Neurobiologie

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Dendrit: vom Soma ausgehende Auswüchse; über die Dendriten werden Erregungen von anderen Nervenzellen aufgenommen und zum Soma hin weitergeleitet.

Axonhügel: Ausgangspunkt des Axons; Postsynaptische Signale summieren sich am Axonhügel auf und sorgen dann für eine Weiterleitung des Impulses über das Axon

Axon: langer Nervenzellfortsatz, der die elektrischen Reize vom Soma zur nächsten Nervenzelle weitergibt

Myelinscheide: umgeben das Axon und sorgen für eine elektrische Isolation; die Myelinscheide besteht aus den Schwannschen Zellen (Gliazelle), die von den Ranvierschen Schnürringen unterbrochen werden

Ranvierscher Schnürring: zwischen zwei Schwannschen Zellen befindet sich ein Ranvierscher Schnürring; dadurch das diese Stellen nicht isoliert sind, kann das Aktionspotential schneller ablaufen. Der Reiz springt von ranvierschem Schnürring zu ranvierschem Schnürring (Saltatorische Erregungsleitung)

synaptisches Endknöpfchen: am synaptischen Endknöpfen wird der elektrischen Reiz in eine chemische Reaktion umgewandelt; Neurotransmitter werden in den synaptischen Spalt freigesetzt, von da aus binden sie an Rezeptoren eines postsynaptischen Neurons und übertragen so die Reaktion auf die nächste Nervenzelle

- Dendriten nehmen diese Körperreize über ein weit verzweigtes Astsystem auf und leiten sie zum Zellkörper (Soma) der Nervenzelle weiter.

- Im Axonhügel summieren sich die von den Dendriten aufgenommen Erregungen auf.

- Dabei wird die Erregung aber nur weitergeleitet, wenn ein bestimmtes elektrischen Potenzial überschritten wird (SCHWELLENWERT, Alles-Oder-Nichts-Gesetz)

- Übersteigen die elektrischen Reize ein bestimmtes Schwellepotenzial, kommt es zur Weiterleitung der Erregung über das Axon.

- Um das Axon herum befinden sich lipidreiche Zellen, die das Axon von der Umgebung elektrisch isolieren. Diese Zellen werden auch als Schwannsche Zellen bezeichnet und bestehen aus dem fettreichen Myelin

- In regelmäßigen Abschnitten werden die Schwannschen Zellen von den Ranvierschen Schnürringen unterbrochen. Die Erregung die über das Axon fließt, wird durch die unterschiedliche Spannung an den un-isolierten ranvierschen Schnürringen von Schnürring zu Schnürring weitergeleitet.

- Am Ende des Axons befinden sich die präsynaptischen Endknöpfen. An dieser Stelle wird der elektrische Reiz in einen chemischen umgewandelt.

- Bei Erreichen des Reizes am Endknöpfen, schüttet dieses Neurotransmitter in den synaptischen Spalt aus. Die Neurotransmitter docken an die Rezeptoren des nächsten Dendriten (postsynaptische Membran) an und sorgen auf diese Weise für eine Öffnung der Ionenkanäle am Dendriten.

- Dies führt zu einer Spannungsänderung und damit zu einer Weiterleitung des elektrischen Impulses. Aus der chemischen Reaktion im synaptischen Spalt ist dementsprechend wieder ein elektrischer Impuls am Folgedendriten geworden. Der gesamte Vorgang wiederholt sich nun.

Das Aktionspotenzial ist eine elektrische Erregung die im Axon stattfindet. Die Ionenverteilung an der Membran und die Membranspannung werden durch geöffnete Kanäle verändert.

Ruhepotential: - 70 mV

- die spannungsgesteuerten Na+/K+ Kanäle sind geschlossen und die K+ Hintergrundkanäle sind offen

- K+ Hintegrundkanäle sind ursächlich für das Ruhepotential

 => es diffundieren K+ Ionen von Innen nach außen, somit wird es innen immer negativer und außen immer positiver.

- sobald außen es 5-10 mV positiver ist als innen, werden spannungsgesteuerte Na+ Kanäle geöffnet, so diffundieren Na+ Ionen nach innen und depolarisieren das Axoninnere bis zu einem bestimmten Schwellenwert.

Schwellenpotential: -55 mV

- nur wenn der Schwellenwert erreicht wird (Reizstärke ausreichend ist) wird auch ein Aktionspotential erreicht (Alles-oder-Nichts-Gesetz)

- Na+ Ionen diffundieren lawinenartig nach innen

=> 1. weil sie im Äußeren Milieu im Überschuss sind und 2. folgen dem elektrischen Gradienten (da innen sehr negativ ist.

Depolarisation: +30 mV

- Axoninnere wird durch Na+ Einstrom (spannungsgesteuerte Na+ Kanäle sind offen) 100 mV positiver als im Ruhepotential

- Nach 1 ms werden spannungsgesteuerte Na+Kanäle sekundär geschlossen und sind nicht aktivierbar => Na+ Einstrom endet

- Für einige ms lassen sich spannungsgesteuert Na+ Kanäle nicht mehr öffnen (Refräkterzeit)

Repolarisation: +30 bis - 70 mV

- spannungsgesteuerte K+ Kanäle öffnen sich und K+ Ionen strömen von innen nach außen

=> K+ Ionen folgen elektrischem Gradiente, weil außen negativ und innen positiv.

=> Axoninnere wird wieder negativer

Hyperpolarisation: -80 mV

- Es sind mehr K+ Ionen aus dem Inneren ausgeströmt als Na+ Ionen während der Depolarisation in das Innere eingeströmt sind

Refraktärzeit ist vorbei: spannungsgesteuerte Na+Kanäle sind zwar wieder aktivierbar, dennoch jetzt geschlossen sowie auch die spannungsgesteuerten K+ Kanäle. Um wieder das Ruhepotential zu erhalten wird die Natrium-Kalium-Pumpe eingesetzt.

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Das Ruhepotential wird durch die Natrium-Kalium-Pumpe erstellt.

Da wir nach der Hyperpolarisation einen extremen K+ Ausstrom hatten müssen wieder K+ Ionen einströmen um den Ruhezustand zu erhalten. Dies geschieht entgegen des elektrischen Gradienten, daher muss dies unter Energie Aufwand durchgeführt werden.
Die Natrium-Kalium Pumpe schafft unter Spaltung von energiereichem ATP drei Na+ Ionen vom Axoninneren nach außen und tauscht sie gegen zwei K+ Ionen aus dem Äußeren nach innen.

Im Ruhezustand der Nervenzelle sind die spannungsgesteuerten Kanäle geschlossen un die K+HIntegrundkanäle offen (erlauben K+ Austrom aus dem Axoninneren).

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EPSP: erregendes postsynaptische Potential.

- Aktionspotential entsteht im postsynaptischen Neuron nur wenn Schwellenpotential am Axonhügel entsteht

- erregende postsynaptisches Potential - EPSP: jeder Einstrom positiv geladener Ionen erzeugt Poentialänderung die die Entstehung von Aktionspotentialen fördert.

- hemmende postsynaptische Potential - IPSP: jeder Einstrom negativ geladener Ionen oder Ausstrom positiv geladener Ionen senkt die Wahrscheinlichkeit für ein Aktionspotential

- Aus dem EPSP und IPSP können vielfältige Möglichkeiten zur Verrechnung von Informationen entstehen. Auch die Entfernung zum Axonhügel bestimmt entscheidend mit über den Einfluss des Eingangsignals. (je größer Entfernung der Postsynapse bis zum Axonhügel, desto niedriger Signalstärke)

- räumliche Summation: wenn mehrere Signale gleichzeitig eintreffen und sich EPSP überlagern. Lokal Erregung an Membran ist stakr genug um am Axonhügel den Schwellenwert zu erreichen.

- zeitliche Summation: einflussreiches Signal trifft mehrere Male kurz hintereinander ein. EPSP lagern sich zeitlich übereinander und ein Aktiontspotential entsteht.

- EPSP und IPSP können sich überlagern und es kommt zu einer verrechnung von Hyperpolarisation und Depolarisation.

- Einströmen von Chlorid-Ionen: Neurotransmitter Gamma-Aminobuttersäure (GABA).  Die GABA-Rezeptoren der postsynaptischen Membran sind gleichzeitig Chlorid-Kanäle, die sich beim Andocken von GABA öffnen.

=> Wirkung: Wenn Chlorid-Ionen in die postsynaptische Membran einströmen, so wird diese hyperpolarisiert. Die postsynaptische Membran ist auf der Innenseite negativ geladen, und mit den einströmenden Chlorid-Ionen kommen weitere negative Ladungen dazu.

- Ausströmen von Kalium-Ionen: Neurotransmitter Gamma-Aminobuttersäure (GABA). Die Gaba-Rezeptoren der postsynaptischen Membran sind mit G-Proteinen gekoppelt, die ihrerseits Kalium-Kanäle öffnen.

=> Wirkung: Wenn Kalium-Ionen aus der postsynaptische Zelle herausströmen, so wird die postsynaptische Membran hyperpolarisiert. Die postsynaptische Membran ist auf der Innenseite negativ geladen, und mit den ausströmenden Kalium-Ionen werden zusätzlich positive Ladungen entfernt, so dass es noch negativer auf der Innenseite wird.

- gehört zu Gruppe der Alkaloide und wird aus der Tabakpflanze gewonnen.

- starkes Nervengift:

=> Nikotin erreicht innerhalb weniger Sekunden (ca. 10 Sekunden) nach dem Einatmen das Gehirn

=> Wirkung erfolgt schneller als bei der Verabreichung einer Injektion

=> Im Gehirn bindet Nikotin an die sogenannten Acetylcholin-Rezeptoren, das sind für bestimmte biochemische Signalprozesse spezialisierte Zellen

=>Regt Steigerung der Dopamin-Produktion an, was mit einem unmittelbaren Wohlgefühl bzw. dem Gefühl von Beruhigung einher geht

=> wirkt auf Hirnareale, die für Wachheit und die Steigerung der Aufmerksamkeitsleistung zuständig sind.

=> Bereits während Nikotin abgebaut wird, entwickelt sich ein erneutes Rauchverlangen, um die Rezeptoren im Gehirn mit Nachschub zu versorgen und in der Folge das gewünschte Wohlgefühl zu erreichen. Bleibt dieser Nachschub zu lange aus, entwickeln sich unangenehme Entzugssymptome wie Unruhe, Gereiztheit, Unkonzentriertheit, etc..

Nebenwirkungen: Herz-Gefäßkrankheiten (beschleunigt Herzschlag), Atemwegserkrankungen (Lungenvolumen verkleinert), Krebs, herabgesetzte Sauerstoffmenge im Blut, Angriff auf Magenschleimhaut, Verengung der Blutgefäße

Kugelfisch besitzt das tödliche Nervengift TTX.

- blockiert Na+ Ionen und verhindert Einströmen in das Axon

- Nerven- und Muskelerregung werden unterbrochen => vollständige Lähmung: Atemstillstand und oder Herzstillstand.

Nur ausgewachsene Weibchen sind gefährlich für den Menschen.

- Gift gehört zu den Neurotoxinen:

=> dauerhafte Öffnung von Calciumkanälen in der Präsynapse => vermehrte und unkontrollierte Neurotransmitter (Acetylcholin und Noradrenalin) werden freigesetzt am Synaptischen Spalt und es kommt zur Dauererregung => Folge sind Krämpfe, Atemmuskulatur vekrampft, Herzinfarkt und Schlaganfall.

Enthält Gift Atropin => narkotische Wirkung. Atropin hemmt Ach Rezeptoren und somit das Aktionspotential.

Bei Überdosierung kann Schwindel und Unruhe entstehen. Steiger Herzfrequenz.

Giftstoff Botulinumtoxin.

- Aktionspotential kann nicht vollzogen werden, da Transmitterkanäle irreversiebel zerstört werden.

- Folgen: Kopf- und Magenschmerzen, Übelkeit und Erbrechens. Schluck-, Sprech- und Sehstörungen, gefolgt von Muskellähmunge,Lähmung der Augenmuskulatur (Doppeltsehen) und die Lähmung der Nackenmuskulatur (Halssteifigkeit)

- Giftstoff Conotoxine sind Nervengifte  und bestehen aus Aminosäureketten

- blockieren bestimmte Rezeptoren für Neurotransmitter an den Synapsen der Nervenzellen oder aber Ionenkanäle => Lähmung

- Ein Gift der Kegelschnecke Conus magus wird als Schmerzmittel (Analgetikum) eingesetzt. Das Ziconotid ist ein Nichtopioid-Analgetikum, das sich wirksamer als bekannte Schmerzmittel erweist. Das Gift gilt als möglicher Ersatz für Morphin.

- gehören zu den Halocinogenen.

- Muscarin wirkt als Agonist auf den muscarinischen Acetylcholinrezeptor, Muscimol aktiviert den GABA-A-Rezeptor und hemmt motorische Funktionen. Ibotensäure, eine nicht-proteinogene Aminosäure, wirkt als Agonist an glutaminergen Rezeptoren wie dem NMDA-Rezeptor.

- Muscimol führt zu psychischer Erregung, Benommenheit und geistiger Desorientiertheit. Eine Vergiftung mit Fliegenpilzen kann zum Pantherina-Syndrom führen. Herzlähmung und Tod

- sondern über ihre Haut basische Alkaloide ab

- Batrachotoxin wirkt auf das Nervensystem. Es verhindert die Inaktivierung der Natriumkanäle und ist damit ein sogenanntes Krampfgift. Es treten Muskel- und damit auch Atemlähmungen auf, die in schweren Fällen beim Menschen zum Tod nach etwa 20 Minuten führen können.

- Ein Gegengift ist Tetrodotoxin (Kugelfisch)

- wird aus Bäumen gewonnen

- Curare besetzt die Bindungsstellen der Ach-Rezeptoren ohne aber Kanäle zu öffnen. Wirkt als Antagonist, d.h. es blockiert die Wirkung des Rezeptors. => Muskellähmung und Atemstillstand

Sarin verhindert Spaltung des Neurotransmitters durch die Blockade des Enzyms der Acetylcholinesterase. Acetylcholin bleibt an der Rezeptorbindungsstelle haften. Postsynapsen werden dauerhaft erregt. Opfer sterben an Lähumg von Atem- und Herzmuskulatur