Tutoriat zur Vorlesung Synapsen im HS 2010

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1 Tutoriat zur Vorlesung Synapsen im HS 2010 Beschreiben Sie die Strukturelemente der Synapse. Die Synapse ist in 3 Teile gegliedert: - Präsynaptische Membran (Axonterminal): mit Mitochondrien, Vesikeln und Granula - synaptischer Spalt - Postsynaptische Membran: mit Rezeptoren Beschreiben Sie die Stadien der Transmitterübertragung. 1. Transmittersynthese: Es gibt zwei verschiedene Arten, wie Neurotransmitter gebildet werden: Einige werden direkt im Axonterminal aus Bausteinen der Nahrung gebildet. Andere werden im Zellkern anhand der DNA gebaut. Diese gelangen dann entlang der Microtubuli (Golgi-Apparat) ins Axonterminal. Im Axonterminal werden die Neurotransmitter in Vesikel verpackt und dort für den weiteren Gebrauch gela gert. 2. Ausschüttung: Wenn ein Aktionspotential in der präsynaptischen Membran induziert wird, werden durch die Spannungsänderungen die Prozesse zu Freisetzung der Neurotransmitter (Exozytose) in Gang gesetzt. 3. Rezeptoraktivierung: Nach der Freisetzung in den synaptischen Spalt docken die Neurotransmitter an postsynaptische Rezeptoren an. Diese Rezeptoren sind Proteinmoleküle, welche in der postsynaptischen Membran eingebettet sind. Daraufhin können 3 verschiedene Reaktionen in Gang gesetzt werden: Depolarisation oder Hyperpolarisation der postsynaptischen Zelle oder Initiierung von weiteren chemischen Prozessen. 4. Deaktivierung: Nachdem der Neurotransmitter am Zielort gewirkt hat, muss er entfernt werden. Dies kann auf vier verschiedene Arten geschehen: - Diffusion - Enzyme deaktivieren den Neurotransmitter - Re-uptake in die Membran des Axonterminals - Benachbarte Gliazellen nehmen den NT auf und zerstören oder speichern ihn Beschreiben Sie die unterschiedlichen Stufen der synaptischen Übertragung. Wenn ein Aktionspotential das Axonende erreicht, werden durch Spannungsänderungen die spannungsabhängigen Calcium-Kanäle geöffnet. Calcium-Ionen strömen aus der extrazellulären Flüssigkeit ins Axonterminal.

2 Im Axonende binden sich die Calcium-Ionen an Calmodulin. Dieser Calcium-Calmodulin- Komplex bindet sich dann einerseits an die Vesikel in der präsynaptischen Membran, worauf die Vesikel den gespeicherten Neurotransmitter in den synaptischen Spalt freisetzen (Exocytose). Zudem bindet sich der Komplex auch an die Vesikel, die an die Filamente gebunden sind, worauf die Vesikel an die präsynaptische Membran wandern und die Vesikel, die sich gerade entleert haben ersetzen. Was ist ein Leidener Männlein? Ein Leidener Männlein besteht zum größten Teil aus Torf aus den Friedhofssümpfen von Dull und einer Mischung aus unbiskantischem Sand, Fett, Glycerin und flüssigem Harz. Diese Stoffe werden zu einem Männlein geformt und durch eine Alchimistische Batterie zum Leben animiert. Leidener Männlein werden in einer Nährflüssigkeit gehalten, in der sie ungefähr einen Monat überleben können. Sie werden als Testobjekte für Medizin, Chemikalien, unbekannte Stoffen usw. genutzt. Auch kann man mit ihnen eine literarische Analyse erstellen. Leidener Männlein eigenen sich als Testobjekte da, sie wie jedes Lebewesen auf Hitze, Kälte und auf chemische Verbindungen reagieren. Zudem haben Leidener Männlein kein Nervensystem. Das bedeutet sie verspüren keine Schmerzen. Welche unterschiedlichen Synapsen gibt es? Bitte unterteilen Sie nach anatomischen und nicht nach funktionellen Merkmalen. - Dendro-dentrisch: Dendriten kommunizieren mit anderen Dendriten. - Axo-dendritisch: Ein Axon-Terminal eines Neurons dockt an ein Dendrit eines anderen Neurons an. - Axo-extrazellulär: Neurotransmitter wird ohne spezifisches Ziel in die Extrazellulärflüssigkeit freigesetzt. - Axo-somatisch: Ein Axonterminal endet auf einem Zellkörper. - Axo-synaptisch: Ein Axonterminal auf einem andern Axonterminal. - Axo-axonisch: Ein Axonende endet auf einem andern Axon. - Axo-sekretorisch: Ein Axonterminal endet auf einem Blutgefäss (Kapillare), der Transmitter wird ins Blut freigesetzt. - Axo-muskulär: Axon entlädt Transmitter auf Muskel Was ist der Unterschied zwischen Typ-1 und Typ-2 Synapsen? Typ 1: - exzitatorisch - an Dendriten und Spines - runde Vesikel - Vesikel sind dichter an Membran angeordnet - Synaptischer Spalt ist grösser - grössere Aktivitätszone - dichte Rezeptoransammlung

3 Typ 2: - meist inhibitorisch - enger synaptischer Spalt - geringe Rezeptoransammlung - flache Vesikel - enden direkt am Zellkörper Welche Kriterien müssen erfüllt sein, um einen Transmitter zu definieren? 1. Substanz muss im Neuron synthetisiert werden oder zumindest im Neuron vorhanden sein. 2. Nach der Freisetzung muss der Transmitter eine spezifische Reaktion in der Zielzelle bewirken. 3. Auch bei experimenteller Platzierung des Transmitters muss die gleiche spezifische Reaktion geschehen. 4. Es muss ein Mechanismus vorhanden sein, der die Substanz nach Gebrauch vom Wirkungsort entfernt (Inaktivierungsmechanismus) Welche Transmitter werden zu den Aminen (genauer zu den Katecholaminen) gezählt? Dopamin, Adrenalin und Noradrenalin (Katecholamine) Serotonin (Amin) Welche Transmitter werden zu den Aminosäuren gezählt? Glutamat, GABA, Glycin, Aspartat Nennen Sie die 7 wichtigsten Neuropeptide. Enkephalin, Insulin, Neurotensin, Oxytocin, Prolactin, Vasopressin, Substanz P Nennen Sie 6 wichtige Peptide, die als Transmitter fungieren. Opiate, Neurohypophysenhormone, Sekretine, Insuline, Gastrine, Somatostatine Beschreiben Sie die Katecholaminsynthese. Die Aminosäure Tyrosin wird durch das Enzym Tyrosin-Hydroxylase in L- Dopa verwandelt. Aus dem L-Dopa entsteht wiederum durch das Einwirken von weiteren Enzymen zuerst Dopamin, dann Noradrenalin und zuletzt Adrenalin. L-Dopa kann die Blut-Hirn-Schranke überwinden, Dopamin, Adrenalin und Noradrenalin nicht.

4 Aus welchen wichtigen Bauelementen bestehen die Enkephaline? Enkephaline bestehen aus Aminosäurenketten. Ein Teil ist bei allen Enkephalinen gleich. Der Teil, der bei jedem Enkephalin unterschiedlich ist, charakterisiert die Unterart der Enkephaline. Was versteht man unter einem Transmittergas? Transmittergase sind keine klassischen Neurotransmitter. Sie sind Gase, die dieselben Prozesse wie Neurotransmitter auslösen. Transmittergase werden aber nicht in Vesikel gelagert, sondern gleich bei Bedarf hergestellt.

5 Geben Sie ein Beispiel für ein Transmittergas an. Nitroxid - kontrolliert die Muskeln der Verdauungswände und die Ausweitung der Blutgefässe im Hirn und den Sexualorganen. Lachgas erweitert Gefässe (Bsp. Viagra). 15. Was sind metabotrope Rezeptoren? Ein metabotroper Rezeptor hat keinen Kanal, durch den Ionen fliessen können, dennoch hat er eine Bindungsstelle für Neurotransmitter. Durch verschiedene Prozesse bewirkt der metabotrope Rezeptor Änderungen an benachbarten Ionenkanälen oder Änderung der metabolischen Aktivität in der Zelle. Der metabotrope Rezeptor besteht aus einem Protein mit Rezeptor, dass die Membran durchspannt sowie einem G-Protein (Guanyl-bindendes Protein). Das G-Protein besteht wiederum aus 3 Teilen: Alpha, Beta und Gamma. Wenn ein Neurotransmitter an den Rezeptor bindet, löst sich das Alpha und bindet sich dann an andere Proteine innerhalb der Zelle oder der Zellmembran. Wenn der metabotrope Rezeptor an einen Ionenkanal gekoppelt ist, bindet sich das Alpha an diesen und bewirkt ein Öffnen oder Schliessen des Kanals. Ist der metabotrope Rezeptor an ein Enzym gekoppelt, bindet sich das Alpha an das Enzym. Das Enzym aktiviert daraufhin einen Second- Messenger, der dass wiederum Ionenkanäle oder andere zelluläre Prozesse beeinflussen kann. Was sind ionotrope Rezeptoren? Proteine, die aus einer Andockstelle für Neurotransmitter und einer sich verschliessbaren Pore bestehen. Bindet ein Neurotransmitter an den Rezeptor, ändert sich die Form des Proteins und die Pore öffnet oder schliesst sich. Welcher Neurotransmitter fungiert präganglionär im sympathischen Nervensystem? Acetylcholin Welcher Neurotransmitter fungiert postganglionär im sympathischen Nervensystem? Adrenalin

6 Welcher Neurotransmitter fungiert im parasympathischen Nervensystem? Acetylcholin Welche grundsätzlichen und wichtigen Transmittersysteme kann man im menschlichen Gehirn identifizieren? Beschreiben Sie die Systeme nur mit den wesentlichen Funktionselementen und geben Sie den jeweiligen Systemnamen an. Cholinerges System: Dopaminerges System: Noradrenerges System: Serotonerges System: Acetylcholin Dopamin Noradrenalin Serotonin Welche typischen Funktionen werden mit diesen Transmittersystemen in Verbindung gebracht? Cholinerges System: Dopaminerges System: Wachheit, Gedächtnis, Lernen Motorkontrolle, Euphorie, Lernen, Lust Noradrenerges System: emotionale Lage (Depresssion - / Manie +) Serotonerges System: Wach-EEG Erläutern Sie die neuronalen Grundlagen der Habituation. Die neuronale Grundlage der Habituation liegt in der Präsynapse: Im Laufe der Habituation nimmt der Kalzium-Einfluss in das Axonterminal auf ein Aktionspotential ab, d.h. die Kalzium-Kanäle reagieren weniger stark auf Spannungsänderungen. Durch den reduzierten Kalzium-Einfluss werden weniger Neurotransmitter in den synaptischen Spalt freigesetzt und die Postsynapse weniger stark stimuliert. Erläutern Sie die neuronalen Grundlagen der Sensitivierung. Ein gereiztes sensorisches Neuron aktiviert ein Interneuron, das durch eine axoaxonische Synapse mit dem sensorischen Neuron verbunden ist. Daraufhin setzt das Interneuron Serotonin frei. Serotonin bindet an einen metabotropischen Rezeptor in der präsynaptischen Membran, worauf im Axonterminal Seconder Messenger Prozesse initiiert werden: Das G-Protein des Rezeptors bindet an ein Enzym, dass darauf die Konzentration des Second Messengers camp erhöht. Das camp bewirkt, dass sich die Kalium-Kanäle langsamer öffnen,

7 was zur Folge hat, dass das Kalium langsamer ausströmt. Die Repolarisation geschieht somit langsamer und das Aktionspotential bleibt länger bestehen. Durch das länger andauernde Aktionspotential fliesst mehr Kalzium in die Zelle ein und mehr Neurotransmitter wird in den synaptischen Spalt ausgeschüttet. Was versteht man unter Long-Term-Potentiation (LTP)? Die nach wiederholter elektrischer Stimulation erhöhte Amplitudenänderung eines postsynaptischen EPSP s nennt man Langzeitpotentierung oder Long-term-potentation. Diese Änderung der Amplitude kann Stunden bis Tage dauern und wird mit Lernen in Verbindung gebracht. Beschreiben Sie die synaptischen Veränderungen, die im Zusammenhang mit LTP auftreten (können). In der Postsynaptischen Membran befinden sich zwei verschiedene Rezeptoren, die bei diesem Prozess eine Rolle spielen: Der AMPA und NMDA-Rezeptor. Bei schwacher Stimulation dockt der Neurotransmitter Glutamat nur an den AMPA-Rezeptor an, weil der NMDA-Rezeptor durch ein Magnesium-Molekül besetzt ist. Bei starker elektrischer Stimulation wird die postsynaptische Membran so stark depolarisiert, dass das Magnesium-Ion entfernt wird. Nun kann das Glutamat schon bei schwacher Stimulation auch den NMDA-Rezeptor aktivieren, wodurch Kalzium einfliessen in die Pkann. Die Depolarisation mit der Entfernung des Magnesiums und die Aktivierung durch Glutamat muss jedoch zeitlich nah beieinander liegen, da der NMDA Rezeptor ein doppelt verschlossener Kanal ist und nur durch beide konsistent eintretenden Ereignisse zusammen geöffnet werden kann. Das Kalzium aktiviert am NMDA-Rezeptor einen Second-Messenger, der aktivierend auf die AMPA-Rezeptoren einwirkt. Welche besonderen Effekte können bei der Habituation oder Sensitivierung bei Aplysia festgestellt werden? Bei der Habituation verringert sich die Anzahl der Synapsen des sensorischen Neurons mit dem Motorneuron, bei der Sensitivierung dagegen erhöht sich die Anzahl der Synapsen.

8 Können im Hippocampus neue Synapsen gebildet werden? Wenn ja, wie läuft dieser Vorgang ab? Es konnte in folgendem Experiment demonstriert werden, dass sich im Hippocampus als Folge eines LTE neue dendritische Zweige bilden: Auf Hippocampuszellen einer Ratte wurde eine Chemikalie gespritzt, die die NMDA-Rezeptoren blockiert. Das Gift wurde an einer Stelle wieder weggewaschen. Die präsynaptische Zelle wurde dann mit einem schwachen Stimulus gereizt. Daraufhin wurde durch starke Stimulation eine LTP induziert. Nach der zweiten Stimulation erfolgte auf den ersten, schwachen Teststimulus eine stärkere Reaktion. 30 Minuten nach der Stimulation fanden sich an der Stelle, an der die Chemikalie entfernt wurde zwei neue dendritische Äste, an denjenigen Stellen, an denen die Chemikalie das LTP verhindert hat, haben sich dagegen keine neuen Äste gefunden. Somit haben sich wahrscheinlich neue Synapsen gebildet (Es war im Experiment nicht möglich, Axone sichtbar zu machen und Synapsen zu identifizieren). An welchen Orten bzw. in welchen Stadien kann Lernen synaptische Mechanismen verändern? - erhöhter Transport von Transmittern in den Axonhügel - grösseres Axonterminal - grössere Anzahl von Vesikeln - dichtere synaptische Kontaktzone am Axonterminal - Vergrösserung des synaptischen Spalts - Grössere Kontaktzone des dendritischen Zweiges - Veränderungen der Grösse und Länge des dendritischen Stammes - Verbesserter Proteintransport, um dendritische Äste zu bilden Was versteht man unter einer Hebb-Synapse? Eine Synapse, die durch strukturelle oder metabolische Änderungen ihre Signalübertragungseigenschaften verbessert und somit Lernen ermöglicht. Wichtige Funktionen des Dopamins Mangel in Basalganglien - Morbus Parkinson Depression Störungen im dopaminergen System Suchterkrankungen Lernprobleme Kontrollprobleme Überschuss Euphorie, Liebessucht

9 Wichtige Funktionen des Acetylcholins wirkt an der neuromuskulären Endplatte im Sympathikus - präganglionär im Parasympathikus - prä- und postganglionär Lernen und Gedächtnis bei Alzheimer-Patienten deutlich verringert Wichtige Funktionen des Serotonins Schlafauslösung Stress steigert Serotonin-Konzentration im Gehirn bei Depressionen, Angststörungen beteiligt (geringer Serotoninspiegel) hoher Serotoninspiegel bei Verliebten bei Wohlbefinden und Zufriedenheit (Glückshormon) Einfluss auf Sexualität Wichtige Funktionen des Histamins Aktivierung von H1-Rezeptoren - Erbrechen Regulation Schlaf-Wach-Rhythmus Appetit zügelnd Regulation der Körpertemperatur antikonvulsiv reguliert Katecholamine Wichtige Funktionen der Neuropeptide Enkephalin endogenes Morphin, bindet an Opioidrezeptoren, man unterscheidet α-, β- und γ-endorphin. β-endorphin für Schmerzunterdrückung gut, Euphorie, Hunger, Sexualregulation, Euphorie durch Chili-Genuss, bei bei UV-Stimulation, Runner s High) Neuropeptid Y Hunger, Angst Neurotension antipsychotische Wirkung - Genese der Schizophrenie Oxytocin Ncl. paraventricularis im Hypothalamus, Ausschüttung bei Geburt, reguliert Mutter-Kind-Verhalten, soziale Verhaltensweisen allgemein Prolactin Hypophysenvorderlappen, Milchsekretion, Brustdrüse, löst Brutpflegeverhalten aus (auch beim Mann!), verhindert Eisprung (nicht zuverlässig), nach Orgasmus Zunahme, nach Brustmanipulation ebenfalls Substanz P gefässerweiternd, senkt Schmerzrezeptorschwelle