Bio 2
ZHAW_BSc_BMLD22_FS23_Biologie 2
ZHAW_BSc_BMLD22_FS23_Biologie 2
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Cartes-fiches
Ionotrope Rezeptoren
- schneller wie Metabotrope Rezeptoren, da keine biochemische Schritte notwendig sind
- Öffnen der Ionenkanäle und Einstrom bestimmter Ionen durch postsynaptische Membran
- De- oder Hyperpolarisation der postsynaptischen Zelle (EPSP oder IPSP)
- Enzymatischer Abbau der Neurotransmitter oder Resorption -> wichtig, da sonst Signal ständig weiter geleitet wird
Vorgänge an einer chemischen Synapsen
- Chemische Umsetzung
- Vesikel mit Neurotransmittern diffundieren zum synaptischen Spalt und verschmelzen mit der Membran -> Exozytose (Dauer von Schritt 2-3 etwa 100 – 200 µs)
- Transmitter durchqueren synaptischen Spalt (30 nm in 0.6 µs)
- NT-Rezeptor-Interaktion an der postsynaptischen Membran
- Aktionspotential führt zu Depolarisation -> Ca2+ -Einstrom über spannungsabhängige Ca-Kanäle
- Exocytose der synaptischen Vesikel (enthalten Neurotransmitter)
- Ausschüttung von Neurotransmitter
- Diffusion der Neurotransmitter an postsynaptische Membran
Entstehung eines Aktionspotentials am Axon
Was passiert an den Dentriten
- Transmitter 1 erzeugt ein exzitatorisches postsynaptisches Potential (EPSP) durch
Nettoeinwärtsstrom (hauptsächlich Na+) ➔ positive Ladung ins Zellinnere - Transmitter 2 verursacht ein inhibitorisches postsynaptisches Potenzial (IPSP), da der von ihm bewirkte Leitfähigkeitsanstieg primär auf K+ und Cl--Ionen zurückgeht, die einen Nettoauswärtsstrom bewirken➔negative Ladung ins Zellinnere
-> wenn die EPSP bis zum Axonhügel überwiegen, wird ein Aktionspotential ausgelöst
Geschwindigkeit des Signals
- Axone verschiedener Nervenzelltypen leiten das AP unterschiedlich schnell weiter (maximal 30 m/s – 120m/s)
- Selektionsvorteil z.B. bei Fluchtreaktionen oder Schutzreflexen
- Passive elektrische Eigenschaften: Je grösser der Durchmesser eines Axons, desto kleiner wird der Innenwiderstand im Vergleich zum Membranwiderstand (Ausbreitung des Stroms vorrangig im Inneren)
Refraktärzeit
- Während der Ladungsumkehrung an der Membran (nach dem öffnen der Na- und K-Kanälen, bis Ruhepotential wieder eingestellt ist) kann kein neuer Reiz beantwortet werden
- kann bis zu 300 ms andauern
Aktionspotential
- Ein Aktionspotential entsteht nur, wenn der Schwellenwert von -55mV erreicht
ist (Alles oder Nichts!!!) - Die Information kann daher nur über die Frequenz der Aktionspotentiale über das Axon, aber nicht über die Stärke der Aktionspotentiale kodiert werden
- Ruhepotential nur K-Hintergrundkanäle sind offen (K diffundiert aus dem Axon)
- Zellinneres ist negativ geladen
- Wenn Spannung -55 mV (genügend K-Kationen sind aus der Zelle diffundiert, Unterschied zur ECM wird kleiner)
- spannungsabhängige Na-Kanäle werden geöffnet
- Na-Kationen diffundieren in die Zelle
- Spannung nimmt stark ab -> Impuls
- -> Depolarisation
- abhängige K-Kanäle öffnen sich mit Verzögerung Na-Kanäle werden geschlossen
- Potential nimmt stark ab und fällt tiefer wie Ruhepotential
- -> Hyperpolarisation
- Die Na-Kanäle öffnen sich nacheinander in Richtung der Signalweiterleitung -> Impuls wird weitergeleitet
Spannungsgesteuerter Natriumkanal
- Struktur: Transmembranprotein
- Öffnet sich, wenn die Membranspannung -50mV übersteigt -> Aktionspotential
- im Ruhepotential sind diese Kanäle geschlossen
- Durch Depolarisierung (Innenseite wird positiver) wird Schieberegler geöffnet
- Inaktivierungstor stoppt Na+-Einstrom
Ruhepotential
- 2 Strukturelemente der Zellmembran: Na+/K+-Pumpe, Ionenkanäle
- Die Zellmembran ist für Ionen unterschiedlich durchlässig (Tunnelproteine). Na+ Kanäle sind normalerweise geschlossen, K+ steht offen -> 3 Na+ raus/ 2 K+ rein
- Leckströme von Na+ in die Zelle: Na+/K+-Pumpen transportieren unter ATP-Verbrauch K+ Ionen in die Zelle und im Gegenzug Na+ aus der Zelle heraus → innerhalb der Zellen herrscht daher eine höhere K+ Konzentration.
- K+ diffundiert so lange nach außen, bis sich ein Gleichgewicht zwischen den osmotischen und den elektrischen Kräften einstellt
- Ladungsunterschied zwischen der Innen- und Außenseite der Zellmembran, erzeugt Ruhepotential, das beim Menschen zwischen -70 und -80 mV beträgt. Dabei ist die Innenseite der Zellmembran negativ, während die Außenseite positiv geladen ist
Molekulare Transportmechanismen
- Diffusion (Passiver Transport)
- Hydrophobe Moleküle und (sehr langsam) kleine, ungeladene, polare Moleküle können durch die Lipiddoppelschicht diffundieren
- Erleichterte Diffusion (Passiver Transport)
- Hydrophile Substanzen einschliesslich ders Wassers difundieren mithilfe von Transportproteinen durch die Membran
- Aktiver Transport
- Manche Transportproteine arbeiten als Pumpen und transportieren Sunbstanzen entgegen ihrem Konzentrationsgefälle durch die Membran. Die Energie für diese Arbeit liefert in der Regel das ATP
Neuronalle Zellen und ihre Aufgaben
- sensorische Zellen; leiten Signale von Sinnesorgane ans ZNS
- motorische Zellen; leiten Signale von ZNS an Muskelzellen weiter
- Interneuronen; verbinden Nervenzellen mit Nervenzellen und leiten Signale weiter
Gliazellen und ihre Aufgaben
Gliazellen sind nicht elektrish-erregbare Zellen des Nervensystems
- Astrozyten; strukturieren neuronale Netzwerke und schirmen Neuronen voneinander ab
- Oligodendrozyten; nur im ZNS umwickeln Axone von Nervenzellen
- Schwan'sche Zellen; ist eine Hüll- & Stützzelle um das Axon von peripheren Nervenzellen
- Mikroglia; Immunzellen des Gehirns sind im ganzen ZNS vorhanden
Funktion der Soma
- Genexpression und Proteinsynthese
- Aufrechterhalten des ionischen Gleichgewichts
- Lipid- und Membranproduktion
- Integration von Signal von anderen Neuronen
- Generieren des Aktionspotential am Axonhügel -> Ionensignal/ Ionenstrahl diffundiert durch Soma und wird am Axonhügel in ein elektrisches Aktionspotential umgewandelt
Funktion des Axon
- Aufrechterhaltung des ionischen Gleichgewichts
- Aufrechterhaltung der Struktur
- Signalweiterleitung
- Axonaler Transport (Retrograd -> Signal kommt zurück und Anterograd -> Signal geht weiter)
Myelinschicht
- besteht aus Myelin, Lipidhaltige Schicht
- 25% Cholesterin, 20% Galactocerebrosid, 5% Galactosulfatid, 50% weitere Phosholipide
- elektrische Isolation um das Axon
- wird von Schwan'schen Zellen oder Oligodendrozyten gebildet
Schwan'sche Zelle
- Bilden Myelinscheide im peripheren Nervensystem
- jede Zelle bildet ein einziges Myelinsegment
- können möglicherweise die Regeneration von beschädigten Neuronen einleiten
- sind durch Ranvier'sche Schnürringe getrennt
Ranvier'sche Schnürringe
- entstehen zwischen zweier Myelinzellen/ Myelinscheiden (Schwan'sche Zelle oder Oligodendrozyten)
- wichtig für schnelle salatorische Erregungsleitung (Signalweiterleitung)
- Aktionspotential "springt" von Schnürring zu Schnürring
- Zwischen den Ranvier-Schnürringen wird die elektrische Erregung durch die Isolation der
Markscheide elektrotonisch weitergeleitet - Die Zellmembran im Bereich der Ranvier-Schürringe hat eine hohe Dichte an spannungsgesteuerten Natriumkanälen und kann bei der Depolarisation einen starken Na+-Einstrom erzeugen
Oligodendrozyten
- Myelinscheide im ZNS
- ein Oligodendrozyt kann mehrere Neuronen ummanteln; ca. 15 Axone
- können scheinbar die Regeneration von beschädigten Neuronen inhibieren (stoppen)
Riesenaxone
- sind 100 bis 1000 mal dicker wie Axon bei Säuger
- haben keine Myelinschicht
- dicke ist wichtig für schnelle Erregungsleitung, da nicht isoliert
- Tintenfisch
Synapsen
- neuronale Verknüpfung
- Kontakt zu Sinneszelle, Muskelzelle, Drüsenzelle oder andere Nervenzelle
- Regulation der Vesikelbewegung
- Exozytose der Neurotransmitter
- Weitergabe des elektrischen Signals als chemisches Signal
- Rückverwandlung des chemischen Signals in elektrisches Signal
- Vorgänge am synaptischen Spalt sind nicht umkehrbar
peripheres Nervensystem (PNS)
- teile des Nervensystems, welches ausserhalb des ZNS (Gehirn und Rückenmark) liegt
- Nach ihrem austrittsort aus dem ZNS werden Hirnnerven und Spinalnerven unterschieden
- wird in vegetatives und somatisches Nervensystem geteilt
somatisches peripheres Nervensystem
- bewusste Steuerung
- sensorische Afferenz
- bewusste sensorische Informationen (Sehen, Schall, Geruch) werden an ZNS weitergeleitet
- motorische Efferenz
- willkürliche Befehle vom ZNS an Skelettmuskulatur (Verhalten)
vegetatives peripheres Nervensystem
- autonome und unwillkürliche Steuerung
- viszerale Afferenz
- unbewusste physiologische Informationen (Blutdruck, Kerntemperatur des Körpers)
- viszerale Efferenz
- autonome Befehle (Herzfrequenz, Schwitzen, Speicheln)
- wird in sympathisches und parasympathisches und enterisches Nervensystem unterteilt
Zentralnervensystem (ZNS)
- im Gehirn und Rückenmark gelegene Nervenstrukturen
- zentrale Reizverarbeitung (Integration und Koordination der sensorischen Reize)
- wird in 2 Substanzen geteilt
- weisse Substanz; besteht hauptsächlich aus Axonen, vereinzelt auch Soma-Ansammlungen ("Kerne" / "Kerngebiet")
- graue Substanz; liegt im Gehirn aussen und im Rückenmark innen, besteht vorwiegend aus den Zellkörpern (Somata)
Ganglion
Ansammlung von Neuronen ausserhalb des ZNS
Präganglionär
Neuronen, die vom ZNS zum Ganglion ziehen
Afferent
zu einem Organ hinführend
efferent
Weiterleitung von Informationen von einer definierten Struktur weg
Weisse Substanz
Die weisse Substanz des Gehirns und auch des Rückenmarks, besteht aus den myelinisierten
Axonen
Graue Substanz
- besteht mehrheitlich aus den Zellkörpern, Gliazellen und Kapillaren
- sind dicht gepackt um viele Kontakte bilden zu können
Zelluläre Bestandteile des ZNS
- Astrozyt
- Perizyt
- Oligodendrozyt
- Neuron
- Oligodendrozytenvorläufer NG2-Zelle
Gliazelle
- alles as nicht Neuron ist...
- Glia giech. =Leim
- keine Infomationsweiterleitung
- Postnatal vrmehrungsfähig
- 10-50 mal mehr Gliazellen als Neuronen im Gehirn ca 50% des Hirnvolumens
Zelltypen der Gliazellen
- Mikroglia
- Makroglia
- Astrozyten = Astroglia
- Oligodendrozyten = Oligodendroglia
- Schwann'sche Zellen