Biopsychologie I

Auf eine Zelle münden viele Synapsen. Somit können verschiedene Informationen gleichzeitig in den Membranbereich einfliessen können. Die Art und Zahl der Transmitter-Rezeptor-Komplexe ist für die ERregung und Hemmung an Postsynapse entscheidend. 

• Ionotrope Rezeptoren: Können selbst Ionenkanäle bilden
• Metabotrope Rezeptoren: wirken mit Zwischenschritten auf Ionenkanäle in der Umgebung ein

Anlagerung des Neurotransmitters an Liganden bewirkt Öffnung des Ionenkanals. Dieser ist ein Membranprotein aus 4-5 Untereinheiten. Je nach Konformation ist der Kanal vor Einteffen des Signals geöffnet oder geschlossen. Kanalöffnung erfolgt schnell nach Andoken des Transmitters. Je nach Transmitter erfolgt EPSP oder IPSP. 

• Transmitter bildet mit Rezeptor Komplex.
• Komplex aktiviert G-Protein (befinden sich frei beweglich im Zytosol der postsynaptischen Zelle)
• G-Protein lagert sich an Rezeptor an und wird aufgespalten
• Öffnung des Ionenkanals kann über zwei Wege geschehen
  • a-Untereinheit des G-Proteins wird bei Bindung an Komplex abgespalten und dockt an Ionenkanal in Nähe an -> Konformationsänderung des Ionenkanals
  • Öffnung über second-Messenger: a-Untereinheit verbindet sich mit Enzym der Membran-Innenseite, kommt zur Bildung eines second-Messengers, second Messenger bindet an Ionenkanal und löst Konformationsänderung aus
• Die Kanalöffnung mitttels metabotroper Rezeptoren ist langsam aber modulierbar. Es kommt zu längeren Reaktionszeiten durch die Zwischenschritte. 

Metabotrope Rezeptoren an der Präsynapse: 

Es sind Rezeptoren, die von der eigenen Zelle freigesetzte Moleküle binden und dadurch die Funktion der Zelle modulieren. Es sind Rzeptoren, über die der ausschüttenden Zelle zurückgemeldet wird, wie hohc die Neurotransmitter-Konzentration in der Umgebung ist: 

• Transmitter dockt an
• Feedback über Transmitteranzahl in synaptischem Spalt
• Hemmung oder Stimulierung der Ausschüttung
• Hemmung über second-Messenger -> Deaktivierung der Ca-Kanäle -> Andocken der Vesikel an Membran wird gehemmt.

Wenn zwei Neurone gleichzeitig aktiv sind, dann interagieren sie miteinander. Hebb gilt als Entdecker der snaptischen Plastizität, der Grundlage von Lernen und Gedächtnis

Wie Hyperpolarsiation bei Axon, Phase des Rückgangs/Stillstands: WEnn Vorrat an Vesikeln aufgebraucht ist, wenn nur wenige Rezeptoren aktivierbar sind oder wenn Erholungsphase notwendig ist.

Transmittersysteme sind wichtig für das Verständnis von psychischen Erkrankungen. Jeder Neurotransmitter definiert ein System- eine spezifische Maschinerie für Synthese, Ausschüttung, Wirkung, Wiederaufnahme und Abbau.

• Schnelle Kommunikation: Beruht in der Regel auf Glutamat, GABA oder Glycerin
• Längerfristige Kommunikation: Amin-Transmitter wie Serotonin oder Dopamin

Neurotransmitter: Wirken in einem neurochemischen Prozess zwischen zwei Nervenzellen und werden durch Gehirnaktivitäten aktiviert. Sie können nach ihren chemischen Merkmalen in Monoamine, Peptide und Aminosäuren eingeteilt werden. 

Hormone: Entfalten ihre Wirkung im Blut (Weg ohne Nervenzelle) und beeinflussen die Ausschüttung von Neurotransmittern.

Synapse: Man nennt ein System, das mit Acetylcholin arbeitet, eine cholinerge Synpase

Transmitter: Acetylcholin

Rezeptor: 

• Niktoinerg (ionotrop): Acetylcholin und Nikotin als Agonist
• Muskarinerg (metabotrop): Acetylcholin und Muskarin als Agonist

Acetylcholin ist ein Transmitter in: Motoneuronen, vegetativem Nervensystem, Vorkommen allgemein im Gehirn

1. ACh wird in snyaptischen Spalt aus Vesikeln ausgeschüttet
2. Interaktion mit Rezeptor
3. Neurotransmitter wird durch Enzym in Essigsäure und Cholin gespalten
4. Bestandteile diffundieren zurück in Präsynapse (Re-Uptake)
5. Unter ATP-Verbrauch wird wieder ACh hergestellt

• Myastenia gravis: Signalübertragung zwischen Nervenzelle und Muskelzelle ist gestört -> Muskelschwäche
• Lambert Eaton: Freisetzung ovn ACh an cholinergen Synapsen ist gesört. Ursache: Verminderter Ca Einstrom in Präsynapse. -> Muskelschwäche
• Alzheimer Demenz: Mangel an ACh in Gehirn

Dopamin, Noradrenalin und Adrenalin besitzen einen Katecholring -> Katecholamine

• Dopamin: Dopaminerge Neuronen besitzen besonders zahlreiche und lange Verzweigungen über die sie weit auseinanderliegende Zielgebiete erreichen können. Die Rezeptoren sind metabotrop. Wichtig für: Willkürmotorik (Parkinson= dopaminerge Rezeptoren degenerieren und es sind keine harmonischen Bewegungen mehr möglich), Schizophrenie, Belohnungssystem, Suchtentwicklung.
• Adrenalin und Noradrenalin: Adrenalin ist ein Hormon und wirkt übers Blut. Es wird in Stresssituationen bei Aktivierung des Sympathikus ausgeschüttet. Noradrenalin ist die Vorstufe von Adrenalin un dein wichtiger Botenstoff zwischen sympatischen Nerven uaf ihre Erfolgsorgane.

Serotonin spielt primär im Gehirn eine Rolle. Funktionen: Schlaf-Wach-Rhyhtmus, emotionale Befindlichkeit, Schmerzwahrnehmung, Durst und Hunger. Bei Defizit von serotonergen Neuronen kann Depression, Angststörung und ESstörungen entstehen. Diese Rezeptoren sind also ein Ansatzpunkt für viele Psychopharmaka.

Antidepressiva: Selektive Serotonin-Aufnahmehemmer (SSRIs): Sie verhindern, dass die Nervenzelle den Botenstoff Serotonin wieder aufnimmt und der Neurotransmitter somit länger im synaptischen Spalt bleibt. 

Glutamat ist der am meisten verbreitete erregende (exzitatorische) Neurotrasmitter im ZNS. Er ist der Gegenspieler zu GABA. Sie wirken also gegensätzlich. 50% der Neuronen des Gehirns setzten Glutamat frei. Glutamatrezeptoren sind ionotrop und metabotrop. Besonders wichtig sind die NDMA-Rezeptoren fürs Lernen (Langzeitpotenzierung).

Wuchtigster hemmender (inhibitorischer) Neurotransmitter im ZNS. GEgenbspieler zu Glutamat-Wirkung. 

Medikamente: Benzodiazepine greifen am GABA-Rezeptor an und verstärken den Chlor-Einstrom -> Verstärkte GABA-Wirkung. GABA Agonisten werden auch gegen Epilepsie eingesetzt.

Während die klassischen Neurotranmistter kleine Moleküle sind, handelt es sich bei Peptiden um Aminosäureketten. Sie funktionieren allerdings gleich wie Neurotransmitter (Monoamine).

• Neuropeptid Y: Stimulator der Nahrungsaufnahme
• Endorphine, Enkephaline, Substanz P: Schmerzübertragung
• Coricotropin-Releasing-Hormon: APH-Achse: Cortisol, Stress
• Oxytocin: WEhen, Laktation (Milcheinschuss), soziales Vertrauen

Ein Gen ist die Gesamtheit der Erbinformation, die für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es ist der Abschnitt auf der DNA (Nukleotidsequenz, Basenabfolge), der die verschlüsselte Information für ein Protein einthält.

Ein Protein besteht aus mehr als 100 Aminosäuren. Es hat eine dreidimensionale Struktur, ist gegen aussen hydrophil und gegen innen lipophil. Funktion: Schutz, Körperstruktur, Stofumsatz, Transport, Signalfunktion, Ionenkanäle, Reservestoff.

Ein Polypeptid besteht aus weniger 100 Aminosäuren.

Ein Peptid besteht aus weniger als 10 Aminosäuren.

Die DNA befindet sich im Zellkern und ist Trägerin der gesamten Erbinformation (Genom, Erbgut, Menge aller Gene). Das Genom besteht aus 23 Chromosomen-Paaren (46 Chromosomen). Die DNA befindet sich in ihrem inaktiven Zustand, den Chromosomen. Nur während der Zellteilung sehen diese X-förmig aus. Damit sich die langen DNA-Fäden nicht verwirren, sind sie auf Strukturgebenden Bindungsproteinen, den Histonen. Dadurch schrumpft ein DNA-Faden auf 1:20'000 seiner Länge und findet im Zellkern Platz. Nur 1.5% der genetischen Information enthält Baupläne (Extrons). 

Kopie der genetischen Information (nur bei Eukaryoten): 

• Interphase: Zellorganelle werden synthetisiert und andere Zellvoränge passieren (längste Phase).
• Prophase: Chromosomen wickeln sich in X-Form in der Zellmittel auf (verkürzen und verdichten).
• Prometaphase: Kernhülle zerfällt und gibt die Chromosomen frei. Spindelapparate (an den Polen) verbinden sich mit den Chromosomen.
• Metaphase: Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene in einer Reihe an (horizontal).
• Anaphase:Chromosomen werden je in zwei Chromatide getrennt (diploider zu zwei haploiden Chromosomensätzen). 
• Telophase: Resynthetisierung der Kernhülle und Rekonstruktion des Gegenstranges pro Chromatid (2 haploide zu 2 diploiden Chromosomensätzen). Für kurzen Moment zwei Zellkerne.
• Cytokinese: Eigentliche Zellteilung

Nur Geschlechtszellen und nur bei Eukaryoten: 

• Crossing-over: Vor der Trennung des Chromosomensatzes wird die genetische Information zwischen den Chromosomen der gleichen Person ausgetauscht. 
• Nur der halbe Chromosomensatz wird geteilt, dafür werden die ganzen Chromosomen an die Pole gezogen. 
• Dann bilden sich Hüllen um die beiden haploiden Chromosomensätze.
• Jetzt beginnt die Mitose. Es findet dazwischen aber keine Interphase statt, die Chromosomen werden also nicht verdoppelt. Die Mitose startet mit zwei haploiden Chromosomensätzen.
• SChlussendlich sind 4 Tochterzellen mit einem haploiden Chromosomensatz entstanden (je 23 Chromosomen). 
• Sie sind jetzt bereit für eine Befruchtung (nach der Verschmelzung sind es 46 Chromosomen, also ein diploider Chromosomensatz pro Zelle).

Ihre Form ist eine Doppelhelix (2 gegenläufige Stränge) aus Nukleotiden.

• Nukleotid: Eine Base (gegen die Mitte, komplementäre Basen vis a vis); ein Zucker (Rückgrat), ein oder mehrere Phosphatgruppen (Rückgrat)
• Komplementäre Basen: Adenin und Thymin (2 Wasserstoffbrücken); Guanin und Cytosin (3 Wasserstoffbrücken)

1. Zucker: Ribose anstelle von Desoxyribose
2. Basen: Uracil anstelle von Thymin
3. Aufbau: Einsträngig anstelle von zweisträngig

Die gesamte Erbinformation ist in der Reihenfolge der Basen verschlüsselt. 1 Gen sind mehrere Codone (Basentriplets) nacheinander. 1 Codon ist der Code für eine Aminosäure:

• Sart- und Stopcodons legen Anfang und Ende der Aminosäure fest.
• Ein Gen kann mehrere Proteine synthetisieren und umgekehrt.
• Die dritte Base aus dem Triplet ist weniger wichtig/unspezifischer/flexibler als die ersten Zwei (Wobble Hypothese). 
• 4x4x4 = 64 Varianten von Codons möglich bei nur 20 zu kodierenden Aminosäuren. 
• Die gleiche Codon-Aminosäure-Zuordnung besteht in fast allen Organismen (Indiz für Evolutionstheorie). 

Die Zellen spezialisieren sich auf die Herstellung bestimmter Proteine aufgrund unterschiedlicher angelagerter Proteine. Sogenannte Transkriptionsfaktoren dämpfen/anregen also die Transkription von Proteinen. Komplexe Regelkreise legen fest, welches Gen wann transkribiert wird. Diese Kreise sind abhängig von den jeweiligen Anforderungen (z.B. Ausschüttung von Stresshormonen). Einzig sogenannte Housekeeping-Gens werden immer benötigt, daher sind sie in jeder Zelle aktiv.

• Genotyp: genetische Zusammensetzung/Kombination
• Phänotyp: äusseres Erscheinungsbild, Folge einer genetischen Kombination+Umwelteinflüssen
• Allel: unterschiedliche Varianten/Ausprägungen eines Gens (z.B. schwarz/weiss). Menschen besitzen jedes Allel in doppelter Ausführung (diploider Chromosomensatz); dominantes Allel ist in Phänotyp sichtbar.
• Gonosomen: Geschlechtsbestimmende Chromosomen
• Homozygot: reinerbig, beide Allele (von Mutter und Vater) für ein besimmtes Merkmal sind gleich (z.B. weiss/weiss).
• Heterozygot: mischerbig, die Allele (von Mutter und Vater) für ein besimmtes Merkmal sind unterschiedlich (z.B. weiss/schwarz).
• Dominant: dieses Allel setzt sich im Phänotyp gegenüber dem anderen durch
• Rezessiv: dieses Allel wird von dem anderen im Phänotyp überdeckt
• Uniform: gleich/uni (Gegenteil von intermediär)
• Intermediär: dominantes und rezessives  Merkmal mischen sich (Mischform der Allele, z.B. grau)
• Ko-Dominant: Beide Allele setzen sich durch (z.B. schwarz/weiss gestreift).

Bestimmte Geninformationen sind für die Vererbung über Generationen zuständig. Seine wichtigsten Erkenntnisse sind:

• Anlagen müssen paarweise vorliegen, nur einer von beiden Anteilen (Allelen) kann sich im Phänotyp zeigen (ist dominant bzw. rezessiv).
• Anlagen werden einzlen weitergegeben, so dass neue Kombinationen entstehen können.

Die Mendelschen Gesetze beschreiben, wie gross die Wahrscheinlichkeit einer Merkmalsausprägung bei den Nachkommen ist.

Zwei reinerbige (homozygote) Eltern , die sich in einem Merkmal unterscheiden (AA und aa) -> Paarung -> 1. Generation sind im Phänotyp alle gleich (uniform), obwobl sie mischeribig (heterozygot) sind. Ein Merkmal ist also dominant (alle sind Aa). 

1. Kindergeneration heterozygot (Aa) -> Kreuzung (Aa mit Aa) -> unterschieldiche Phänotypen in der 2. Kindergeneration (Verhältnis: 3 dominant AA, Aa, Aa und 1 rezessiv aa). 

Zwei reinerbige (homozygote) Eltern, die sich in zwei Merkmalen unterscheiden (AABB und aabb) -> Paarung -> 1. Generation (AaBb und AaBb) ergibt noch den gleichen Phänotyp -> 2. Generation ergeben völlig neue Formen (intermediär). DAs bedeutet, die jeweiligen Merkmale werden unabhängig voneinander auf unterschiedlichen Chromosomen an die Nachkommen vererbt (9 dominant AABB, 3 Mischform aaBB, 3 Mischform AAbb und 1 rezessiv aabb).

Bei der Transkription können spontane Veränderungen auftreten; ein verändertes Triplett (1 veränderte Base). Das nennt man eine SNP (Single-Punkt-Mutation). Das führt dazu, dass das ursprüngliche Protein nicht synthetisiert werden kann oder durch die Veränderung evtl. ein neues Protein entsteht. Falls die Veränderung in den Gameten (Geschlechtszellen) vorkommt, wird sie erblich an die Kinder weitergegeben. 2/3 aller SNPs bestehen aus dem Austausch von Cytosin mit Thymin. 

Die Auswirkungen dieser Veränderungen können positiv oder negativ sein: Aussterben, Entstehung einer neuen Art, Rassenvielfalt, evolutionäre Vorteile in der Weitergabe der eigenen Gene. SNPs entsprechen 90% aller genetischen Varianten.

Beispiel für SNP: Sichelzäll-Anämie -> erbliche Erkrankung (autosomal-rezessiv) -> Bildung eines abnormen Hämoglobins -> Durchblutungsstörungen, Hirninfarktrisiko, Resistenz gegen Malaria. Genetische Veränderungen haben immer einen positiven und einen negativen Aspekt. 

Für die Vererbung von Merkmalen sind zwei Hauptmechanismen bekannt: Dominante und rezessive Erbgänge. Wir betrachten hier nur Merkmale, die von einem einzelnen Gen bestimmt werden. Liegt das Merkmal auf einem GEschlechtschromosom, spricht man von einem x oder y gonosomalen Erbgang. Wenn das Gen auf einem der anderen Chromosomen liegt, spricht man von einem autosomalen Erbgang. 

• 22 Autosomen- Paare
• 1 Paar Gonosomen

Bei der Stammbaumanalyse stellt man sich zwei Fragen:

1. Sind beide Geschlechter gleich oft betroffen (ja - > autosomal)?
2. Kommt die Krankheit in jeder Generation vor (ja -> dominant)?

Da y-chromosomale Erbgänge sehr selten sind, werden diese nicht besprochen. 

• Autosomal-Dominant: Beide Geschlechter sind betroffen, Krankheit kommt in jeder Generation vor. ES reicht, wewn eines der beiden Allele der Eltern defekt ist.
• Gonosomal-Dominant: Nur eines der beiden Geschlechter ist betroffen, Krankheit kommt in jeder Generation vor. Das defekte Allel liegt auf dem X-Chromosom und ist dominant. Ein kranker Vater bekommt immer kranke Töchter, da er in jedem Fall das X-Chromosom an sie weitergibt.