M3 Biologische Grundlagen
Fernuni Hagen Modul 3 (alt)
Fernuni Hagen Modul 3 (alt)
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Flashcards
Zykoskelett
- gerüstartiges Maschenwerk, das alle Neurone durchzieht
- Stabilisierung der Zellarchitektur
- bildet eine Art "Förderband", an dem entlang transportiert wird
- ermöglicht Transport und Fixation von Zellstrukturen
- komplex und beweglich
- Hauptanteil des Zykoskelett: Mikrotubuli
- (Orthograder und retrograder axonaler Transport)
Mikrotubuli
- Hauptanteil des Zytoskeletts
- Röhrchen mit etwa 25nm Außendurchmesser
- sind aus Molekülen des Eiweißes Tubulin gebaut
- bilden Förderbänder, an denen entlang zu transportierende Stoffe innerhalb der Zelle "verschoben" werden
- Transportgeschwindigkeit reicht bis 40 cm pro Tag
Axonaler Transport:
- Anterograder axonaler Transport
- Retrograder axonaler Transport
Transportprozesse zwischen Nervenzellkörper und Axon entlang der Mikrotubuli.
Transportgeschwindigkeit reicht bis 40cm pro Tag.
"Träger", die die zu transportierenden Stoffe enthalten = Vesikel und Organelle
- Anterograder/Orthograder Transport: Transport vom Zellkörper in die Peripherie/ zum Endknöpfchen
- Retrograder Transport: Transport von Abbauprodukten vom Axon zum Zellkörper; läuft langsamer ab als der Anterograde Transport
Von was hängt die Klassifikation der peripheren Nerven ab?
Es hängt vom Versorgungsgebiet ab; von ihrer Herkunft bzw ihrem Zielgebiet.
(Haut, Muskel, Eingeweide)
Hirnnerven
- sind periphere Nerven, die aus dem Hirnstamm entspringen
- 12 Hirnnervenpaare
- die Zusammensetzung ist uneinheitlicher als die der aus dem Rückenmark entspringenden Spinalnerven
- sie sind für die sensorische und motorische Innervation des Kopfes und großer Teile des Atmungs- und Verdauungstraktes verantwortlich
Welcher ist der größte und komplexeste aller Hirnnerven?
Der N. vagus; der X.Hirnnerv.
- er verläuft im Halsbereich entlang der das Gehirn versorgenden Arteria carotis interna und in der Brusthöhle entlang der Arteria carotis communis
- auf diesem Weg zweigen sich die Herznerven ab, die das Herz sensorisch und parasympathisch versorgen
- er zieht durch das Zwerchfell weiter in den Bauchraum
Ruhepotenzial
- Membranpotenzial, das über längere Zeit einen konstanten Wert hat
- Zellinnere der Neurone ist ca. -80 mV negativer als die umgebene extrazelluläre Flüssigkeit (je nach Zelltyp zwischen -55 mV und -100 mV)
- kann wie alle anderen Membranpotenziale am besten mit einer intrazellulären Mikroelektrode gemessen werden
- ist im wesentlichen ein K+-Gleichgewichtspotenzial
- wird durch gekoppelte Na+-K+-Pumpen in einem dynamischen Gleichgewicht gehalten
- --> durch Depolarisierung entsteht ein Aktionspotenzial
Aktionspotenzial
- "universelle Kommunikationsmittel des Nervensystems"
- Neurone werden aktiv; kurze impulsartige positive Änderungen des Membranpotenzials treten auf --> dh.: das Zellinnere wird elektrisch weniger negativ oder sogar positiv gegenüber der extrazellulären Flüssigkeit
- Ruhepotenzial wird auf ca. -60 mV depolarisiert
- hat ein "Alles-oder-Nichts"-Verhalten mit einer Amplitude von etwa 110 mV und einer Dauer von 1-2ms
- die Spitze der Impulse liegt bei etwa +30mV
- beruht beim Aufstrich auf einer plötzlichen Zunahme der Na+-Leitfähigkeit, die rasch wieder abnimmt
- wird v.a. durch eine vorübergehende Zunahme der K+-Leitfähigkeit beendet
- ist von einer Refraktärzeit von 1-2ms gefolgt, während der das Neuron vorübergehend unerregbar ist
Bedeutung der K+-, Na+-, Cl--Ionen für das Ruhepotenzial
- für die Entstehung eines Membranpotenzials sind nur geringfügige Ladungsverschiebungen an der Plasmamembran nötig
- Überschuss an negativen Ladungen im Zellinneren = Überschuss an Anionen in der Zelle
- der größte Teil der intrazellulären Anionen wird von großen Eiweißionen gestellt
- K+-, Na+-, Cl--Ionen verteilen sich sehr unterschiedlich im Intra- versus Extrazellulärraum --> Voraussetzung für die Entstehung der verschiedenen Membranpotenziale
- Allgemein:
intrazelluläre K+-Konzentration 20- bis 100-mal höher als die extrazelluläre
intrazelluläre Na+-Konzentration 5- bis 15-mal niedriger als die extrazelluläre
intrazelluläre Cl−- Konzentration 20- bis 100-mal niedriger als die extrazellu- läre.
Netto-Ausstrom von K+-Ionen
- die Zellmembran ist für (die relativ kleinen) K+-Ionen permeabel
- da die K+-Konzentration im Inneren viel höher ist, treten die Ionen viel öfter durch die Membran hindurch als von Außen hinein ("Netto-Ausstrom")
- --> positive Ladung tritt aus der Zelle raus; negative Anionen bleiben zurück
- --> Ruhepotenzial = K+-Diffusionspotenzial
K+-Gleichgewichtspotenzial EK
- durch die Mitnahme der positiven Ladungen beim K+-Ausstrom, wird eine Gegenkraft aufgebaut , die dem weiteren Ausströmen der K+-Ionen zunehmend entgegenwirkt
- das innen negative elektrische Potenzial wächst so lange an, bis seine dem K+-Ausstrom entgegenwirkende Kraft gleich groß ist wie der nach außen wirkende osmotische Druck der K+-Ionen
- Ein- und Ausstrom der K+-Ionen sind im Gleichgewicht
Membranleitfähigkeit
Membrandurchlässigkeit; Verhältnis zwischen den Na+- und den K+-Ionen liegt bei 25:1 zugunsten der K+-Ionen
Na+-Ionenpermeabilität/ Passiver Einstrom
- kräftiges Konzentrationsgefälle von außen nach innen von 10:1
- Einstrom von Na+ wird zusätzlich begünstigt durch das innen negative Ruhepotenzial
- "Passiver Na+-Einstrom", da er parallel zu den existierenden Konzentrationsgradienten erfolgt
- Einstrom von Na+ --> Ruhepotenzial wird weniger negativ --> Ausstrom von Kaliumionen
Zu was führt der passive Einstrom von Na+-Ionen?
- das Ruhepotenzial wird weniger negativ
- K+-Ionen treten aus der Zelle aus
Dynamisches Gleichgewicht durch Na+-K+-Pumpen
Trotz ständigem passiven Eintreten von Na+-Ionen und passiven Austreten von K+-Ionen bleibt das Ruhepotenzial konstant.
--> kann nur auftrecht erhalten werden durch AKTIVEN TRANSPORT von Na+-Ionen aus den und K+-Ionen in die Zellen
- durch Zufuhr von Stoffwechselenergie; mit Hilfe eines energieverbrauchenden Prozesses: Na+-K+-Pumpen
- führt zu einer erhöhten Negativität des Zellinneren (einer Hyperpolarisation)
Wie lange dauert das Aktionspotenzial am Herzmuskel ca.?
über 200ms
Wie lange dauert das Aktionspotenzial am Nerv und am Skelettmuskel ca.?
1ms
Unterschiede in Größe, Form, Zeitverlauf von Aktionspotenzialen bei verschiedenen Säugetieren?
Größe, Form und Zeitverlauf von Aktionspotenzialen sind bei allen Säugetieren, einschließlich dem Mensch sehr ähnlich:
schneller Aufstrich mit Overshoot, gefolgt von (je nach Gewebe unterschiedlich langsamer) Repolarisation
Phasen des Aktionspotenzials
- Aufstrich: sehr schnelle positive Potenzialänderung (dauert ca. 0,2 - 0,5 ms) I auch Depolarisationsphase genannt (da Zelle negative Ruheladung verliert)
- Overshoot: der positive Anteil der Depolarisationsphase/ Überschuss (von 0 mV bis +30 mV)
- Repolarisation: Rückkehr des Aktionspotenzials zum Ruhepotenzial
- Nachpotenziale (hyperpolarisierend oder depolarisierend): Nachschwankungen des Membranpotenzials
Welcher Bereich (mV) wird beim Aktionspotenzial als Überschuss/Overshoot bezeichnet?
von 0 mV bis +30 mV
Wie lange dauert der Aufstrich eines Aktionspotenzials an Nerven- und Muskelzellen?
0,2 bis 0,5 ms
Wodurch unterscheiden sich Aktionspotenziale/Impulse?
In ihrer Anzahl pro Zeiteinheit (Impulsfrequenz) und durch ihren Rhythmus
(Die Form der Impulse ist immer die gleiche; bloß die Frequenz/Rhythmus ändern sich)
Impulsfrequenz
- die "Sprache" des Nervensystems
- der entscheidende Code der Neurone
Was ist g?
die Membranleitfähigkeit g
gION ist die Membranleitfähigkeit für ein bestimmtes Ion
Was wird Inaktivation genannt? (bzgl. Aktionspotenzial)
- Die rasche Abnahme des initialen Na+-Stroms
- Abnahme der Wahrscheinlichkeit der Kanalöffnung
Pro Aktionspotenzial fließen nur sehr wenige Ionen in die und aus der Zelle. Mittel- bis langfristig muss jedoch die normale Ionenverteilung durch aktiven Transport (Na+-K+-Pumpen) aufrecht erhalten werden.
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Die verschiedenen Varianten von Ionenkanälen
- je nach Aufbau und Funktion werden sie eingeordnet in:
- Kanalklassen
- Kanalfamilien
- Kanalunterfamilien
Kanalopathien
Erbliche Erkrankungen als Folge von Mutationen in den für Na- und K-Kanäle codierenden Genen
ZB.:
- Myotonien (Muskelerkrankungen)
- Störungen der Herzerregung (Herzrasen)
Die spannungsgesteuerten Kationenkanäle erregbarer Membranen...
- sind komplexe Proteine, deren 4 oder mehr Domänen aus 2 oder mehr Segmente bestehen, die wiederum sich aus 2 oder mehr membranspannenden α-Helices zusammensetzen, die durch Aminosäureketten verbunden sind
- bilden in ihrer Mitte einen mit einem Selektivitätsfilter bestückten Ionenkanal, dessen Öffnungswahrscheinlichkeit vom Membranpotenzial gesteuert wird
- lassen sich zahlreiche Klassen, Familien, Unterfamilien zuordnen
- zeigen manchmal genetische Mutationen, die zu Erkrankungen führen können
Der schnelle Natrium-Ionenkanal...
- erreicht bei Depolarisation (Zellinneres weniger negativ) eine zunehmende Öffnungswahrscheinlichkeit (ist also spannungsgesteuert)
- führt beim Erreichen der Schwelle zum Aufstrich des Aktionspotenzials
- geht anschließend in ein kurzzeitiges Stadium der Inaktiviertbarkeit über, wodurch das Neuron refraktär wird
- wird durch Zunahme der extrazellulären Ca2+-Ionenkonzentration in seiner Aktivierbarkeit herabgesetzt
Absolute Refraktärphase
Zustand der völligen Unerregbarkeit des Ionenkanals
- Dauert etwa 2 ms an
- begrenzt die maximale Frequenz, mit der Aktionspotenziale ausgelöst werden können
- maximale Impulsfrequenzen von 500/s