VL. 3 Prüfungsfragen:

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1 VL. 3 Prüfungsfragen: - Wie entsteht ein Aktionspotential (AP)? - Welche Ionenkanäle sind am AP beteiligt? - Skizzieren Sie in einem Achsensystem den Verlauf eines APs. Benennen Sie wichtige Potentiale. Bitte vergessen Sie nicht die Achsenbeschriftung (Variable mit Benennung). - Skizzieren Sie in einem Achsensystem den Verlauf eines -APs bei zusätzlichem Öffnen von Calziumkanälen. Bitte vergessen Sie nicht die Achsenbeschriftung (Variable mit Benennung). -Nennen Sie die Nernst-Gleichung und erklären Sie was sie beschreibt. - Zeichnen Sie das Schaltbild (equivalent circuit) einer Membran. - Was ist die Membran-Zeitkonstante und was beschreibt sie? - Was ist die Membran-Längskonstante und was beschreibt sie? - In welchen Zuständen kommt der Natriumkanal vor? - Welche Ionenkanäle bestimmen die Frequenz der APs? - Was ist der (im Laufe der Evolution) älteste Ionenkanal?

2 + 6 7 Na -Kanal Transportrate: Ionen/sec aber: pro AP kommt nur etwa 1 Ion pro 1 Million Natriumionen im Intrazellulärraum hinzu!

3 Die Membran-Längskonstante: Lamda λ (cm) λ gibt an, nach welcher Strecke das Ausgangspotential auf 37% des Ausgangswertes abgefallen ist. Ux = Uo e -(x/λ) e = 2,718 1/e = 0,367

4

5 λ = rm / (ra + ri ) = a Rm / 2 Ri ra = vernachlässigbar kleiner Aussenwiderstand 2 ri = Ri (1/π a ) = Innenwiderstand rm = Rm (1/ 2π a) = transmembraner Widerstand a= Radius der Faser Ri = spez. Widerstand pro 1 cm 3 Plasmamembran 2 Rm = spez. Widerstand pro 1 cm Plasmamembran

6 Fasern mit größerem Durchmesser leiten schneller! Leitungsgeschwindigkeit wird größer, wenn man den Membranwiderstand erhöht: Gliahüllen! Saltatorische Erregungsleitung!

7 Synaptische Übertragung Elektrische Synapsen Chemische Synapsen

8 Übersicht: 1. Elektrische Synapse 2. Chemische Synapse 3. Rezeptortypen an der chemischen Synapse 4. Transmitter an der chemischen Synapse 5. Vesikelfreisetzung an der chemischen Synapse 6. Synaptische Modulation (Lernen)

9 Chemische Synapse präsynaptisches Neuron postsynaptisches Neuron axoaxonische Synapse

10 Ein Neuron bildet etwa 1000 Synapsen und empfängt etwa Synapsen: 14 Im menschlichen Gehirn: etwa 10 Synapsen

11 Elektrischeund chemische Synapsen

12 Elektrische Synapse: Gap junction Connexin

13 Riesenfasersystem Flusskrebs im Bauchmark Mechanosensorischer Reiz gerichtete elektrische Synapse: schnelle Signalleitung: Schwanzschlagen als Fluchtreflex

14 Elektrisch gekoppelte Motoneurone der Tintendrüse von Aplysia Synchronisation mehrerer Neurone durch elektrische Synapsen Aus: Kandel et al. (2000): Principles of Neural Science

15 Elektrischeund chemische Synapsen

16

17 Chemische Synapse Purves et al. (2001) Neuroscience

18 Die motorische Endplatte

19

20 Motorische Endplatte Wirbeltier aus: Kandel et al. (1995) Neurowissenschaften

21 Das einlaufende AP des Motorneurons erzeugt ein EPSP, das Endplattenpotential (EPP) ( von etwa mv). Es erzeugt ein AP in der Muskelzelle

22 Abbau und Wiederaufnahme von Acetylcholin in der motorischen Endplatte

23 Der nikotinische Acetylcholinrezeptor 2 Alpha-, 1 Beta-, 1 Gamma-, 1 Delta-Einheit Je ein ACh bindet an beide -Einheiten Jede Untereinheit aus 4 transmemb. Domänen M2 (+M3) bildet Pore Pore negativ geladen Kationenkanal (Na +, K +, Ca 2+ )

24 Metabotroper Rezeptor = G-Proteingekoppelter Rezeptor Aus: Nickolls et al. (2001) Vom Neuron zum Gehirn

25 Neurotransmitter-Rezeptoren

26 Transmitterkriterien 1. Substanz ist in präsynaptischer Nervenendigung vorhanden 2. Depolarisation der Nervenendigung führt zur Freisetzung der Substanz 3. Substanz kann durch synaptischen Spalt diffundieren und erreicht postsynaptische Membran 4. Substanz ruft in postsynaptischer Zelle spezifische Effekte hervor, die durch exogene Applikation der Substanz nachgeahmt werden können 5. Es existiert ein spezifischer Mechanismus, um die Substanz vom Wirkungsort zu entfernen

27 Dalesches Prinzip Ein Neuron setzt an allen präsynaptischen Endigungen den gleichen Transmitter frei. (Ist inzwischen umstritten)

28 Neurotransmitter 1. Acetylcholin Motoneurone (Wirbeltiere); vegetatives Nervensystem Synthese aus Cholin und Acetyl-CoA 2. Aminosäuren Glutamat GABA Glycin Nerv-Muskel-Synapse (Arthropoden); ZNS Wirbeltiere (meist excitatorisch) = Gamma-Aminobuttersäure; inhibitorisch im ZNS inhibitorischer Transmitter im ZNS (Rückenmark)

29 3. Biogene Amine Serotonin Dopamin Noradrenalin Histamin =5-Hydroxytryptamine (Indolamin); Raphekerne: Aufmerksamkeit; Synthese aus Tryptophan Catecholamin; Basalganglien, Parkinson-Krankheit; Synthese aus Tyrosin Catecholamin; vegetatives Nervensystem; Synthese aus Tyrosin Photorezeptoren (Arthropoden); Synthese aus Histidin 4. Peptide über 50 verschiedene Peptide, oft artspezifisch z.b. Substanz P, Cholecystokinin, Gastrin, Opioide (Enkephaline, Endorphine); Synthese im Soma 5. Stickstoffmonoxid NO, gasförmiger Transmitter, relaxiert Gefäßmuskulatur

30 Neurotransmitter stammen aus verschiedenen Substanzklassen

31 Rolle des Ca Mobilisierung von Vesikeln aus Speicherkompartment 2. Fusion der Vesikel mit Zellmembran 1 2

32 Anlagerungskomplex der Vesikel VAMP=Synaptobrevin (v-snare) Syntaxin SNAP-25 t-snare NSF = N-ethylmaleimide sensitive fusion protein SNAP = soluble NSF-attachment protein SNARE = SNAP Receptor v-snare= vesicle SNARE t-snare = target SNARE

33 SNARE-Hypothese der Vesikelfusionierung 1. Annäherung des Vesikels 2. Andocken 3. Ca ++ -Einstrom 4. Fusionierung

34 Informationsverarbeitung an Synapsen Räumliche Summation Zeitliche Summation

35 Heterosynaptische Modulation Präsynaptische Inhibition Präsynaptische Fazilitation (Bahnung)

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