Exzitatorische (erregende) Synapsen

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1 Exzitatorische (erregende) Synapsen Exzitatorische Neurotransmitter z.b. Glutamat Öffnung von Na+/K+ Kanälen Membran- Potential (mv) -70 Graduierte Depolarisation der subsynaptischen Membran = Erregendes postsynaptisches Potential (EPSP) Zeit (ms) Bear

2 Inhibitorische (hemmende) Synapsen Inhibitorische Neurotransmitter z.b. Gamma-aminobuttersäure (GABA) Glyzin Öffnen Chloridkanäle Membran- Potential (mv) -70 graduierte Hyperpolarisation inhibitorisches postsynaptisches Potential (IPSP) Zeit (ms) Bear

3 Neurotransmitterrezeptoren 1. Ionotrope Rezeptoren LIGANDENGESTEUERTE Ionenkanäle Beispiel: nikotinischer Acetylcholinrezeptor AMPA-Glutamatrezeptor 2. Metabotrope Rezeptoren Rezeptorprotein ist gekoppelt an G-Protein, aktiviert Enzymkaskade; Bildung second messenger ; Steuerung von Ionenkanälen Beispiel: mglu-rezeptor

4 Small-Molecule Neurotransmitters

5 Peptide Neurotransmitters

6 Anatomie erregender versus hemmender Synapsen Typ I erregend (glutaminerg) Typ II hemmend (GABAerg) Kandel

7 Neuronales Rechnen Eckert EE E > 2 APs E I > 3 APs E AP- Generierungszone AP-Schwelle genau 2 APs Räumliche Summation Räumliche Subtraktion Zeitliche Summation

8 Zusammenfassung: Synaptische Übertragung Elektrische versus chemische Synapsen (Anatomie und Unterschiede: Geschwindigkeit, genauigkeit,bidirektionalität, Modulierbarkeit) Synaptische Prozesse: AP V-abh.-Ca-Kanäle [Ca] ^ Vesikel fusionieren an präsyn. Membran Transmitterausschüttung Postsynaptische Rezeptoren aktiviert IPSPs oder EPSPs Postsynaptische Reaktion hängt vom Rezeptor und nicht vom Neurotransmitter ab Ionotrope versus metabotrope Rzeptoren Neurotransmitterklassen: Acetycholin, Aminosäuren(Glu, GABA, Gly) Biogene Amine (Dopamin, Noradrenalin), Peptide (Enkephalin) Räumlich/zeitliche Summation und Subtraktion durch Neurone

9 Einfache neuronale Schaltkreise

10 Sensorischer Input Sensorische Filterung Funktionelle Haupteile des Zentralnervensystems Sensorische Zentren Neuronale Verschaltung Genetische Information Erfahrung Assoziative Schaltkreise Mustergeneratoren Motorischer Output Motorische Zentren Eckert

11 Hypothetischer Ausgangszustand Rezeptorneuron Einfache neuronale Schaltkreise Effektorzelle Monosynaptischer Reflexbogen Polysynaptischer Reflexbogen Effektorzelle Rezeptorneuron Rezeptorneuron Interneuron Sensorisches Neuron Motoneuron Effektorzelle Moto- Neuron Eckert

12 Divergenz Konvergenz Feedback Spektrum Neurowiss Positives Feedback (direkt exzitatorisch) 2. Negatives Feedback (inhibitorisches Interneuron)

13 Ein einfacher Schaltkreis: Kniesehenenreflex Kandel

14 Die Mauthner Zelle Fluchtreflex bei Knochenfischen Wasserströmung Muskelaktivierung Haarzellen Axon Hemmende elektrische Synapse Erregende elektrische Synapse Hemmende chemische Synapse Erregende chemische Synapse Dendrit Zigmond

15 Zusammenfassung: Einfache Schaltungen Verschaltungsprinzipien: Divergenz, Konvergenz, Feedback monosynaptische /polysynaptische Reflexbögen Kniesehenreflexspiel Mauthnerzelle - Fluchtreflex

16 Modulation von Synapsen

17 Die wichtigsten erregenden Rezeptoren: Glutamatrezeptoren AMPA - Rezeptor (Kainat, Quisqualat) NMDA - Rezeptor Ionotrope Glu-Rezeptoren Metabotroper Glu-Rezeptor Kandel

18 Verhalten unterschiedlicher ionotroper (I) und metabotroper (M) Rezeptoren und ihre Neurotransmitter

19 Interaktion zwischen AMPA und NMDA Glutamatrezeptoren Normale Übertragung Synapsenpotenzierung Posttetantische Potenzierung Langzeitpotenzierung (LTP) NO Präsynaptisch: Verbesserung der Glutamat-Vesikel Ausschüttung [Ca 2+ ] Calmodulin-kinase, Tyrosin-kinase NO-synthase Postsynaptisch: Genaktivierung mehr AMPA-Kanäle Änderung der spine-form Dudel Menzel Schmidt

20 Posttetanische Potenzierung tetanische Stimulation Präsynaptisches Neuron Postsynaptisches Neuron Posttetanische Potenzierung Kandel

21 Langzeitpotenzierung im Hippocampus Wildtyp Intrazelluläre Ableitung von EPSPs tetanische Reizung Ca 2+ /Calmodulin-Kinase Mutante Brain Slice Zigmond Kandel

22 LTP ist wichtig für Raumgedächtniss Wasserbecken Unterwasserplattform Maus Mutante Ca/Calmodulin -kinase Mutante (Tyrosin-kinase) Kandel

23 Glutamatrezeptoren: - Langzeitdepression Quisqualat Rezeptor metabotroper Glu-Rezept.

24 Präsynaptische Modulation Präsynaptische Bahnung/Facilitation Serotonin Präsynaptische Hemmung GABA Serotonin blockiert K-Kanäle AP wird verlängert Präsynapse Synaptischer Spalt GABA öffnet Cl-kanäle AP-Amplitude wird reduziert Spannung Postsynapse Dudel Menzel Schmidt 2 Aktionspotentiale Nur EPSP

25 Zusammenfassung: Synaptische Modulation Beispiel synaptischer Modulation/Modifikation: Glutamatrezeptoren Synaptische Potenzierung: AMPA / NMDA Rezeptoren bewirken präsynaptische und postsynaptische Modifizierung Posttetanische Potenzierung Langzeitpotenzierung (LTP) im Hippocampus (Raumgedächtniss) Langzeitdepression (LTD) bei Zusammenspiel von Quisqualat / mglu Rezeptoren Präsynaptische Modulation durch axo-axonale Synapsen: Hemmung (GABA) oder Bahnung/Fazilitation (Serotonin)