Biopsychologie I

Speichersystem von synthetisierten Proteinen für den zellulären Gebrauch.

Synthese von Fettsäuren und Phospholipiden für Aufbau der Zellmembran, Herstellung von Hormonen, Abbau von Giften und Speicherung von Kalizum-Ionen.

Steht mit der Membran des Zellkerns in Verbindung, an Ribosomen auf Oberfläche geschieht Synthese von Proteinen, neue Proteine werden zum Golgi-Apparat geleitet.

End-Strecke des ER, posttranslationale Aktivierung von Proteinen (Splicing von Introns). Golgi-Apparat schnürt Stücke seiner Membran ab und bildet daraus Vesikel. Proteine werden in Vesikel durch Zytosol transportiert und Verschmelzen mit Zellmembran.

Ort der Zellatmung, stellen Energie in Form von ATP her.

Dienen dem Abbau und Wegtransport von Substanzen, die aus der Zelle oder von extern stammen und nicht mehr gebraucht werden.

Abbau von schädlichen Peroxidradikalen, die bei Stoffwechselvorgängen entstehen.

Basis für die räumliche Struktur der Zelle. Besteht aus: 
- Neurotubuli: röhrenförmige, langgestreckte Strukturen für den Transport über grosse Distanzen im Innern der Zelle.

- Neurofilamente: Stäbilität und Aufrechterhaltung der Zellform

Flüssigkeitsgefüllte Räume in der Zelle, das das Zytoskelett und die Zellorganellen Umgeben, Ort der Translation.

Phospholipid-Doppelschicht (aussen hydrophil, innen lipophil), eingelagerte Membranproteine zur Aufrechterhaltung des inneren Milieus und Informationsübertragung von Zelle zu Zelle (Aktionspotentiale).

Im Zellkern: Die Transkription ist der erste Teil der Proteinbiosynthese. Hier wird die Information der DNA auf die mRNAüberschrieben. Die Informationsübertragungkann so stattfinden, ohne, dass die DNA den Zellkern verlassen muss. Das dient der Stabilisation und dem Schutz vor enzymatischem Abbau. Am Ende der Transkription ist ein mRNA-Einzelstrang entstanden.

- Initation: Die RNA-Polymerase bindet an die Promotor-Sequenz, die DNA wird entwunden

- Elongation: Der Codogene Strang wird von 3´ nach 5´ abgelesen, die RNA-Polymerase liest die Nukleotide ab, die Nukleotide mit den komplementären Basen werden herangeführt und zur mRNA verbunden, die DNA wird hinter der Polymerase wieder verschlossen und gewunden

- Termination: Die Terminator-Sequenz wird abgelesen, der prä-mRNA-Strang wird freigesetzt, die mRNA-Polymerase löst sich. Prokaryoten besitzen keinen Zellkern. Daher findet die Transkription im Cytoplasma und nicht im Zellkern statt.

Da auch die inaktiven Elemente (Introns) abgelesen werden, müssen diese in einem Zwischenschritt entfernt werden. Duch das Splicing werden die Introns entfernt und die Extrons miteinander zur mRNA verknüpft. Die mRNA und Ribosome werden durch Poren in der Kernmembran ins Zytoplasma transportiert.

Ribosomen: Die Translation ist der zweite Teil der Proteinbiosynthese. Hier werden die Proteine nach den genetischen Informationen der mRNA an den Ribosomen der Zellen synthetisiert. Am Ende der Translation wurde ein Polypeptid bzw. ein Protein synthetisiert.

- Initation: Die mRNA bindet an das Ribosom, das Ribosom erkennt ein Startcodon und führt die passende tRNA an die P-Stelle an, ein weiteres tRNA-Molekül mit komplementären Anticodon lagert sich an die A-Stelle an, das Ribosom wandert in 3´-Richtung

- Elongation: Das Ribosom wandert immer ein Triplett weiter, die leeren tRNA-Moleküle rutschen in die E-Stelle und lösen sich, neue tRNA-Moleküle mit Aminosäuren binden am Ribosom (A-Stelle), diese Aminosäuren sind immer passend für bestimmte Codone, Enzyme katalysieren bei jedem Triplett-Schritt die Bindung der Aminosäuren an der P-Stelle, es entsteht eine Polypeptidkette

- Termination: Für Stopcodone gibt es kein tRNA-Molekül mit passender Aminosäure, wird so ein Stopcodon abgelesen, zerfällt das Ribosom & gibt das Polypeptid frei

Zum Teil sind die Proteine, wenn sie synthetisiert werden, noch nicht fertig und werden noch nachmodifiziert (wenn sie ihre Wirksamkeit erst im Blut entfalten sollen, werden sie in einer inaktiven Vorstufe synthetisiert). Während der Abschnürung im Golgi-Apparat werden dann weitere Modifikationen vorgenommen.

- Gestalt (Mulitpolar, bipolar, unipolar und Pyramidenzelle)

- Neurotransmitter (bspw. cholinerg)

- Verbindung (bspw. Motoneuron)

- Schutz (Isolation)

- Versorgung (Nährstoffe, Sauerstoff)

- Stützfunktion 

- Ermöglichung der schnellen Informationsweitergabe (Myelin)

Gliazellen spielen eine entscheidende Rolle bei der Feinabstimmung der Neuromodulation: 

- Können Konzentration von Neurotransmittern im synaptischen Stalt beeinflussen.

- Regulieren Ionenkonzentrationen und somit Erregbarkeit von Neuronen.

- Freisetzung von Neurotransmittern kann zu Hemmung oder Erregung führen. 

- Steuerung der Hirndurchblutung: Speziell Asterozyten regulieren Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke. 

1. Mikroglia: Abwehr- und Immunfunktion
2. Astrozyten (sternförmig): Haben Kontakt zu vielen Neuronen, sind an Signalübertragung beteiligt, nehmen Stützfunktion ein und steuern die Hirndurchblutung
3. Oligodendrozyten: Umhüllen im ZNS Axone (mehrere Axone) und bilden dabei Myelin (hoher Fettanteil -> weiss), das erhöht die Leitungsgeschwindigkeit und schützt vor mechanischer Überlastung
4. Schwann'sche Zellen: Umhüllen im peripheren NS Axone (immer nur 1 Axon). Als Ranvier-Schnürring bezeichnet man den freiliegenden Abschnitt eines Axons, an dem zwei Schwann-Zellen zusammentreffen.

Austausch-Sperre: Verhindert, dass Nervenzellen Schadstoffen ausgesetzt werden. Es können nur fettlösliche Substanken und kleine Moleküle vom Blutgefäss über Asterozyten zu Neuronen gelangen. Mikroglia verhindern Störung der Blut-Hirn-Schranke (Keim-Schutzpolizei des Gehrins).

1. Erregende Impulse (exzitatorisch)
2. Hemmende Impulse (inhibitorisch)

Die elektrische Ladung von Nervenzellen ist ein dynamisches Gleichgewicht, da die kleinsten Teilchen alle eine Eigenbewegung (braunsche Molekularbewegung) besitzen. Die Teilchen streben entweder einen elektrischen (gleichviel Ladung auf beiden Seiten der Membran) oder einen chemischen Konzentrationsausgleich (gleichviel Teilchen auf beiden Seiten) an. 

Das Ruhepotential ist der Zustand einer Zelle, wenn sie sich nicht erregt ist. Dieses Potential ist negativ und befindet sich bei einer Nervenzelle bei ca. -70mV. Es kommt durch eine bestimmte Ladungsverteilung zustande, die bei einer ruhenden Zelle vorhanden ist. 

In der ruhenden Zelle befinden sich im Innenraum der Zelle (Intrazellulärrum) hauptsächlich positiv geladene Kaliumionen und negativ geladene Anionen. Im Extrazellulärraum, also außerhalb der Zelle, befinden sich hauptsächlich positiv geladene Natriumionen und negativ geladene Chloridionen. Der Intra- und Extrazellulärraum sind durch eine Membran getrennt. Dieser Ladungsunterschied auf beiden Seiten, sorgt für das Ruhepotential. 

Kalium-Kanäle sind offen, wodurch Kalium (K+K+) nach außen strömt, weil es einen Konzentrationsausgleich schaffen will. Dieses Konzentrationsgefälle nennt man chemischen Gradienten. Natrium-Kanäle sind geschlossen - Es gibt jedoch Natrium- Leckströme. Hier strömen Natriumionen durch die Membran entlang des Konzentrationsgefälles nach Innen. Dagegen arbeitet die Natrium-Kalium-Pumpe. Sie tauscht die Ionen so aus, dass das Konzentrationsgefälle aufgehoben wird. Sie transportiert immer drei Natriumionen nach außen und zwei Kaliumionen nach innen, um die Ladungen auszugleichen.

Kommt ein Reiz an einer Zelle an, wird das Membranpotential positiver und das Ruhepotential der Zelle ändert sich in ein Aktionspotential. Nach einem Aktionspotential wird immer wieder das Ruhepotential hergestellt.

Innerhalb: Kalium (+) und organische Anionen (-)

Ausserhalb: Natrium (+) und Chlorid (-)

- Akiv: benötigt Energieaufwand ATP, von niedriger zu hoher Konzentration (bspw. Na-K-Pumpe)

- Passiv: Diffusion von hoher zu niedriger Konzentration (entweder mit oder ohne Hilfe von Transportproteinen)

- passiver Ionenkanal (Diffusion)

- Carrier-Proteine (proteingesteuerter Kanal): Substrat dockt an Bindungsstelle -> Konformationsänderung -> Substrat kann passieren

- Spannungsaktivierter Ionenkanal (elektrischgesteuerter Kanal): sind entweder offen oder geschlossen, Gestalt und Lage im Raum ändert sich je nach Spannung (Umgebungsbedingung). Je nach Anlagerung bestimmter Substanzen kann Durchlässigkeit erhöht oder blockiert werden.

- Kalziumaktivierter Ionenkanal (wenn Ca intrazellulär ansteigt)

- Mechanisch-aktivierter Ionenkanal (Druck/Zug)

- ATP-sensitiver Ionenkanal (wenn ATP sinkt/steigt)

Proteingesteuerte Kanäle sind sehr viel langsamer als elektrisch-gesteuerte Kanäle. Sie werden erst aktiviert, wenns ich ein besimmter Reiz wiederholt. 

Seltene Erbkrankheiten, die durch episodisch auftretende Funktionsstörungen der Muskulatur oder des Nervensystems charakterisiert sind. Bsp.: Myotonia congenita: weniger Chlorid-Kanäle führen zu verlangsamter Muskel-Relaxation.

Natrium-Kalium-Pumpe:

Enzym, einseitige Transportrichtung, weil Bewegung zum Stillstand kommen würde (Gleichgewicht erreicht), braucht es einen Transport in entgegengesetzte Richtung. Innenseite: 3 Bindungsstellen für Na Ionen, Aussenseite: 2 Bindungsstellen für K Ionen

- Elektrotonische Erregungsleitung (passiver Transport)

- Erregungsleitung durch Aktionspotentiale (Informationsweiterleitung)

Lokale Membranpotentialveränderung (Ablenkung des Nachbarions durch Abstossungs- und Anziehungskräfte) , nicht relevante Erregungsleitung (verebbt gleich wieder, da zu schwach, um bis zum Axon zu gelangen. Zelle stellt selbständig Ruhepotential wieder her. 

Die Leitungsgeschwindigkeit hängt von Durchmesser der Faser ab (je grösser, desto mehr Ionen haben Platz und leiten den Strom weiter). Die elektrotonische Weiterleitung kommt dort vor, wo die Ausbreitung der Potentialveränderung nur über kurze Strecken geschiehen muss und die Neuronen dicht gepackt sinnd. Z. Bsp. im menschlichen Gehirn oder an Membranen von Dendriten.

Potentialveränderungen können so über eine grosse Distanz weitergeleitet werden. Viele Impulse breiten sich gleichzeitig an der Membranoberfläche aus und gelangen zusammen zum Axonhügel. Die Aufsummation diesr Potentiale führt beim Axonhügel zur in Bewegungsetzung eines Stroms (überschwelliges Signal). -> Alles oder nichts Gesetz. 

1. Ruhepotential: leicht negativ in Zelle, Kaliumkanäle offen, etwas mehr K aussen, Natriumkanäle geschlossen
2. Elektrischer Reiz kommt an
3. Natriumkanäle (spannungsabhängig) öffnen sich, Natrium von aussen fliesst gegen innen (Konzentrationsausgleich)
4. Zellinneres ist jetzt positiver als aussen, in diesem Moment schliessen sich Na-Kanäle wieder und Kalium fliesst aus, um Konzentration auszugleichen (Repolarisation)
5. Es fliesst zu viel positive Ladung raus (Hyperpolarisation) -> Schutzfunktion, damit keine Überstimmulation geschehen kann
6. Refraktärzeit: Zeit, ind er kein neuer Impuls aufgenommen werden kann
7. Weiterleitung des elektrischen Reizes an nächste Na-Kanäle (Umgebungsänderung)
8. Gleichgeiwcht stellt sich durch Na-K-Pumpe wieder ein (leicht negatives Zellinneres) -> Neuron ist wieder erregbar

Geschieht über die Frequenz der Aktionspotentiale: Intensität des Reizes (Amplitude) ist uninteressant, wichtig ist die Frequenz und die Anzahl durch den Reiz ausgelöster Aktionspotentiale (alles oder nichts Gesetz). Schwache Reize bewirken dasselbe wie starke Reize.

• Unmyelinisierte Fasern: langsamer Signaltransport wegen starker Leckströme, ca. 10m/s, Leitungsgeschwindigkeit für Aktionspotential ist proportional zur Faserdicke
• Myelinisierte Fasern: Ummantelung durch Fettschicht (Oligodendrozyten), Myelinscheide ist elektrischer Isolator, nur an den STellen be den Schnürrigen (zwischen Fettschicht) besteht noch Kommunikation zwischen Intra- und Extrazellulärraum. Somit muss nicht jeder einzelne Abschnitt einer Membran einzeln erregt werden (nur an jeder unmyelinisierter Stelle Generierung eines Aktionspotentials). Leitungsgeschwindigkeit ca. 100m/s. Die Erregungsleitung verläuft saltatorisch (sprunghaft) von Schnürring zu Schnürring.
• Spontan aktive Neuronen: Instabiles Ruhepotential, das sich innerhalb einer Zeitspanne abbaut -> Depolarisation -> Aktionspotential. Beispiel: Schrittmacherneuronen und Burst-Neuronen.

Kontaktstelle zwischen zwei Nervenzellen oder einem Neuron und einer Zelle des Erfolgsorgans (bspw. Muskelzelle). Von elektrischem zu chemischem Signal. Wirkungsort von Psychopharmaka.

• Axo-dentritisch: Axon mit Dendrit
• Axo-somatisch: Axon mit Zellkörper
• Axo-axonal: Axon mit Axon (Ziel: Hemmung; inhibitiorische Neuronen z.B. im Rückenmark)