Passive und aktive elektrische Membraneigenschaften

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1 Aktionspotential

2 Passive und aktive elektrische Membraneigenschaften V m (mv) 20 Overshoot Aktionspotential (Spike) V m Membran potential Anstiegsphase (Depolarisation) aktive Antwort t (ms) Repolarisation Spike-Schwelle passive Antwort Depolarisation Reizstrom ms Ruhepotential Nach-Hyperpolarisation Hyperpolarisation

3 Aktionspotential - Formen Depolarisation Repolarisation Schwelle Nach-Hyperpolarisation Dudel Menzel Schmidt

4 Aktionspotential - Erzeugung Na + Gleichgewichtspotential K + Gleichgewichtspotential Ruhemembranpotential AP-Schwelle g Na g K Eckert

5 Purkinje-Zelle im Kleinhirn: Ca 2+ versus Na + Aktionspotentiale Dendritic Ca 2+ spike Somatic Na + spike Zigmond

6 AP-Rate hängt von Stärke der auslösenden Depolarisation ab Rate kodiert Reizamplitude

7 Aktionspotential - Refraktärzeit

8 Aktionspotentiale im Säugerhirn Zigmond

9 Zusammenfassung: Aktionspotential AP stellt aktive Membranpotentialänderung dar AP wird erzeugt aufgrund von V-abhängigen Na-Kanälen (Depolarisationsphase) gefolgt von der Aktivierung V-abhängiger K-Kanäle (Repolarisationsphase, Hyperpolarisationsphase) AP-Amplitude erreicht fast den Wert des Na-Gleichgewichtspotential (+20 bis +50 mv) Schwellenpotential muss erreicht werden für AP-Auslösung Alles oder Nichts - Erregung Nach AP-Auslösung gilt absolute und relative Refraktärzeit für Auslösung des nächsten APs Energiequelle für AP sind ATP-getriebene NA/K Austauschpumpen

10 Erregungsleitung

11 Erregungsleitung in Neuronen: elektrotonische Ausbreitung Eckert

12 Erregungsleitung in Neuronen: elektrotonische Ausbreitung Membran- Widerstand R m R m / R l Längs- Widerstand R l Eckert

13 Ausbreitung von Aktionspotentialen Saltatorische Ausbreitung

14 Gliazellen Oligodendrozyten Schwannsche Zelle Astrozyt Ranvier-Schnürring Axon Schwannzelle Myelin Oligodendrozyt Axon Axon Neuron Axon Bildung Myelinscheide Im Zentralnervensystem Bildung Myelinscheide im peripheren Nervensystem Ernährung, Konstant- Haltung des extra- Zellulären Milieus

15 Myelinbildung bei peripheren und zentralnervösen Neuronen ZNS: Oligodendrocyt PNS: Ranvier-Schnürring Schwannsche Zelle

16 Multiple Sklerose (MS) Multiple Sklerose ist eine Krankheit des Zentralnervensystems. Es handelt sich dabei um eine Demyelinisierung und Entzündung von Axonbahnen in vielen Hirngebieten. Symptome: Monoculare Blindheit (Läsionen im optischen Nerven); motorische Schwächen und Paralyse (Läsionen im cortico-spinalen Trakt); abnormale somatische Empfindungen (Läsionen in den somatosensorischen Bahnen); Schwindelgefühl (Läsionen in den vestibulären Bahnen) Letzte Ursache für MS ist ungeklärt, aber Hypothese ist, dass das es sich eventuell um eine Krankheit des Autoimmunsystems handelt.

17 Zusammenfassung: Erregungsleitung Elektrotonische Ausbreitung von Membranpotentialänderungen ist passiver Ausbreitungsmodus, hängt ab von vom Membranwiderstand und dem Längswiderstand Reichweite der Ausbreitung wird durch Längskonstante λ angegeben Saltatorische Ausbreitung von APs in Axonen zwischen den Ranvierschen Schürringen Myelin als elektrischer Isolator Gliazellen (Oligodendrocyten, Schwannsche Zellen) bilden Myelin

18 Synaptische Übertragung

19 Elektrische Synapsen chemische Synapsen Kandel

20 Elektrische Synapsen (gap junctions) Sehr schnelle, 1:1 Übertragung von Aktionspotentialen schnelle Reflexschaltkreise Verschaltungen mit hoher zeitlicher genauigkeit Synchrone neuronale Netzwerke Selten zwischen Neuronen des erwachsenen ZNS von Wirbeltieren. Häufig zwischen Gliazellen Bear

21 Elektrische Synapsen: meist bidirektional Nichtgleichrichtende Synapse Gleichrichtende Synapse Dudel Menzel Schmidt

22 Elektrische Synapsen sind regulierbar geschlossen offen ph-wert [Ca 2+ ] Membranspannung extrazelluläre Schleifen für homophile Wechselwirkung Cytoplasmatische Schleifen zur Regulation Kandel

23 Chemische Synapse Campbell

24 Ultrastruktur von Synapsen Raster-EM Transmissions EM Lodish; Dorrit

25 Unterschiedliche Eigenschaften elektrischer und chemischer Synapsen Kandel

26 Abfolge von Ereignissen an der Präsynapse Synapt. Vesikel Ca 2+ g V,Ca 1.) APs depolarisieren präsynapt. Membran 2.) Aktivierung von V-abhängigen Ca 2+ -Kanälen (g V,Ca ) - Ca 2+ -Influx Axon AP s Ca 2+ Präsynapt. Zelle Ca 2+ 3.) Anstieg von [Ca 2+ ] i in präsynaptischer Terminale Aktive Zone Synapt. Spalt 4.) Fusion synapt. Vesikel mit präsynapt. Membran und Freisetzung(Exocytose) von Neurotransmittern in synapt. Spalt 5.) Neurotransmitter diffundiert zur postsynapt. Membran Postsynapt. Zelle

27 Abfolge von Ereignissen an der Postsynapse 1.) Neurotransmitter diffundiert zur postsynaptischen Membran 2.) Transmitter bindet an Rezeptor-Ionenkanal Kanal öffnet sich 3.) Na + - einwärts Strom (stark) K + - auswärts Strom (schwach) prä K + K + Na + Na + post 4.) Depolarisation der postsynaptischen Membran (EPSP = excitatory postsynaptic Potential) 5.) Aktivierung der Spannungsabhängigen Na + -Kanäle APs Neurotransmitter-Rezeptor Na + -K + -channel

28 Abfolge von Ereignissen an einer erregenden Synapse 1. Depolarisation der präsynaptischen Membran (z.b. durch APs) 2. V-abhängige Ca 2+ Kanäle öffnen sich 3. Ca 2+ strömt in die präsynapt. Axonterminale [Ca 2+ ] i steigt an 4. Ca 2+ ermöglicht Fusionierung der Vesikel mit präsynaptischer Membran 5. Neurotransmitter wird in den synaptischen Spalt freigesetzt 6. Transmitter bindet an postsynaptischen Rezeptor-Ionenkanal Na + /K + -Kanal öffnet sich 7. Na + - einwärts Strom (stark), K + - auswärts Strom (schwach) 8. Depolarisation der postsynaptischen Membran (EPSP = excitatory postsynaptic Potential) 9. EPSP kann nun AP in der postsynaptischen Zelle auslösen

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