11 MZB I - Helmchen 1
Biophysik der erregbaren Zellen Ruhepotential und Aktionspotential Ionenkanäle Nervenleitung
Biophysik der erregbaren Zellen Ruhepotential und Aktionspotential Ionenkanäle Nervenleitung
Fichier Détails
| Résumé | Diese Lernkarten bieten einen umfassenden Überblick über die Grundlagen der Neurophysiologie und Pharmakologie auf Universitätsniveau. Sie konzentrieren sich auf die Funktionsweise von Ionenkanälen, insbesondere Natrium- und Kaliumkanälen, sowie auf die Rolle von Rezeptoren und Membranpotentialen. Die Karteikarten behandeln auch die molekularen Strukturen und die Pharmakologie von Ionenkanalblockern. Medizinstudierende und Forscher profitieren von diesem Set, um ihr Verständnis der zellulären und molekularen Mechanismen der neuronalen Erregbarkeit zu vertiefen. |
|---|---|
| Cartes-fiches | 33 |
| Utilisateurs | 15 |
| Langue | Deutsch |
| Catégorie | Médecine |
| Niveau | Université |
| Crée / Actualisé | 07.04.2016 / 20.02.2022 |
| Lien de web |
https://card2brain.ch/box/11_mzb_i_helmchen
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| Intégrer |
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Nernst Gleichung
Nernst-Gleichung beschreibt die Konzentrationsabhängigkeit des Elektrodenpotentials eines Redox-Paares
• beschreibt den Gleichgewichtszustand
• kein Nettofluss
Am Beispiel Kalium-Gleichgewichtspotential EK
\(Δψ = E_{K} = -{{RT} \over {zF}} ln {[K^{+}]_{innen} \over [K^{+}]_{aussen}} ={{RT} \over {zF}} ln {[K^{+}]_{aussen} \over [K^{+}]_{innen}}\)
Vereinfachung der Nernst gleichung (bei einzähligen Ionen)
s.B.
Nernst gleichung:
Voraussetzung damit sie gut stimmt
nernst Gleichung stimmt bei hohen Konzentration recht gut, bei niedrigen Konzentrationen gibt es eine abweichung
Goldmann-Hodgkin-Katz Gleichung
Erweiterung der Nernst-Gleichung
-> Mischpotentiale, wenn Membran für mehrere Ionensorten durchlässig ist (hier für K+, Na+, und Cl-)
Na+-K+-ATPase
ATP Verbrauch
Blocker
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.
s.B.
Ionenstrom bei einem Aktionpotential
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.
Nervenzellmembran: Allgemeiner Aufbau
• Doppellipidschicht
– Phosopholipide, Cholesterin
• Membranproteine
– integrale/periphere Membranproteine
– Transmembranproteine
• Glykokalyx
– Glykoproteine
– Glykolipide
Patch Clamp:
Konfigurationen:
Whole-cell recording
Inside-out recording
Outside-out recording
s.B.
Halbaktivierungs-Potential
Potential, bei dem 50% der kanäle geöffnet sind
-> Verschiebung der Kurve nach links = leichtere Erregbarkeit (vice versa)
Molekulare Struktur von Natriumkanälen
Funktion von:
- α-Untereinheit
- β-Untereinheit
- 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
Ionenkanalzustände in Abhängigkeit des Membranpotentials:
Na+ Kanäle
s.B.
Ionenkanalzustände in Abhängigkeit des Membranpotentials:
K+ Kanäle
s.B.
Topologie von Kaliumkanälen
Untereinheiten
- 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
spannungsgesteuerte Ionenkanäle:
Calcium-Kanäle
Funktion
- entscheidend an der synaptischen Übertragung beteiligt
- Grundlage von Calcium-APs
- Regulation biochemischer Pfade
spannungsgesteuerte Ionenkanäle:
Chlorid-Kanäle
Funktion
- kontrollieren Ruhepotential und Erregbarkeit
- Regulation des Zellvolumens
Spannungssensor im Kanal
Prinzip
• Helix mit positiv geladenen Aminosäuren im S4 Transmembransegment
• Konformationsänderung bei Änderung des Membranpotentials führt zum Öffnen der zentralen Pore
Selektivitätsfilter von K+ Kanälen
Prinzip
- 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
Pharmakologie:
Blockierung von Ionenkanälen
Bsp. :TTX
- 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
Ligandengesteuerte Rezeptoren:
2 Typen
/Beispiele
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
nAChR
Molekulare Struktur
Nikotinischer Acetylcholinrezeptor
Der nAChR besteht aus 5 Untereinheiten, die aus je 4 Transmembran-Segmenten bestehen
Molekulare Struktur metabotroper Rezeptoren
Monomerische /Heteromerische Proteine
Anzahl Transmembransegmente
G-Proteine
Beispiele
• 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, ...
Spannungsklemme (Voltage Clamp)
Funktionsprinzip
Über einen Rückkopplungsschaltkreis wird das Membranpotential konstant gehalten (auf das Kommando- potential „geklemmt“)
-> Der benötigte Strom entspricht dem Membranstrom bei diesem Potential.
Trennung der Ionenstromanteile:
2 Methoden
Durch Ionensubstitution: (Natrium-freie Extrazellulärlösung)
-> Der benötigte Strom entspricht dem Membranstrom bei diesem Potential.
Durch pharmakologische Blockierung der einzelnen Komponenten
Zeitliche Leitfähigkeitsänderungen der Na+ und K+ Kanäle
s.B.
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