Zell-Zell-Kommunikation Flashcards
Beeinflussung der Balance von Erregung und Hemmung von Neuronen
zwei Möglichkeiten:
- Wirkung auf Transmitter
- zB kein Auschhütten (tetanus, botolinum)
- Wirkung auf Rezeptor
- zB Ligand-Antagonisten (Strychnin), Modulation der Rezeptoraktivität (Benozodiazepine)
Erregende Neurotransmitter
Erregende Neurotransmitter: an der postsynaptischen Membran entsteht eine Depolarisation aufgrund von Kationeneinstrom => EPSP (erregendes postsynaptisches Potenzial) => Erev > Es
- Glutamat (wichtigster erregender Transmitter)
- über liganden-gekoppelte Ionenkanäle => Ionotroper Rezeptor mit nicht-selektiven Kationen (Na+/ K+/ Ca2+)
- Im Gehirn gibt es 80% erregende Glutamat-TM
- hat 3 Möglichkieten aus a-Ketoglutarat (Citratzyklus) hergestellt zu werden
- AMPA
- NMDA (beim Transport am Kanal ist Mg beteiligt) => ist Koinzidenzdetektor (Koinzidenz = Gleichzeitigkeit), führt zur Erhögung der Ca2+-Konzentration und dadurch werden langanhaltende Veränderung der synaptischen Übertragungsstärke geregelt
- Acetylcholin
- nicotinerg: über liganden-gekoppelte Ionenkanäle => Ionotroper Rezeptor mit nicht-selektiven Kationen (Na+/ K+/ Ca2+)
- muscarinerg: über G-Protein-gekoppelter Rezeptor
Hemmende Neurotransmitter
an der postsynaptischen Membran entsteht eine Hyperpolarisation aufgrund von Anioneneinstrom => IPSP (inhibitorisches postsynaptisches Potenzial) => Erev < Es
- GABA (γ-Aminobutansäure)
- über liganden-gekoppelte Ionenkanäle => Ionotroper Rezeptor mit Anionen (Cl-)
- 20% hemmende GABA-TM im Gehirn
- GABA geht aus Glutamat hervor (1 Schritt dazwischen => d.h. gibt es das Protein zur Umwndlung nicht, gibt es kein GABA)
- Glyzin
- über liganden-gekoppelte Ionenkanäle => Ionotroper Rezeptor mit Anionen (Cl-)
Divergenz
ein Neuron kontaktiert viele postsynaptische Neurone
Konvergenz
synaptischen Input von vielen präsynaptischen Neuronen
synaptischen Transmission
- Das Aktionspotenzial erreicht über das Axon die Präsynapse
- Dadurch werden spannungsgesteuerte Kalziumkanäle in der Nähe fusionsbereiter Vesikel geöffnet; Kalzium strömt ein.
- Es kommt zur schnellen Exozytose fusionsbereiter Vesikel (durch SNARE-Komplexe); Neurotransmitter wird freigesetzt und aktiviert in der postsynaptischen Membran Rezeptorkanäle; eine postsynaptische Leitfähigkeit wird ausgelöst
pharmazeutische Behandlung von fokaler Epilepsie
- verstärken den inhibitorischen Effekt des GABA-TM, indem sie an den GABA-A-Rezeptor binden und so die Wirkung des GABA verstärken
- -> mehr Cl- kann in die Zelle einströmen und Zelle wird hyperpolarisiert -> kein AP kann mehr weiterleiten
- nur kurzfristige Lösung, da schnell Abhängigkeiten entstehen
- Umstieg auf langfristige Medikamente ist nötig: z.B.: Lamotrigin
- blockiert Na+ und spannungsabhängige Ca2+ der NZ und verhindert die Freisetzung der erregenden Neurotransmitter -> Reize könnensich nur noch vermindert von einer Nervenzelle zu einer anderen ausbreiten
fokaler epileptischer Anfall
Lokalisation:
- Parietal-Lappen (5 %): Kribbelparästhesien
- Occipital-Lappen (5 %): visuelle Symptome
- Frontal-Lappen (25 %): tonische/klonische
- Bewegungen
- Temporal-Lappen (65 %):
- lateral (10 %): auditorische Symptome
- mesial (90 %): psychische oder autonome Symptome
neuronale Hypersynchronisation
durch Ableitung von Gehirnströmen im EEG kann den epileptischen Anfällen eine temporäre Hypersynchronisation zugeordnet werden
gleichzeitige Aktivität vieler Nervenzellen (Hypersynchronisation) führen zu einem typischen, durch interiktale Stromspitzen (Spikes) gekennzeichneten Aktivitätsmuster
betroffene Gehirnregionen entscheiden über Symptomatik
Zellen des Erregungsbildungs- und Erregungsleitungssystems
- sind spezielle Muskelzellen
- haben wenig kontraktile Elemente (Sinusknoten, av-Knoten)
- haben weniger T-Tubuli und Mitochondrien
- haben mehr Glykogen und Enzyme des anaeroben Stoffwechsels
- sind breiter und voluminöser (ventrikuläres Leitungssystem)
Erregungsweiterleitungsgeschwindigkeit am Herzen
AV-Knoten: Erregungsverzögerung
Purkinje-Fasern sind schnellste Fasern
Aktionspotential beim Herzen
- 0 –INa-schneller Natriumkanal
- 1 –Ito-Kv4.3
- 2 –ICaL-L-Typ-Calcium-Kanal
- 3 –IKr - K+-Auswärtsgleichrichter
- IKs-KvLQT1
- 4 –IK1-Kir2.1
IK1: Die Kanalleitfähigkeit verhält sich proportional zur [K+]a, d.h. die Myokardmembran ist bei Hypokaliämie nicht hyperpolarisiert sondern depolarisiert → Rhythmusstörungen
verschiedene Formen der Zell-Zell-Kommunikation
- Kontaktabhängige Kommunikation: Botenstoff Ionen => Botenstoff wirkt nur an Nachbarzelle, Transport über Verbindung: Gap Junction
- Parakrine Kommunikation: Botenstoff SHH (Sonic Hedgehog) => Botenstoff wirkt nur an Zielzelle, Transport über Hedgehog
- Synaptische Kommunikation: Botenstoff GABA => Botenstoff wirkt nur an ausgeschütteteter Synapse, Transport über synaptischen Spalt
- Endokrine Kommunikation: Botenstoff Testosteron => Botenstoff wirken an verschiedenen Stellen im Körper, Transport über das Blutsystem
gap-junctions [Funktion]
- einzigen Kontakte zwischen Zellen, die zur Kommunikation dienen
- stellen Kanal (Connexon) dar, der aus sechs Connexinen gebildet wird
- Connexine werden spnnungsabhängig geöffnet und geschlossen
- Jede Zelle liefert ein “Hemi”Connexin => zusammen ein Connexin
- koppeln erregbare Zellen elektrisch oder gleichen Konzentrationsschwankungen zwischen den verschiedenen Zellen innerhalb eines Zellverbandes aus
- synchronisieren in Embryonalentwicklung die Gewebedifferenzierung
- verbindende Pore erlaubt den Austausch von Salz-Ionen und vermittelt dadurch eine elektrische Kopplung -> stellen damit elektrische Synapsen dar
- Durchlässigkeit kann über intrazelluläre Signale (z. B. Ionenkonzentrationen) und extrazelluläre Signale (z. B. Neurotransmitter) reguliert werde
- wichtige Funktion der Gap Junctions ist, durch Verschluss außer Kontrolle geratene Zellen vom Zellverband abzutrennen und so die Ausbreitung eines möglichen Schadens zu verhindern
Chemokinese
- frei bewegliche Resonanz von einzelligen oder eukayotischen Organismen oder Zellen auf Chemikalien, die eine Veränderung im Schwimm- und Migrationsverhalten hervorrufen
- Veränderungen verursachen unter anderem einen Anstieg oder eine Abnahme der Geschwindigkeit, Richtungs-, Frequenz- und Amplitudenwechsel der Bewegung
- hat willkürliche und ungerichtete Anteile
Chemotaxis
- Beeinflussung der Fortbewegungsrichtung von Lebewesen oder Zellen durch Stoffkonzentrationsgradienten
- in Richtung auf höhere Konzentrationen -> positive Chemotaxis, Stoff=Lockstoff
- in Richtung niedrigere Konzentration -> negative Chemotaxis, Stoff=Schreckstoff
- Beispiele: Zellmigration, Leukozytenrolling
Polarisation von Zellen
Polarisierung statischer Zellen zur Bildung von Grenzflächen => Epithelzellen
koordinierte Differenzierung
bei Regulation der Zellproliferation und -differenzierung kooperieren Wachstumsfaktoren eng mit Proteinen u.a. der Hedgehog-Familie (zB: SHH)
Regulieren mit Proteinen zusammen die Anlage der Körperachsen, die Morphogenese und die Organbildung
je nach Differenzierungszustand der Targetzellen kann derselbe Wachstumsfaktor unterschiedliche Reaktionen auslösen
SHH-Wirkung ist konzentrationsabhängig
Strukturen zur Kalibrierung
- Durchmesser des Zellkerns etwa 10 μm
- Durchmesser von Mitochondrien: etwa 1 μm
- Dicke der Plasmamembran: etwa 10 nm
Zellkontakte
Adhäsionskontakte (zB Desmosomen=macula adherens, Adhärenskontakte)
- Funktion: Mechanische Verknüpfung (zB Zonula occludens = tight junction
Barrierenkontakte
- Funktion: Verschluss des Interzellularspalts (zB Nexus = gap junction, Synapsen
Kommunikationskontakte
- Funktion: Signalübertragung
Adhäsionskontakte
- Funktion: mechanische
- Verknüpfungmorphologisches Prinzip: Material im Interzellularspalt
- Symmetrische Zell-Zell-Kontakte:
- Desmosomen=Macula adherens
- Adhärens-Kontakte: Punctum adhaerens, Fascia adhaerens (“Six-Pack-Prinzip”) und Zonula adhaerens
- stellen Verbindungen des Aktinfilaments zweier Zellen her
- Hauptprotein ist das Ca2+-abhängige Transmembranprotein Cadherin, sind mit verschiedenen Ankerproteinen (Catenine, Vinculin und α-Actinin) mit den Aktinfilamenten verbunden
Verschlusskontakte
- Funktionen: Verschluss des Interzellularspalts, Barrierefunktion
- Etablierung der zellulären Polarität, d.h. zugleich Zaun und Tor
- morphologisches Prinzip: Annäherung des Interzellularspalts
- Vorkommen als: Zonulae occludentes = tight junctions
Kommunikationskontakte
Funktion: Signalübertragung
morphologisches Prinzip: unterschiedlich
Vorkommen als: Nexus bzw Gap junction, Synapsen
Junktionaler Komplex
auch: Schlussleistenkomplex
Besteht aus:
- Zonula occludens (tight junction)
- Zonula adhaerens (bzw. Punctum o. Fascia adhaerens)
- Macula adhaerens (Desmosom)
Desmosom
- Interzelluläre Kontakte: Cadherine (z.B. Desmogleine)
- Intrazelluläre Filamente: Intermediärfilamente
- Verankerung: Desmoplakine (PlaqueProteine)
- Krankheiten:
- Pemphigus
- Dermatitis exfoliativa neonatorum
Mechanismus der Verankerung von Zell-Zell-Junktionen mit Zytoskelett
Determinanten der synaptischen Übertragungsstärke
Die synaptische Übertragungsstärke S ist:
S = N x p x q
N = Zahl der Freisetzungsstellen
p = Freisetzungswahrscheinlichkeit
q = Amplitude des Quantenstroms oder des Quantenpotenzials
Quant ist ein diskretes Einzelereignis, Potential durch einen einzelnen Vesikel
Regulationsmechanismen der Determinanten der synaptischen Übertragungsstärke
Ansetzen an Determinanten (N = Zahl der Freisetzungsstellen, p = Freisetzungswahrscheinlichkeit, q = Amplitude des Quantenstroms oder des Quantenpotenzials) oder prä- postsynaptisch
Depression: Verringerung der Vesikel in der Präsynapse (-N)
Faziliterung: kurz auf einander folgende APs -> Rest Calcium -> Addition der Potentiale (+p)
Desensitization: Hemmung der Amplitude des Quantenstroms oder der Quantenspannung auf der postsynaptischen Seite durch Verringerung der ligandenabhängigen Ionenkanäle
Des Weiteren können bestimmte Soffe Präsynaptisch durch G-Proteingekoppelte Rezeptoren die Freisetzungswahrscheinlichkeit herabsetzen, indem sie negativ auf die Calciumkanäle wirken. Eine Steigerung der Wahrscheinlichkeit kann durch z.B. Serotonin erfolgen, was die Kaliumkanäle hemmt, was wiederum eine schnellere Depolarisation bewirkt, erfolgen
Besonderheiten der neuro-muskulären Synapse
nur eine Endplatte pro Muskelfaser (sitzt in der Mitte
ein präsynaptisches Aktionspotenzial löst immer ein Aktionspotenzial im Muskel aus: 1 zu 1 Übertragung
Endplattenpotenzial: 40 mV
Synchrone Freisetzung von 100-300 Vesikeln
Neurotransmitter ist Acetylcholin, wird direkt noch im synaptischen Spalt durch Acetylcholinesterasen abgebaut
Quant= 1mV
viele postsynaptische Rezeptoren durch Oberflächenvergößerung
molekulare Grundlage der unterschiedlichen Wirkgeschwindigkeit
Unterteilung in superschnelle Hormonwirkung, schnelle Hormonwirkung und langsame Hormonwirkung
superschnelle Hormonwirkung
- findet an ligandengesteuerten Ionenkanälen statt
- Wirkung setzt sofort ein, da kein Zwischenrozess
- zB: GABA Repetoren (Cl-), Glycinrezeptoren (Cl-) oder nikotinische Acetylcholin Rezeptoren (Na +)
schnelle Hormonwirkung
- findet an Rezeptoren statt, die über ein second messenger System funktionieren -> Rezeptorkinasen & G-Protein gekoppelte Rezeptoren
- zB: Adrenalin (Epinephrin), Prostglandine
langsame Hormonwirkung
- bei Hormonen, die an intrazelluläre Rezeptoren binden und das Genexpressionsmuster verändern
- zB: Cortisol, Aldostoron und Schildrüsenhormone
Katecholaminsynthese
- Phenylalanin bzw. Tyrosin sind Substrataminosäuren für die Synthese
- Ringhydroxylierung, Decarboxylierung, Kettenhydroxylierung und Methylgruppenübertragung sind beteiligt.
- Vitamin C (Kettenhydroxylierung), essentielle
- Methygruppen, Cu und Tetrahydrobiopterin werden benötigt
Thyrosin/Thyroxin-Synthese
Die Schilddrüsenhormone Thyroxin (T4) und Triiodthyronin (T3) werden in der Schilddrüse aus Derivaten von Tyrosin hergestellt
- aktiver Transport von Iodid in die Zelle, passiver Transport durch Pendrin, einen I-Kanal, ins Lumen
- Bildung von H2O2 durch eine NADPH-Oxidase, Iodierung von Tyrosinresten zu Mono- und Diiodtyrosin durch Thyreoperoxidase
- Kopplung zweier iodierter Tyrosylreste zu peptidgebundenem T3 bzw. T4, ebenfalls durch Thyreoperoxidase
- Pinozytose und vollständiger lysosomaler Abbau von Thyreoglobulin -> Freisetzung von T3/T4
- Iod wird durch Deiodasen zurückgewonnen
Hormone aus Aminosäuren
Unterteilung in Protein bzw. Peptdihormone, wie z.B. Leptin, Glukagon oder Oxytocin, auf der einen und die Aminosäurederivate wie Thyrocin, Secretonin und Dopamin auf der anderen Seite
Hormone aus Lipiden
Unterteilung in zwei Untergruppen: aus zyklischen Lipide (Cholesterol), z.B. Cortisol oder Testosterol während die andere Fettsäuren als Basis hat, wie z.B. Leukotrine
Endokrines Stimulationsprinzip
Hypothalamus als Taktangeber für das endokrine System
Hypothalamus gibt releasing Hormone ab, die dann die Hypophyse dazu bewegen bestimmte Hormone in die Blutbahn abzugeben
zB TRH, das die Freisetzung von TSH bewirkt (Bildung dieser Hypophysenhormone nicht durch releasing Hormone beeinflusst) -> TSH bewirkt die Freisetzung von T4 und T3 aus der Schilddrüse
Humorales Stimulationsprinzip
Serum Glucose
- Glukosekonzentration im Blut durch mehrere Hormone beeinflusst, zB Insulin, Glucagon, Cortisol,…
- zB Insulin: Glukose dringt in die Zellen in der Pankreas ein, -> Glykolyse wird hochgefahren, das entstandende ATP bewirkt einen ATP abhängigen Kaliumausstrom, wodurch ein elektrisches “Ungleichgewicht” entsteht, was bewirkt, dass Calcium einströmt, was wiederum dafür sorgt, dass die Insulingranula Exocytose betreiben
Serum Calcium
- Regulierung der Ca2+-Konzentration durch PTH (Parathormon) aus der Nebenschilddrüse
- Synthese erfolgt ähnlich wie beim Insulin zunächst zu einem Präprohormon, das in Vesikeln gespeichert wird -> Bei Aktivierung des Ca Sensors GPCR, kommt es über Zwischenschritte hin zu einer Vesikelentleerung -> bei viel Ca2+ sinkt PTH-Spiegel
Neuronales Stimulationsprinzip (Acetylcholin)
Ankommen eines APs an der Präsynapse -> Einstrom von Calciumionen durch spannungsabhängige Calciumkanäle, -> Freisetzung der in vesikeln gespeicherten Neurotransmitter, z.B. Acetylcholin
Trijodthyronin (T3) [Wirkung]
Schilddrüsenhormone (T3) wirken über intrazelluläre Rezeptoren und regulieren die Expression von Genen, die TRE Sequenzen in ihrem Promoter tragen (langsame Hormonwirkung)
- hemmt durch negatives Feedback Produktion und Ausschüttung von TRH aus Hypothalamus und TSH aus Hypophysenvorderlappen
- hat Einfluss auf Fruchtbarkeit, Wachstum und Zustand der Haut
- erhöhen Verbrennung von Nährstoffen
- Steigerung:
- Grundumsatz
- Körpertemperatur
- Herzfrequenz & Herzauswurf
- Knochenumsatz
- Muskeleiweißumsatz & Kontraktions- und Relaxionsgeschwindigkeit der Muskeln
- Sauerstoffverbrauch
- Darmmobilität
Thyroidea Stimulierendes Hormon (TSH) [Wirkung]
bewirkt in Schilddrüsenzellen eine beschleunigte Teilung, eine vermehrte Jodaufnahme und eine gesteigerte Bildung der jodhaltigen Schilddrüsenhormone Thyroxin (T4) und Triiodthyronin (T3)
fördert in Peripherie Umwandlung von T4 in das wirksamere T3
Autoimmunthyreopathie
= chronisch entzündliche Schilddrüsenerkrankungen, die durch Fehlregulation der spezifischen Immunabwehr verursacht werden
–> Antikörper werden gegen Schilddrüse gerichtet
Morbus Basedow
= Autoimmunthyreopathie mit klassischer Trias:
- Struma (Vergrößerung der Schilddrüse)
- Exophthalmus (Hervortreten des Augapfels) (entspringt wahrscheinlich einer eigenständigen Autoimmunerkrankung, die häufig mit dem M. Basedow auftritt)
- Tachykardie
- -> Produktion von Antikörpern gegen TSH-Rezeptoren (G-Protein gekoppelter Rezeptor) der Schilddrüsenzellen (TSH-Rezetor-Autoantikörper)
- -> Antikörper imitieren natürliche TSH-Wirkung und führen über Dauerstimulation der Rezeptoren zu folgenden Wirkungen:
- chronischer Wachstumsreiz, der zur Entwicklung von Struma führt
- Schilddrüsenzellen produzieren und sezernieren vermehrt T3 und T4 (Thyreotoxikose)
Transport und die Umwandlung von Thyroxin (T4) und Trijodthyronin (T3)
- T4 und T3 werden in Schilddrüse synthetisiert und ins Blut abgegeben und hier mit Transportproteinen (Albumin, Transthyretin, TBG) zu Zielzellen transportiert
- gelangen über Transporter der Zellmembran ins Cytoplasma der Zelle
- T4 wird in T3 umgewandelt, da T3 biolog. aktive Form ist
- T3 gelangt durch Kernporen in Zellkern und stimuliert stoffwechselaktivierende Gene (Genexpression)
Prinzipien Hormoninaktivierung
Um die Hormonwirkung zeitlich zu begrenzen, müssen Hormone relativ schnell abgebaut werden.
geschieht auf verschiedenen Wegen:
- freie Hormon-Moleküle in der Blutbahn: Abbau in der Leber, Ausscheidung über Niere (Urinproben bei Hormondoping-Verdacht)
- Hormonmoleküle in Hormon-Rezeptor-Komplexen auf der Zellmembran: Endocytose und lysosomaler Abbau (Proteohormone)
- Hormone in intrazellulären Hormon-Rezeptor-Komplexen: Enzymatischer Abbau
Inaktivierung Schilddrüsenhormone
Inaktivierung/Abbau Katecholamine
COMT: Katechol-O-methyltransferase
MAO: Monoaminoxidasen
A und B
Steroidhormon Auf- und Abbau
