M3 Biologische Grundlagen
Fernuni Hagen Modul 3 (alt)
Fernuni Hagen Modul 3 (alt)
Zytoarchitektonik
System den Kortex als Hirnkarten zu untergliedern
Struktur (Dichte, Anordnung, Form der Neurone) des Kortex
Unterteilung "unimodale primäre idiotypische Kortizes" und "multimodale Assoziationskortizes"
- primärer idiotypischer Kortex: reagiert nur auf eine Modalität; Schädigungen dieser Areale betreffen nur eine sensorische oder motorische Modalität
- idio= für eine Sache zuständig
- multimodale (oder poly- heteromodale) Assoziationskortizes: neuronale Antworten werden zunehmend multi- oder heteromodal
- Ausfälle/Schädigungen sind nicht mehr nur auf ein Sinnessystem beschränkt
Kortikale Module/ Kolumnen
sind (meist vertikal) angeordnete Gruppen von Pyramidenzellen, welche einer klar umgrenzten Funktion (z.B. horizontale Kontraste "erkennen") dienen
Kolumnen bezeichnen meistens noch kleinere Gebiete wie Module
Die Assoziationsareale
polymodale Assoziationskortize/ Assoziationsfelder, in denen Informationen aus den sensomotorischen Regionen zu übergeordneten Einheiten flexibel zusammengefasst werden
Großhirnrinde: großer assoziativer Speicher, in dem all unser sprachliches und nichtsprachliches Wissen und viele unserer Fertigkeiten niedergelegt sind
Informationsfluss im Neokortex geht im:
- posterioren sensorischen Abschnitt des Kortex von spezifisch nach multimodal (heteromodal)
- anterioren motorischen Abschnitt von heteromodal nach spezifisch
Ort des Lernens und Denkens
Denken= interaktive Aktivität von Erregungsmustern zwischen den Pyramidenzellen und ihren Dendriten
Ort: Dornfortsätze "spines" der apikalen Dendriten der Pyramidenzellen (sind größtenteils plastisch dh. modifizierbar)
- liegen in den Assoziationskortizes
- apikal = "spitzenwärts", "zur Spitze hin"
Prosopagnosie
- wenn der Gyrus fusiformis zerstört oder inaktiviert ist
- Person kann keine Gesichter mehr erkennen; teilweise sich selbst nicht mehr im Spiegel
- Gyrus fusiformis -- Identifikation größerer, abstrakter Objektkategorien
Das Zerebellum (Kleinhirn)
besteht aus:
- Neozerebellum: Nucl. dentatus; erhält Informationen aus den sensorischen und motorischen Arealen des Großhirns und der Basalganglien; projiziert zum Thalamus und in die motorischen und präfrontalen Areale; dient der Planung und Ausführung gelernter Bewegungen
- Spinozerebellum: erhält Informationen aus dem gesamten Rückenmark und den Sinnessystemen; dient der polysensorischen Integration, um präzise/flexible Bewegungen zu ermöglichen
- Vestibulozerebellum
"kognitive Maschine" zur exakten Zeitplanung und Zeitgebung, die v.a. beim assoziativen Lernen von Bewegungen und Verhalten notwendig ist
Die Ausgänge des Zerebellums führen zu den auf- absteigenden motorischen Systemen und den Vestibulariskernen
Transmittersystem
Alle Neurone (Soma, Axone, Dendriten, Synapsen) und deren präsynaptische Verbindungen, die einen bestimmten Transmitter oder eine bestimmte Kombination von Transmittern zur Kommunikation mit anderen Zellen und Dendriten benutzen
- Transmittersysteme im Gehirn halten sich nicht an die anatomischen Abgrenzungen, sondern können sich durch alle Hirnregionen ziehen
Die 4 wichtigsten Transmittersysteme im ZNS (Abbildung)
Psychopharmaka
- es ist NICHT nur ein Wirkstoff für die Entstehung einer Verhaltensstörung verantwortlich
- die meisten Psychopharmaka beeinflussen eine Vielzahl von Übertragungsprozessen, neuronalen Strukturen und Verhaltensweisen und interagieren mit den Umweltdeterminanten der jeweiligen Störung
- für ein bestimmtes Verhalten sind meist mehrere Transmitter- und Rezeptorsysteme verantwortlich
Eigenschaften der wichtigsten Neurotransmitter (Tabelle)
Was ist eine wichtige Voraussetzung des Gehirns für Aufmerksamkeit, Lernen und Gedächtnis?
Die Versorgung des Gehirns mit Azetylcholin aus dem Stammhirn und dem basalen Vorderhirn
Dopamin
- Dopaminerge Synapsen lösen im ZNS hemmende oder erregende postsynaptische Potenziale aus
- Dopamin ist der wichtigste Botenstoff im Gehirn, der motorisch und psychologisch als neurochemische Grundlage von Anreizen und positiver Psychomotorik fungiert
- Dopamin kann mehrere Wirkungen haben
- die zwei wichtigsten Dopaminsysteme:
- mesolimbisches System: entspringt im lateralen Tegmentum des Mittelhirns; positive Anreizfunktionen; Dopaminüberschuss kann hier Denkstörungen bei Schizuphrenen bewirken
- nigrostriatales System: Wechsel motorischer Programme; Dopaminmangel in diesem System zeigt Symptome der Parkinson-Erkrankung
- die zwei wichtigsten Dopaminsysteme:
Noradrenalin und Adrenalin
Zwei Noradrenerge Transmittersysteme:
- Locus-coeruleus-System: die Hälfte aller Noradrenalin-synthetisierenden-Neurone im Gehirn entspringen hier
- Nucl. coeruleus liegt innerhalb des periventrikulären Graus; ist diffus und unspezifisch
- Zwei Fasersysteme gehen vom Nucl. coeruleus aus:
- dorsale noradrenerge
- dorsale periventrikuläre
- Zwei Fasersysteme gehen vom Nucl. coeruleus aus:
- Nucl. coeruleus liegt innerhalb des periventrikulären Graus; ist diffus und unspezifisch
- Laterale tegmentale System: führt ins Zerebellum, Hypothalamus und limbisches System
Adrenerges Transmittersystem:
- Adrenalinsystem: entspringt der Medulla und zieht in alle Regionen des Stamm- Zwischenhirns, Thalamus
Histamin
- wirkt erregend
- alle Histaminneurone liegen im Hypothalamus und ziehen von dort in alle Teile des NS
beteiligt an:
- Schlaf-Wach-Steuerung
- vielen hormonellen Funktionen; Hormonausschüttung
Serotonin (5-HT) und Antidepressiva
Serotonin
- hat extensive Verbindungen im ZNS
- Regelung des zerebralen Blutflusses
- Regelung der Gefäßweite
- Regelung der Schmerzwahrnehmung
- Stimmungsbeeinflussender Effekt --> bestimmt die Persönlichkeitsstruktur eines Menschen
- wichtigste Ursprungszonen im Nucl.raphe
- Abfall der Serotoninkonzentration; Verlust einzelner Serotoninrezeptoren --> exzessiv aggressives Verhalten
Antidepressiva
- Hemmung der Wiederaufnahme von Serotonin aus dem synaptischen Spalt in die präsynaptische Endigung
- Latenz von 1-3 Wochen; schwacher antidepressiver Effekt; antiaggressiver Effekt
- kann teilweise auch Zellverlust bzw. Abnahme der Rezeptordichte von Serotoninrezeptoren verursachen --> die antiaggressive Wirkung kann in exzessive Aggression umschlagen
Kannabis
- Kannaboikrezeptoren und endogene Kannaboide: die am häufigsten im ZNS vorhandenen Rezeptoren
- Kannaboidsystem auch "Anandamidsystem" genannt
- wirkt meist hemmend
- Rezeptoren sind präsynaptisch lokalisiert --> hemmen Ca++-Einstrom --> reduzieren Ausschüttung anderer Transmitter
- Im ZNS nur in: Basalganglien, Kortex, Zerebellum-Kortex, Hippokampus, limbisches System
- die wichtigen Zentren des Stammhirns haben KEINE THC-Rezeptoren --> daher Kannabis kaum negative vitale Seiteneffekte
- Wirkung:
- entspannend, euphorisierend, schmerzhemmend, appetit-steigernd
- Gedächtnisstörungen, Bewegungs- Aufmerksamkeitsbeeinträchtigung
GABA
- wirkt meist hemmend und beruhigend
- kann aber bei Vorhandensein von Kotransmittern errgend werden
- je nach dem Ort des Ausfalls von GABA treten schwere Störungen der Erregbarkeit auf
- Epilepsie bei Störungen intrakortikaler GABA-Neuronen
Der Ausfall der ersten Tiefschlafphasen im Kindesalter führt zur Unterdrückung der Produktion und Ausschüttung von Wachstumshormonen
.
Wirkungen von Hormonen auf Verhalten und Wahrnehmung (Abbildung)
Wie viele Neurone besitzt das menschliche Gehirn?
25 Milliarden
Synapse =
Verbindungsstelle einer axonalen Endigung mit einer anderen Nerven-, Muskel-, oder Drüsenzelle
Axosomatische Synapse =
Wenn ein Axon auf dem Soma eines anderen Neurons endet
Axodendritische Synapse =
Eine Synapse zwischen Axon und Dendrit
Neuromuskuläre Endplatte =
Wenn ein Axon auf einer Skelettmuskelfaser endet
Axoaxonische Synapse =
Synapse zwischen zwei Axonen
Synapsen auf Muskelfasern der Eingeweide (glatte Muskulatur) und auf Drüsenzellen haben...
...keine speziellen Bezeichnungen
Gliazellen
- Stützgewebe; generelle Stütz- und Ernährungsfunktionen (beteiligt an der Ernährung der Neurone)
- bilden die Myelinscheiden (spezieller Typ "Oligodendroglia") und die Blut-Hirn-Schranke aus
- sind zahlreicher als die Nervenzellen im ZNS
- sind kleiner als die Nervenzellen
- nehmen an den Erregungsprozessen modulierend teil
- behalten zeitlebens die Fähigkeit zur Zellteilung bei --> Ausfüllen neuronaler Zelldefekte
Aufbau eines Neurons
- Nenne die Bestandteile eines Neurons
- Nenne die Verbindungen (verschiedene Synapsen)
Formenvielfalt der Neuronen
- Was besitzt JEDES Neuron?
- Die Ausbildung von welchem Bestandteil schwank stark?
- Jedes Neuron besitzt ein Soma und ein Axon
- die Ausbildung der Dendriten schwank sehr (s.Bild, Neuron D&E)
Axon
- Verbindet die Nervenzellen mit anderen Zellen
- Zweigt sich nach seinem Abgang aus dem Soma in zahlreiche Äste auf
- kann unterschiedlich lang sein (nur wenige Mirkon kurz oder über einen Meter lang)
Kollaterale
- Verzweigungen der Axone
- Können unterschiedlich lang sein (nur wenige Mikron kurz oder über einen Meter lang)
Durchmesser der Somata
von 5 µm bis 100 µm
(1 mm = 1000µm)
Länge der Dendriten
können einige hundert Mikrometer lang sein
Wie viel % des Volumens von Gehirn und Rückenmark machen Neurone und Gliazellen jeweils aus?
Je knapp 50%.
(Es gibt zwar mehr Gliazellen als Neurone, aber sie sind im Durchschnitt kleiner)
Oligodendroglia
- Ein Typ von Gliazellen
- bildet die Myelinscheiden der zentralen und peripheren Nervenfasern
Astroglia
- Ein Typ von Gliazellen
- bildet ein Auffangbecken bzw. Reservoir für Kaliumionen, die aus den Neuronen bei den Erregungsprozessen in das Interstitium freigesetzt werden
Glianarben
Gliazellvermehrungen.
(Sind oft der Ausgangspunkt für Krampfentladungen des Gehirns, die sich eventuell als epileptische Anfälle äußern)
Astrozyten
- sind Zellen der Glia ZNS
- Unterschied zu anderen Gliazellen: haben ausgeprägte Zellfortsätze (mit "Gliafüßchen", die sie an die Blutkapillaren des Gehirns anlagern)
- bilden dadurch ein Diffusionshindernis für große Moleküle (Blut-Hirn-Schranke) --> protektive Funktion
- nehmen (mölgicherweise) aktiv an der Informationsverarbeitung im Gehirn teil (enthalten in Vesikeln den Transmitter Glutamat, dessen Freisetzung die Erregbarkeit benachbarter Neurone steigern sollte)
Wer bildet die Blut-Hirn-Schranke?
Astrozyten
-
- 1 / 232
-
Cartes-fiches
Aminorsäuren als Transmitter:
- Glutamat
- GABA
- Glyzin
Die Beendigung der synaptischen Übertragung erfolgt auch bei den Aminosäuren durch Wiederaufnahme des Transmitters in die präsynaptische Endigung, in das postsynaptische Neuron und die umgebende Glia. Die Entfernung aus dem synaptischen Spalt erfolgt durch spezifische Transportproteine (Pumpen)
Glyzin
- dominierende hemmende Transmitter der postsynaptischen Hemmung in Rückenmark und Hirnstamm
- glyzinerge Synapsen im Gehirn sehr selten
Wirkung von Psychopharmaka (Bsp. Fluoxetin) an chemischen Synapsen
Peptiderge Kotransmitter
- An einer präsynaptischen Endigung wird nicht nur EIN Überträgerstoff ausgeschüttet, sondern noch eine weitere Substanz, die an der Übertragung mitwirkt
- --> "Kotransmitter": Überträgerstoffe, die zusammen mit einem niedermolekularen Transmitter in einer präsynaptischen Endigung auftreten
- Gemeinsame Freisetzung dieser Substanzen = "Kotransmission"
- In Vesikeln gespeicherte Neuropeptide (Ketten von Aminosäuren) als Kotransmitter. Diese sind modulierend an der synaptischen Übertragung beteiligt, d.h. sie erhöhen oder vermindern die Wirksamkeit des niedermolekularen Überträgerstoffs
- niedermolekulare Transmitter übernimmt die schnelle synaptische Übertragung
- peptiderge Kotransmitter verantwortlich für Langzeitverstellungen der Erregbarkeit (Zu-/Abnahmen)
Synaptische Modulaton =
Die Funktion der peptidergen Kotransmitter: sind für Langzeitverstellungen der Erregbarkeit (Zu- oder Abnahme) verantwortlich
Was macht ein synaptischer Modulator?
Bewirkt unmittelbar keine EPSP oder IPSP in den subsynaptischen Membranen, sondern er modifiziert Intensität und Dauer der Wirkung der niedermolekularen Übertragerstoffe
Präsynaptische Speicherung der Kotransmitter
- erfolgt in Vesikeln, die deutlich größer sind als die Vesikel der kleinmolekularen Transmitter
- Freisetzung dieser Vesikel ist (ebenso) kalziumgesteuert
- Freisetzung erfordert aber eine stärkere Aktivierung der präsynaptischen Endigung
- Freisetzung von peptidergen Kotransmittern tritt erst auf, wenn mehrere Aktionspotenziale in kurzem Abstand ankommen
Nicht-peptiderge Modulatoren
- nicht so zahlreich wie peptiderge
- z.T. weit verbreitet
- nicht-peptiderge Neuromodulatoren:
- Prinderivate (ATP- Treibstoff aller Zellen; Kotransmitter in cholinergen,adrenergen präsy.Endigungen, Adenosin- hemmend für die präsy.Freisetzung erregender kleinmolek.Transmitter),
- Abkömmlinge der Arachidonsäure (Prostaglandine- führt zu Entzündungsreaktionen/Fieber/Schmerz, Cannaboide),
- Stickstoffmonoxid NO- entfaltet für wenige Sek. seine Wirkung (z.B. Entspannung der Gefäßmuskulatur) und zerfällt
Was bewirkt die Öffnung von Ionenkanälen?
Die Anlagerung des freigesetzten Transmitters an den Rezeptor auf der postsynaptischen Seite
Die subsynaptischen Rezeptoren der Transmitter
Entweder
- ligandengesteuerte Ionenkanäle
oder
- metabotrope Rezeptoren
Ionotrope Rezeptoren
- Ein Typ von Rezeptoren für die Transmitter und Neuromodulatoren
- Ionotrope Rezeptoren werden aktiviert durch ihren Liganden (also den betreffenden Transmitter) und öffnen kurz vorübergehend einen Ionenkanal
- werden deswegen auch als ligandengesteuerte Ionenkanäle bezeichnet
- Ein und derselbe Transmitter kann Ligand für Ionotrope wie metabotrope Rezeptoren sein (siehe Bsp. ACh am Herzen)
- Die Eigenschaften der subsynaptischen Rezeptoren sind verantwortlich für die Eigenschaften (hemmend/erregend) der Synapsen
Metabotrope Rezeptoren
- ein Typ von Rezeptoren für die Transmitter und Neuromodulatoren
- "G-Protein-gekoppelter Rezeptor"
- Metabotrope Rezeptoren öffnen bei AKtivierung durch ihre Liganden über G-Proteine entweder Ionenkanäle oder aktivieren intrazelluläre Botenketten (second messengers)
- Ein und derselbe Transmitter kann Ligand für ionotrope wie metabotrope Rezeptoren sein (siehe Bsp. ACh am Herzen)
- Die Eigenschaften der subsynaptischen Rezeptoren sind verantwortlich für die Eigenschaften (hemmend/erregend) der Synapsen
Autorezeptoren
- Viele Synapsen haben die postsynaptischen Rezeptoren auch an den präsynaptischen Strukturen --> werden sowohl von der präsyn.Überträgersubstanz als auch den postsyn.Rezeptoren aktiviert --> "Autorezeptoren"
- Hauptaufgabe: Hemmung der präsynaptischen Transmitterfreisetzung (Verhindern einer übermäßigen Ausschüttung) und die (Re-)Synthese des Transmitters
Rezeptordesensitisierung
- Sicherheitsmechanismus der Synapse
- verhindert zu große und zu lang anhaltende Aktivierungen der postsynaptischen Rezeptoren
- (bei zu langem anhaltenden Kontakt mit ihrem Transmitter "desensitisieren" sie dh. werden unempfindlicher --> wenn das passiert, kommt es nicht mehr zur Öffnung der Ionenkanäle oder zur G-Protein-Aktivierung)
Agonisten
Substanzen, die an einen postsynaptischen Rezeptor binden und die gleiche Wirkung wie der körpereigene Transmitter hervorrufen.
Viele (Psycho-)Pharmaka sind Agonisten oder Antagonisten an Synapsen des ZNS.
Antagonisten
Substanzen, die an einen postsynaptischen Rezeptor binden, allerdings dann die Rezeptorfunktion hemmen.
Viele (Psycho-)Pharmaka sind Agonisten oder Antagonisten an Synapsen des ZNS.
Azetylcholinrezeptor (Abbildung)
Ionotroper nikotinerger ACh-Rezeptor
- existiert in mehrfachen Varianten im ZNS (nikotinerge Rezeptorfamilie)
- ligandengesteuerter Ionenkanal, der durch Nikotin aktiviert werden kann
- bei Kontakt mit ACh öffnen die nikotinergen ionotropen ACh-Rezeptoren ihren Na+-Kanal
- --> dadurch wird die postsynaptische Zelle erregt
- --> die psychophysischen Wirkungen des Rauchens beruhen auf der Interaktion des agonistischen Liganden Nikotin mit diesen Rezeptoren
Ionotroper Rezeptor für Serotonin (5-Hydroxytryptamin, 5-HT)
- Für Serotonin existiert ein ligandengesteuerter Rezeptor mit einem nichtselektiven Kationenkanal: 5-HT3-Rezeptor
- 5-HT3-Rezeptor wird bei Aktivierung für K+-, Na+- und Ca++-Ionen durchlässig
- ist in hoher Dichte im Mittelhirn vorhanden; in einem Areal, das bei Reizung Erbrechen auslöst
- 5-HT3-Rezeptor-Antagonisten (z.B. Cannabis) wirken antiemetisch (mindert Brechreiz/ verhindert Erbrechen)
- die meisten Serotonin-Rezeptoren sind allerdings metabotrop
antiemetisch = ?
Eigenschaft von Wirkstoffen, den Brechreiz zu mindern bzw. das Erbrechen zu verhindern
Ionotroper Rezeptor für ATP
- ATP: Hauptrolle im Stoffwechsel
- nur ein ligandengesteuerter Rezeptor bekannt: P2X-Rezeptor
- ist ein nichtselektiver Kationenkanal, der bei Aktivierung für K+-, Na+- und Ca++-Ionen durchlässig wird
- P2X-Rezeptoren sind überall in Rückenmark und Gehirn
- die meisten ATP-Rezeptoren sind allerdings metabotrop
Ionotroper Rezeptor für Glutamat
- die glutamatergen ionotropen Rezeptorkanäle werden nach ihren spezifischen Antagonisten bezeichnet:
- als N-Methyl-D-Aspartat-Rezeptoren (NMDA-Typ) und
- als AMPA-Kainat-Typ (Non-NMDA-Typ)
- Non-NMDA-Rezeptoren: sind sich in ihren Eigenschaften sehr ähnlich; vermitteln die schnellen glutamatinduzierten Antworten
- sind unspezifische Kationenkanäle
- ihre Öffnung führt zu einem schnellen Strom von Natrium-Ionen in die Zelle --> depolarisiert die Zelle --> führt zu einem EPSP
- NMDA-Rezeptor: bei normalem Ruhepotenzial (ca.-70mV) steck in seinem Ionenkanal ein Mg++-Ion
- Mg++-Ion verhindert auch beim Andocken des Glutamats die Öffnung des Kanals und den Durchtritt von Na+-, K+- und Ca++-Ionen
- diese Mg++-Blockade am NMDA-Rezeptor wird erst aufgehoben, wenn das Membranpotenzial (durch die erregende Wirkung anderer Synapsen) auf mehr als -30mV depolarisiert wird
- --> dadurch löst sich das Mg++ vom Rezeptor und die Kanäle öffnen sich
- die Öffnung erfordert außerdem die Bindung von Glyzin an den Rezeptor (Glyzin als obligatorischer Kotransmitter)
- nur bei gleichzeitiger Besetzung der Bindungsstelle für Glyzin und Glutamat kann sich Ionenkanal öffnen
- Glyzin agiert insbesondere in der Großhirnrinde als Koaktivator der NMDA-Rezeptoren
Ionotrope Rezeptoren für GABAA
- es gibt eine große Vielfalt an unterschiedlichen postsynaptischen Antworten für GABA-Rezeptoren
- Aktivierung der GABA-Rezeptoren --> Einstrom von Chlor-Ionen in die Zelle --> Hyperpolarisation --> IPSP
- GABA-Rezeptoren besitzen neben ihrer Bindungsstelle für GABA weitere Bindungsstellen für Barbiturate (Schlafmittel/Beruhigungsmittel/Antiepileptika) und Benzodiazepine (Valium)
- Bindungsstelle für Barbiturate: liegen außerhalb des Chloridkanals, am transmembranösen Anteil
- Bindungsstelle für Benzodiazepine: liegen außerhalb des Chloridkanals, aber am extrazellulären Anteil
- Wirkort zahlreicher neuro- psychopharmakologisch wirksamer Medikamente, die die hemmende GABAerge Übertragung verstärken
Ionotroper Rezeptor für Glyzin
- zweitwichtigste hemmende Überträgerstoff (nach GABA)
- vor allem im Rückenmark
- der ligandengesteuerte Glyzinrezeptor öffnet bei seiner Aktivierung einen Chlor-Ionenkanal --> Cl--Ionen strömen daraufhin in die Zelle --> Ruhepotenzial hyperpolarisiert --> bildet IPSP --> Neuron wird gehemmt
- Abbildung: Glyzinrezeptor. Strychnin ist ein Antagonist des Glyzins, das sich an die Bindungsstelle des Glyzins anlagert und Kanalöffnung verhindert (Strychninvergiftung -- Verlust der glyzinergen Hemmung -- massive Muskelkrämpfe)
Metabotrope Rezeptoren (+Abbildung)
- ca. 1000 verschiedene metabotrope Rezeptoren beim Menschen
- meistens durch Hormone/ andere körpereigene Stoffe aktiviert
- das extrazelluläre Andocken des Liganden führt auf der intrazellulären Seite dazu, dass das G-Protein zerfällt in einen α-Anteil und einen ϐ/γ-Anteil
- der eine oder andere dieser beiden Anteile gibt dann das Signal weiter an den Zielort (z.B. einen Ionenkanal oder anderen Zielstrukturen im Zellinneren)
- welcher der beiden wichtiger ist, hängt von dem jeweiligen Rezeptor ab
- der eine oder andere dieser beiden Anteile gibt dann das Signal weiter an den Zielort (z.B. einen Ionenkanal oder anderen Zielstrukturen im Zellinneren)
Muskarinerge, metabotrope ACh-Rezeptoren
- ACh-Rezeptoren, die agonistisch durch das Fliegenpilzgift Muskarin aktiviert werden können
- (metabotrop: die Rezeptoren aktivieren G-Proteine, die ihrerseits über weitere Botenstoffe Ionenkanäle öffnen)
- ACh-Rezeptoren können auch durch das Tollkirschgift Atropin metabotrop blockiert werden
Metabotrope Katecholaminrezeptoren
- für die Katecholamine gibt es nur eine Familie von metabotrope Rezeptoren
- haben unterschiedliche Eigenschaften und unterschiedliche Agonisten und Antagonisten
- --> α1-,α2-,ϐ1-,ϐ2-,ϐ3-Rezeptoren
- Agonisten und Antagonisten der metabotropen Rezeptoren der kleinmolekularen Transmitter können bei vielen Erkrankungen als Therapeutika eingesetzt werden:
- Triptane bei Migräne (Serotonin); L-Dopa bei Morbus Parkinson (Katecholamine); Baclofen bei Muskelspastizität (GABA)
Metabotrope Rezeptoren für Serotonin
- im ZNS weitverbreitet
- beeinflussen Schlaf-Wachverhalten, REM-Schlaf, Essverhalten
- Wirkung von LSD ist auf Blockade von Serotonin 5-HT-Rezeptoren zurückzuführen
- Agonisten und Antagonisten der metabotropen Rezeptoren der kleinmolekularen Transmitter können bei vielen Erkrankungen als Therapeutika eingesetzt werden:
- Triptane bei Migräne (Serotonin); L-Dopa bei Morbus Parkinson (Katecholamine); Baclofen bei Muskelspastizität (GABA)
Metabotrope Rezeptoren für Glutamat und GABA
- Agonisten und Antagonisten der metabotropen Rezeptoren der kleinmolekularen Transmitter können bei vielen Erkrankungen als Therapeutika eingesetzt werden:
- Triptane bei Migräne (Serotonin); L-Dopa bei Morbus Parkinson (Katecholamine);
- Baclofen bei Muskelspastizität (GABA): Baclofen hat starke agonistische Wirkung auf GABA-Rezeptoren
Zeitliche Bahnung =
= Eine Art der Erregbarkeitssteigerung eines Neurons durch aufeinander folgende EPSP. Kurz hintereinander ausgelöste EPSP summieren sich aufeinander und werden schließlich überschwellig.
- Zeitliche Bahnung über ein Axon ist möglich, weil die Dauer der EPSP (ca. 15ms) länger ist als die Refraktärzeit der Axone (1-2ms)
s. Abbildung A
Räumliche Bahnung =
= Reizung der Axone 1 und 2 alleine führt zu unterschwelligen EPSP; Gleichzeitge Reizung beider Axone führt zu einem fortgeleiteten Aktionspotenzial, also zu einem Prozess, der durch die einzelnen EPSP nicht ausgelöst werden könnte.
s. Abbildung B
Was ist Synaptische Bahnung?
Wenn der Erfolg mehrerer gleichzeitig oder kurz hintereinander gegebener Reize größer als der der Summe der Einzelreize ist
Was ist heterosynaptische Bahnung?
Effektivität einer Synapse wird durch Koaktivierung einer anderen Synapse verstärkt.
Der an einer Synapse eines Neurons freigesetzte Transmitter verstärkt die Wirksamkeit einer anderen Synapse
Was ist Synaptische Plastizität?
Synaptische Plastizität ist die Veränderung der synaptischen Effizienz durch vorhergehende Aktivität
Tetanische und kurzzeitige posttetanische Potenzierung
- Die wiederholte Benutzung einer Synapse führt zu einer Vergrößerung der synaptischen Potenziale; durch den vermehrten Gebrauch verbessert sich die Effizienz
- Tetanische Potenzierung: Potenzierung/ Effizienz tritt bereits während der tetanischen Reizung auf
- Posttetanische Potenzierung: Potenzierung setzt erst nach dem Ende des Tetanus ein
- Tetanische und die kurzzeitige posttetanische Bahnung werden durch präsynaptisches Restkalzium erzeugt
- wegen: Depolarisierung der Zelle --> Kalziumkanäle werden geöffnet --> Einstrom Ca2+-Ionen
- beträchtliche Abhängigkeit der Transmitterfreisetzung von der Kalzium-Innenkonzentration --> KLEINE Zunahme kann zu beträchtlichen Bahnungen führen
Langzeitpotenzierung LTP
Wenn die posttetanische Potenzierung über Stunden und Tage anhält
- besonders lange posttetanische Potenzierungen im Hippocampus; super Modell zur Erklärung von Lernen und Gedächtnis auf zellulärer Ebene
- postsynaptisch wird die Empfindlichkeit für Glutamat erhöht und präsynaptisch mehr Glutamat freigesetzt
- Glutamat als erregender Transmitter im Hippokampus
- bei normaler Aktivierung: Öffnen von AMPA-Kanälen
- bei repetitiver synaptischer Aktivierung: Ebenso Öffnen der NMDA-Kanäle
- dadurch vermehrt Ca++ in der Zelle --> löst LTP aus --> vermehrte Bildung neuer Glutamatrezeptoren --> Erhöhung der Glutamatempfindlichkeit
- postsynaptisch: vermehrte Bildung NO --> Erhöhte Glutamatfreisetzung
- Glutamat als erregender Transmitter im Hippokampus
Synaptische Depression =
- Durch synaptische Aktivität verringerte synaptische Effizienz
- wenn die postsynaptischen Potenziale während oder nach einer tetanischen Reizung kleiner als die Kontrollwerte sind
- Analog zur synaptischen Bahnung kann von tetanischer bzw. posttetanischer Depression gesprochen werden
- kommt an vielen Stellen des NS als neuronales Korrelat von Gewöhnung vor
Langzeitdepression LDP
- wenn beide Eingänge gleichzeitig repetitiv aktiviert werden, wodurch ein Überschuss an Kalziumionen herrscht --> gemeinsame Erhöhung der Kalzium-Ionen-Konzentration führt zu NO-Bildung --> langfristig Desensitisierung der postsynaptischen AMPA-Rezeptoren --> äußert sich als LDP
- es gibt sowohl kurz- als auch langzeitige Depressionen (analog zu den Potenzierungsprozessen)
Übertragung an elektrischen Synapsen
- Regionen engsten Kontakts, wo der synaptische Spalt nur 2nm breit ist (anstatt 20nm) --> elektrische Erregungsübertragung direkt zwischen zwei Neuronen
- Elektrische Synapsen = Zellverbindungen, die aus gap junctions bestehen und Signale elektronisch weiterleiten
- Elektrische Synapsen sind meinst erregend. (Gibt aber auch hemende Synapsen; sind anders aufgebaut)
- erfolgt über Ionenflüsse durch die Doppelkonnexone von Nexus (gap junctions)
- Konnexone = Kanalproteine, durch deren Kanäle der Strom fließt
- Doppelkonnexone = 2 sich gegenüberliegende Konnexone überbrücken den synaptischen Spalt
- gap junctions verbinden auch außerhalb des NS "funktionelle Synzyntien":
- diese Gewebe verhalten sich funktionell wie ein großes, zusammengewachsenes Netzwerk von Zellen
- Z.B. wie die Herzmuskelzellen
Funktionelle Synzytien
- diese Gewebe verhalten sich funktionell wie ein großes, zusammengewachsenes Netzwerk von Zellen
- sind so eng, dass sie elektrisch vom übrigen Zytoplasma nicht oder kaum zu unterscheiden sind
- Aktionspotenziale werden in beiden Richtungen über diese Zellgrenzen hinweggeleitet
- z.B. wie die Herzmuskelzellen
- die Zellverbindungen der funktionellen Synzytien werden nicht als elektrische Synapsen bezeichnet
- Konnexone sind hier unter physiologischen Bedingungen dauernd offen
- Bei Verletzungen schließen sie sich; werden elektrisch isoliert
- --> Ausbreitung des Schadens wird begrenzt (z.B. bei Herzinfarkt)
