Biologische Psychologie 1

Die Methode heißt "Golgi stain" und wurde 1873 von Camillo Golgi eingeführt. Er entdeckte, dass sich in Hirngewebe, wenn es in eine Silber-Chromatlösung getaucht wird, ein kleiner Teil der Neuronen gut sichtbar dunkel färbt.

Das Neuron besteht aus  dem Soma - dem Zellkörper (auch Perikaryon), von dem zwei Arten von Neuriten abgehen - die Dendriten, welche sich nach oben und zur Seite verzweigen und (typischerweise) ein Axon, welches sehr lang sein kann.

Golgi war der Meinung, Neuronen funktionierten als ein Gesamtnetzwerk, das verbunden ist.
Cajal widerum vertrat die Position, dass Neuronen durch Kontakt, nicht durch Kontinuität kommunizierten. Diese Theorie wurde als "neuron doctrine" bekannt und erwies sich in den 1950er Jahren als korrekt.

Das Soma enthält eine Flüssigkeit namens Cytosol, die durch die neuronale Membran abgegrenzt ist. Außerdem enthät das Soma verschiedene Strukturen, die Organellen: nämlich den Nukleus, das "rough" und "smooth" endoplasmatische Retikulum, den Golgi-Apparat und die Mitochondrien.

Zusammenfassend kann man alles außer den Nukleus als Cytoplasma bezeichnen.

Die Gene in der DNA werden mithilfe der Messenger-Ribonukleinsäure (m-RNA)  transkribiert und das Endprodukt sind spezifische Proteine. An einem Ende des Gens ist ein Promoter, der den Start für das Enzym RNA-Polymerase markiert und am anderen Ende des Gens ist ein Terminator, der das Ende der Transkription markiert. Die Bereiche zwischen den Coding-Sequenzen (= Extrons), die keinen bekannten Zweck erfüllen, heißen Introns. Durch einen Prozess namens RNA Splicing werden die Introns herausgeschnitten.

DNA -> Transkription -> mRNA -> Translation -> Protein

Rough ER = Rough Endoplasmic reticulum
Eine Membran, an der die Ribosomen haften. Nissl hat sie schon vor über 100 Jahren als "Nissl bodies" beschrieben.

Smooth ER = Smooth Endoplasmic reticulum. Hat verschiedene Funktionen: zum einen kann es den neugeschaffenen Proteinen seine dreidimensionale Struktur geben oder die interne Konzentration von Substanzen wie Kalzium steuern. Vom Aussehen ähnelt es dem Rough ER, nur ohne die Ribosomen.

Golgi Apparatus = Eine komplexe Organelle am Ende des Proteinsynthese-Prozesses, die diese  Proteine nach Bestimmungsorten sortiert.

Die Mitochondrien sind wurstförmige kleine Organellen, die aus wiederum mehrfach gefalteteten inneren Membranen (Cristae) bestehen. Zwischen den Cristae befindet sich die Matrrix.
Mitochondrien sind für die Zellatmung verantwortlich (in ihnen wird ATP aus ADP hergestellt).

Wenn das Mitochondrium "inhaliert", strömt pyruvic acid ein,das den Krebs-Zyklus auslöst, der wiederum in den Cristae eine chemische Reaktion auslöst (electron-transport-chain).
Das Endergebnis dieser Reaktionen ist die Zugabe eines Phosphat-Teilchens zu dem bereits vorhandenen Adenin-Diphosphat (ADP), sodass daraus Adenin-Triphosphat entsteht (ATP), welches der Zelle als Energielieferant dient.

Es werden 17 ATP-Moleküle freigelassen, eines für jedes Pyruvic-acid-Molekül das ins Mitochondrium einströmt. ATP ist sozusagen das Zahlungsmittel der Zelle.

1. Microtubuli:relativ dick und lang und im den Neuriten zu finden. Sie bestehen aus dem Molekül Tubulin. Die ringförmigen Stränge aus Tubulin heißen Polymere und der Prozess, diese Moleküle zusammenzufügen heißt Polymerisation.

2. Neurofilamente: nur etwa 5nm dick und überall im Neuron, aber besonders in den Neuriten vorhanden. Im Gegensatz zu den Microtubuli sind sie fest in der neuronalen Membran verankert. Sie bestehen aus Polymeren des Moleküls Actin, das sehr häufig in allen Zellen des Körpers vorkommt.

3. Mikrofilamente: etwa 10nm dick und in allen anderen Zellen des Körpers als "Intermediärfilament" vorhanden, nur in Neuronen als Neurofilament. Mikrofilamente ähneln am ehesten den Knochen und können sehr starke Strukturen bilden.

Das Axon ist hochspezialisiert, von 1mm - über einen Meter lang und kommt nur in Neuronen vor.
Es beginnt mit dem Axonhügel, das vom Soma abgeht und sich durch eine komplett andere Proteinkomposition von diesem abgrenzt. Da es dort keine Ribosomen gibt, findet im Axon keine Proteinsynthese statt.
Die kleinen Verzweigungen, die viele Axone aufweisen, heißen Axon Kollaterale.
Die Mitte des Axons heißt "Axon proper" und endet im Axon Terminal (oder terminal bouton), wo die Synapse mit anderen Neuronen in Kontakt tritt. Dieser Vorgang heißt Innervation.

Die Wallerianische Degeneration steht für das Phänomen, dass Axone die Verbindung zum Zellkörper brauchen, um zu funktionieren, da sie selbst keine Proteine synthetisieren können. August Waller zeigte dies bereits Mitte des 18. Jahrhunderts.

1. Anterograder Transport: Material wird vom Soma entlang des Axons transporiert. -> Kinesin
2. Retrograder Transport: Material wird in die entgegengesetzte Richtung - vom Axon zum Soma - gebracht. -> Dynein

Die Dendriten sind die Antennen eines Neurons und befinden sich ganz oben, über dem Soma. Die Dendriten eines einzelnen Neurons werden gesammelt als Dendritenbaum bezeichnet, und die einzelnen Abzweigungen als Dendritenzweige.
Die Dendriten nehmen über die postsynaptische Membran Neurotransmitter aus dem synaptischen Spalt zwischen ihnen und dem Axon eines anderen Neurons auf und leiten diese weiter.

- Anzahl der Neuriten (=Axone und Dendriten)
1. Unipolar: Ein Neuron mit einem einzigen Neuriten
2. Bipolar: Ein Neuron mit zwei Neuriten
3. Multipolar: Ein Neuron mit mehr als zwei Neuriten.

- Art der Dendriten
1. Sternzellen (stellate cells): diese Dendriten sind in etwa sternenförmig
2. Pyramidenzellen: diese Dendriten ähneln einer Pyramide

- Beschaffenheit der Dendriten
1. Stachelige Dendriten(spiny dendrites): Dendriten mit stachelartigen Auswüchsen
2. unstachelige Dendriten (aspinous dendrites): "normale" Dendriten

Neuronen mit langen Axonen, die von einem Part des Gehirns bis zu einem anderen reichen, werden Golgi Typ I-Neuronen genannt.
Neuronen mit kurzen Axonen heißen Golgi Typ II-Neuronen.

Im Cerebralen Kortex zum Beispiel sind Pyramidenzellen meist lange Typ I-Neuronen und Sternzellen eher kurze Typ II-Neuronen.

1. Astrozyten: Füllen den meisten Platz zwischen Neuronen. Sie steuern chemische Abläufe im extrazellulären Raum.

2. Oligodendrogliale- und Schwannzellen: Diese Zellen bilden Myelinscheiden um Axone und beschleunigen so das Weiterleiten von Aktionspotenzialen.

Oligodendrogliae Zellen findet man nur im Zentralnervensystem, während es Schwannzellen nur im peripheren Nervensystem gibt.

Pholpholipide - der Hauptbestandteil von Zellmembranen - bestehen aus je einem polaren Kopf, der hydrophil (enthält Phosphat) und einem unpolaren Schwanz, der hydrophob (enthält Hydrocarbon) ist.
Dieser Aufbau wird Phospholipid-Doppelschicht genannt und trennt das Cytosol des Zellinneren von der extrazellulären Flüssigkeit.

1. Primäre Struktur: Die Sequenz aus Aminosäuren im Polypeptid
2. Sekundäre Struktur: das Aufrollen eines Polypeptids in eine Alpha-Helix
3. Tertiäre Struktur: Dreidimensionales Falten eines Polypeptids
4. Quartiäre Struktur: Verschiedene Polypeptide bilden zusammen ein größeres Protein, das zum Beispiel einen Ionenkanal darstellen kann.

1. Diffusion - Die Tendenz von Ionen, auf beiden Seiten eines Kanals in gleicher Konzentration aufzutreten, wenn ein Ungleichgewicht herrscht (=Konzentrationsgradient).

2. Elektrizität - Die Bewegung von Ionen kann außerdem durch ein elektrisches Feld hervorgerufen werden, sodass positiv geladene Ionen zur Kathode und negativ geladene Ionen zur Anode drängen. (=Elektrischer Strom). Strom wird in Ampere gemessen.

1. Ruhepotenzial: Vm (Symbol für die Ladung der neuronalen Membran) = -65 mV

2. Aktionspotenzial: Wenn der Schwellenwert überschritten wird und die Zelle genügend depolarisiert wurde, wird es ausgelöst.

Natrium-Kalium-Pumpe: Ein Enzym, das chemische Energie durch das Umwandeln von ATP in ADP generiert und mithilfe dieser Na+ vom Zellinneren nach draußen pumpt und gleichzeitig K+ ins Zellinnere - entgegen des Konzentrationsgradienten. Das Gehirn verbraucht ca. 70% der gesamten Energie aus ATP für diese Enzyme.

Kalziumpumpe: Ein weiteres sehr wichtiges Enzym, das Ca2+,entgegen des Konzentrationsgradienten, aus dem Zellinneren pumpt und so mithilft, das Membranpotenzial herzustellen.

1. Anstiegsphase: Das Schwellenpotenzial wird überschritten, solange bis das Innere des Neurons gegenüber des  Zelläußeren fast positiv geladen ist.
2. Overshoot: Sobald das Zellinnere positiv geworden ist, wird das Aktionspotenzial generiert (Alles oder nichts-Prinzip).
3. Abstiegsphase: Die Na+-Kanäle schließen sich wieder, die K+-Kanäle öffnen sich wieder und das Zellinnere wird repolarisiert.
4. Undershoot / Refraktärphase: Da sich die K+-Kanäle langsamer öffnen, als die Na+-Kanäle sich schließen, ist das Zellinnere kurz negativer geladen als beim Ruhepotenzial. In der absoluten Refraktärphase kann für etwa 1ms kein neues Aktionspotenzial ausgelöst werden.
5. Ruhepotenzial: Die Ladung des Zellinneren ist wieder bei -65mV.

Ein Protein, das eine Pore in der Zellmembran formt, die nur für Natrium durchlässig ist und sich durch Spannungsänderungen öffnet und schließt. Beim negativen Ruhepotenzial ist die Pore geschlossen und durch die Depolarisierung öffnet sie sich und lässt selektiv Natrium ins Zellinnere einströmen.

orthodrom = Übertragung entlang des Axons, hin zum Axonterminal
antidrom = entgegengesetzte Übertragung, in Richtung Axonhügel

Die "Spike Initiation Zone" ist der Bereich im Neuron, wo normalerweise das Aktionspotenzial generiert wird.
ZNS = Axonhügel
PNS = Sensorische Nervenenden, die bei Input direkt ein Aktionspotenzial auslösen

Elektrische Synapse: Befindet sich bei  gap junctions (Kontaktstellen). Der Spalt ist von Konnexinen umgeben, von denen je ein Konnexon mit einem Konnexon einer anderen Zelle einen gemeinsamen Kontaktstellentunnel bilden, durch den Ionen fließen können.Sie sind bidirektional.

 

1. axodendritisch: Wenn die postsynaptische Membran an einem Dendrit ist
2. Axosomatisch: Wenn die postsynaptische Membran an einem Zellkörper ist.
3. Axoaxonisch: Wenn die postsynaptische Membran an einem anderen Axon ist.
4. Axospinous: Wenn ein präsynaptisches Axon an ein postsynaptisches "Dendritic spine" andockt.
5. Dendrodendritisch: Wenn zwei Dendriten miteinander eine Synapse formen.

1. Asymmetrische Synapsen oder Gray's Type 1 Synapsen: Wenn die Membran-Differenzierung bei der postsynaptischen Membran dicker als bei der präsynaptischen Membran ist.

2. Symmetrische Synapsen oder Gray's Type 2 Synapsen: Wenn die Membran-Differenzierungen auf beiden Seiten etwa gleich dick ist.

1. Aminosäuren (GABA, Glutamat, Glycin)
2. Amine (Acetylcholin, Dopamin, Histamin)
3. Peptide (Dynorphin, Cholecystokinin (CKK))

Exocytose: beschreibt den Vorgang, bei dem sich die Vesikel öffnen und Neurotransmitter (Aminosäuren und Amine) in den synaptischen Spalt entladen. Die Öffnung wird ausgelöst durch einströmendes Ca2+, denn durch die Depolarisierung der Zelle nach einem Aktionspotenzial öffnen sich spannungsgesteuerte Kalziumkanäle.

Endocytose: Nachdem die Vesikel mit der präsynaptischen Membran verschmolzen sind und die Neurotransmitter entladen wurden, wird die Vesikelmembran von einem Prozess namens Endocytose repariert und neue Neurotransmitter füllen die Vesikel.

EPSP = Excitatorisches Postsynaptisches Potenzial: Bei der synaptischen Aktivierung von Acetylcholin- und Glutamat-gesteurten Ionenkanälen wird das Membranpotenzial in Richtung Schwellenpunkt verändert, ist also exzitatorisch.

IPSP = Inhibitorisches Postsynaptisches Potenzial: Bei der synaptischen Aktivierung von Glycin oder GABA wird das Membranpotenzial gesenkt und es entfernt sich so vom Schwellenpunkt, ein Aktionspotenzial zu generieren. Es ist also inhibitorisch.