheren Ende des Axons
Umhüllung des Axons
- Umhüllung des Axons durch Gliazellen = “Myelinisierung”
=> ZNS: Oligodendroglia
=> PNS: Schwann-Zellen - periodisch auftretende Lücken in Myelinscheide (Abstand 1-2mm) = “Ranviersche Schnürringe”
- Funktion: Beschleunigung der Impulsfortleitung
=> AP nur an Schnürringen
=> Isolierung der Zellmembran
Erregungsfortleitung am Axon
=> unmyelinisiertes Axon:
* kontinuierlich = Depolarisation benachbarter Membranbereiche (ebenfalls Öffnen von Na-Kanälen) durch pos. Ladung => aktive Zone: mehrere mm/cm
* Fortleitung nur in 1 Richtung
=> kurz zuvor erregte Membranstellen: refraktär
* langsame Fortleitung (ca. 10m/s)
=> Erzeugung von APs kostet Zeit
=> myelinisiertes Axon:
* saltatorisch = elektrotonische Ausbreitung bis zum nächsten Schnürring; dort dann wieder AP-Bildung
* schnellere Fortleitung; in 1 Richtung (ca. 100m/s)
=> weniger APs pro Streckeneinheit
* Leitungsgeschwindigkeit abh. von:
=> Axondurchmesser (je dicker, desto schneller)
=> Grad der Myelinisierung
chemische Synapse
- Definition: spezifische Kontaktstelle zwischen Nervenzellen
- Lokalisation: meist auf Dendriten oder Somata nachgeschalteter Zellen
- Funktion:
=> gerichtete Signalübertragung durch prä- und postsynaptische Spezialisierung
=> Umsetzung von elektrischen in chemischen Signalen
=> Ausschüttung eines Neurotransmitters - Aufbau:
=> präsynaptisch: Vesikel mit freizusetzenden Transmittern
=> postsynaptisch: spezifische Rezeptoren für Neurotransmitter
Neurotransmitter
Einteilung, Bildung
=> Einteilung:
(1) Aminosäuren => Glutamat, Glycin, GABA
(2) Amine => Noradrenalin, Dopamin, Serotonin
(3) Acetylcholin
(4) Peptide => Substanz P, Enkephaline
=> Bildung:
* Peptid-Neurotransmitter:
=> Bildung im Soma (rER)
=> axonaler Transport in Sekretgranula in die synaptische Endigung
- Amin-/AS-Transmitter, ACh:
=> Bildung aus Vorläufermolekülen in synaptischen Endigung
=> Transport & Konzentrierung in synaptische Vesikel durch Transporterproteine
=> energieverbrauchende Prozesse => Mitochondrien
GABA = Gamma-Aminobuttersäure
Neurotransmitter
Freisetzung
- Verbindung der Vesikel mit präsynaptischen Membran über SNARE-Komplex an aktiven Zone
=> v-SNARE
=> t-SNARE
=> Synaptotagmin als Ca-Sensor -
Depolarisation der präsynaptischen Endigung durch AP
=> Ca-Einstrom über spannungsabhängige Ca-Kanäle - Binden von Ca2+ an Synaptotagmin => Konformationsänderung im SNARE-Komplex => Fusion des Vesikels mit präsynaptischer Membran + Transmitterfreisetzung durch Exocytose
- Wiedergewinnung von Vesikeln durch Endozytose
- postsynaptisch: Bindung der Transmitter an spezifische Rezeptormoleküle
postsynaptische Potentiale
postsynaptische Erregung
- synaptische Aktivierung von Acetylcholin-/
Glutamat-Rezeptoren => Öffnung der Kanäle - v.a. Na-Einstrom => treibende Kraft (Vm - Eion)
für Na»_space;> K!! -
Depolarisation der postsynaptischen Membran
=> Erzeugung von EPSP (erregende postsynaptische Potentiale)
ionotrope Rezeptoren
postsynaptische Potentiale
postsynaptische Hemmung
- synaptische Aktivierung von GABA-/Glycin-Rezeptoren => Öffnung der Cl-Kanäle
- Cl-Einstrom =>zusätzliche negative Ladung
-
Hyperpolarisation der postsynaptischen Membran
=> Erzeugung von IPSP (inhibitorische postsynaptische Potentiale)
ionotrope Rezeptoren
ligandengesteuerte Ionenkanäle (ionotrope Rezeptoren)
Definition, Wirkung, Eigenschaften, Einteilung
- Definition: Transmembranproteine, die einen Kanal bilden
- Wirkung:
=> Bindung des Liganden an Rezeptor
=> Änderung der Öffnungswahrscheinlichkeit des Kanals - Eigenschaften:
=> geringere Selektivität für bestimmte Ionen (Vgl. spannungsgesteuerte Kanäle)
=> schnelle synaptische Transmission - Einteilung:
=> Nikotinrezeptor-Familie
=> Glutamatrezeptor-Familie
G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (metabotrope Rezeptoren)
=> Wirkung:
1. Aktivierung von G-Proteinen (Gs/Gi-Proteine)
2. Aktv./Hemmen unterschiedlicher Effektorsysteme (second messenger)
=> Gs-Protein => Aktivierung AC => cAMP ↑
=> Gi-Protein => Hemmung AC => cAMP ↓
=> Gq-Protein => Aktivierung PLC => IP3 + DAG
3. indirekte Wirkung auf Ionenkanäle oder intrazelluläre Prozesse
=> langsame Transmission
=> Bsp.:
* Gs-Protein: ß-adrenerge-Rezeptoren; D1, D5; H2
* Gi-Protein: a2-adrenerge R; D2, D4; GABAb; mGluR Typ II+III; M2, M4
* Gq-Protein: a1-adrenerge R; mGluR Typ I; M1, M3, M5; H1
AC = Adenylatcyclase
PL = Phospholipase C
D = Dopaminrezeptor
H = Histaminrezeptor
räumliche und zeitliche Summation
- einzelne EPSPs an zentralen Synapsen unausreichend für Schwelle
=> Überlagerung mehrerer PSPs erforderlich - räumliche Summation: Überlagerung von PSPs, die gleichzeitig von verschiedenen Afferenzen erzeugt werden
- zeitliche Summation: Überlagerung von PSPs, die kurz nacheinander vom selben Eingang erzeugt werden
Realität: beide Summationen zusammen + IPSP (=>Abschwächung)
