11 MZB I - Helmchen 1

Skala:
- Makroskopische Phänomene
(EKG, EEG, ...)
- Zelluläre und Molekulare Phänomene
(Ruhepotential, Aktionspotential, Ionenkanäle)

Modus
- Elektrische Messung
(EKG, EMG, ...)
- Elektrische Reizung
(Defibrillator, Reizstromtherapie, Elektrogymnastik, Tiefenstimulation, ...)

Möglichkeit von Stoffteilchen:
• mit anderen Stoffen zu reagieren (chemische Reaktion);
• in eine andere Zustandsform überzugehen (Phasenübergang);
• sich im Raum umzuverteilen (Diffusion).

Plasma 141
extrazellulär 143
intrazellulär 15

[mmol/l]

Plasma 4
extrazellulär 4
intrazellulär 140

[mmol/l]

Plasma 2,5
extrazellulär 1,3
intrazellulär 0,0001

[mmol/l]

Plasma 103
extrazellulär 115
intrazellulär 8

[mmol/l]

s.B.

Aber: in Ruhe hohe Permeabilität von Kalium-Ionen aufgrund von geöffneten Kanälen!

Nernst-Gleichung beschreibt die Konzentrationsabhängigkeit des Elektrodenpotentials eines Redox-Paares

• beschreibt den Gleichgewichtszustand
• kein Nettofluss

Am Beispiel Kalium-Gleichgewichtspotential EK

\(Δψ = E_{K} = -{{RT} \over {zF}} ln {[K^{+}]_{innen} \over [K^{+}]_{aussen}} ={{RT} \over {zF}} ln {[K^{+}]_{aussen} \over [K^{+}]_{innen}}\)

s.B.

nernst Gleichung stimmt bei hohen Konzentration recht gut, bei niedrigen Konzentrationen gibt es eine abweichung

Erweiterung der Nernst-Gleichung
-> Mischpotentiale, wenn Membran für mehrere Ionensorten durchlässig ist (hier für K+, Na+, und Cl-)

befördert unter Spaltung von ATP 3 Natrium-Ionen von Innen nach Aussen und 2 Kalium-Ionen von Aussen nach Innen
-> ist daher elektrogen

mehr als ein Drittel des
Energieverbrauchs der Zellen entfällt auf die Na+-K+-ATPase

Ouabain (g-Strophantin) ist ein hochspezifischer Blocker der Na+-K+-ATPase

s.B.

Aktionspotentiale erfolgen durch die Öffnung von Natriumkanälen; aufgrund der hohen Konzentrationsdifferenz von Natrium-Ionen strömen positive Teilchen in die Zelle ein, das Potential ändert sich von etwa -75 mV auf +30 mV (Depolarisation). Die Natriumkanäle werden im Anschluss inaktiviert.

Im weiteren Verlauf kommt es zur Repolarisation. Dabei strömen positiv geladene Kalium-Ionen mittels zeitlich verzögert öffnender Kaliumkanäle aus der Zelle aus. Der Repolarisation folgt bei manchen Zellarten eine kleine Hyperpolarisation, bevor das Ruhepotential von etwa -70 bis -80 mV wieder erreicht ist.

• Doppellipidschicht
  – Phosopholipide, Cholesterin
• Membranproteine
  – integrale/periphere Membranproteine
  – Transmembranproteine
• Glykokalyx
  – Glykoproteine
  – Glykolipide

s.B.

Potential, bei dem 50% der kanäle geöffnet sind

-> Verschiebung der Kurve nach links = leichtere Erregbarkeit (vice versa)

- Die α-Untereinheit enthält die Kanalpore
- Die α-Untereinheit besteht aus 4 Proteindomänen
- Jede Domäne besitzt 6 Transmembranregionen (TMR)
- Zusatzuntereinheiten (ß-subunit) regulieren die Funktion

s.B.

s.B.

- grosse und diverse Gruppe von spannungsgesteuerten Kanälen
- es gibt mehrere Untergruppen, die sich in ihrer Struktur und in ihren Aktivierungs- und Inaktivierungseigenschaften unterscheiden
- Ionenkanal besteht aus 4 Kanalproteinen
- verschiedene Kanalproteinstrukturen mit entweder 2, 4, 6, oder 7 TMRs

- entscheidend an der synaptischen Übertragung beteiligt
- Grundlage von Calcium-APs
- Regulation biochemischer Pfade

- kontrollieren Ruhepotential und Erregbarkeit
- Regulation des Zellvolumens

• Helix mit positiv geladenen Aminosäuren im S4 Transmembransegment
• Konformationsänderung bei Änderung des Membranpotentials führt zum Öffnen der zentralen Pore

- die 4 extrazellulären Schleifen zwischen den Transmembransegmenten sind am Selektivitätsfilter beteiligt
- Selektivität wird durch Anpassung der Porenöffnung an den Durchmesser des dehydrierten Kalium-Ions erreicht

- viele Gifte binden an spannungsgesteuerte Ionenkanäle und blockieren dadurch ihr Öffnung 

- bekanntestes Beispiel ist Tetrodotoxin (TTX) aus dem Kugelfisch, das Natriumkanäle blockiert 
  -> Folge: die Ausbreitung von Aktionspotentialen ist unterbunden, es kommt zu sensiblen und motorischen Lähmungen 

Lokalanästhetika (z.B. Lidocain) blockieren ebenfalls Natriumkanäle 

1. Ionotrope Rezeptoren
– Ligandenbindung öffnet Ionenkanal
– Beispiele: nikotinischer ACh-Rezeptor, Glutamat- Rezeptoren des AMPA- und NMDA-Typs 
2. Metabotrope Rezeptoren
– Ligandenbindung löst intrazelluläre Signalkaskade aus
– Beispiele: muskarinischer ACh-Rezeptor, metabotrope Glutamat-Rezeptoren 

Nikotinischer Acetylcholinrezeptor

Der nAChR besteht aus 5 Untereinheiten, die aus je 4 Transmembran-Segmenten bestehen 

• Monomerische Proteine
• 7 Transmembransegmente
• G-Proteine binden an die intrazelluläre Schleife zwischen Domänen 3 und 4 und die C-terminalen Region 
(Als G-Proteine oder GTPasen bezeichnet man eine inhomogene Gruppe von Proteinen innerhalb vonZellen, die in der Lage sind, die Guanin-Nucleotide GDP und GTP zu binden)
• Beispiele: Rezeptoren für Glutamat, GABA, Dopamine, Norepinephrine, Histamine, Serotonin, ... 

Über einen Rückkopplungsschaltkreis wird das Membranpotential konstant gehalten (auf das Kommando- potential „geklemmt“)
-> Der benötigte Strom entspricht dem Membranstrom bei diesem Potential. 

Durch Ionensubstitution: (Natrium-freie Extrazellulärlösung)
-> Der benötigte Strom entspricht dem Membranstrom bei diesem Potential.

Durch pharmakologische Blockierung der einzelnen Komponenten

s.B.