Neurobiologie 1

Neurobiologie 1

1. Zell-Organellen

   • Glia-Zellen im NS
     • Stütz- bzw. Bindegewebe der Neurone im NS
   • Zytoskelett
     • Miskrofilament/Aktinfilament
     • Neurofilament/Intermediärfilament
     • Mikrotubulus
       • MAPs
   • Mitochondrien
     • im Soma, in Neuriten und Synapsen
   • Golgi-Apparat

2. Apoptose

   • Patient H.M.

3. Extrazelluläre Matrix ECM

   • Chemische Komponenten
   • Fancy Abb. Bestandteile
     • ECM-Kompartimente: - Basalmembran - H2O - Elektrolyte - Perineuronales Netz - Neuronale interstitielle Matrix Blutkapillare Astrozyten Neurone Oligodendrozyten
     • Komaprtimente der ECM
       • Basalmembran
       • Perionales Netz
       • Neuronale interstitielle Matrix

4. BASICS

   • Wichtige chemische Grundbausteine des Organismus
     • Wasser Aminosäuren und Proteine Lipide und Phospholipide Glucose und Kohlenhydrate Nukleotide
   • Eigenschaften/Funktion H2O
     • 1. Universelles Lösungsmittel 2. Verdampfunswärme 3. Oberflächenspannung durch H-Brücken 4. Reaktionspartner 5. Hydrathülle 6. Wärmekapazität
   • Aminosäure und Proteine
     • Polykondensation
     • Räumlicher Aufbau
       • Primärstruktur
       • Sekundärstruktur
       • Tertiärstruktur
       • Quartärstruktur
   • Fette,Lipide
   • Steroide
   • Carbs
   • Nukleotide

5. NS

   • ZNS
     • Ependymzellen
       • Trennschichten  Auskleidung der Liquor-Räume
     • Astrozyten
       • Graue und weisse Substanz des ZNS Multiple Funktionen
       • - Neuronale Energieversorgung: Bereitstellung von Energiesubstraten für die Neurone - Extrazulluläre K+-Homäostase des ZNS - Abschirmung der Synapsen - Aufnahme von NT - Produktion von Wachstumsfaktoren - Beteiligung an der Bildung der Blut-Hirn-Schranke - Mechanische Stützfunktion
       • Koppelung von neuronaler Aktivität und Vasomotorik
         • Vasomotorik
           • Durchfluss durch die Gefässe steuern —> Gefässe enger oder breiter machen Neuronen sind aktiv (Denken, lernen) —> mehr Sauerstoff, mehr Glukose —> Durchblutung wird angepasst —> Hirnregionen werden stärker durchblutet, die es brauchen Glutamat: hoher Energiebedarf des Neurons —> starker Calcium Einstrom in die Zelle —> Durchmesser der zellebraler Blutgefässe wird erweitert PET (Lernen Vorlesung) —> Neurone erhöhter Sauerstoff und Gluckosebedarf —> man sieht es
     • Mikroglia
       • Immunologische Überwachung des Nervengewebes
     • Oligodendrozyten
       • Myelinscheide
   • PNS
     • Schwann Zellen
       • 1. bauen die Markscheide an den Axonen auf
         • 2. Wichtig für Versorgung der Axone von unmyeliniserten Neuronen
           • --> Vitalität der Axone
         • --> Geschwindigkeit der AP-Leitung durch "Isolation"
     • Satellitenzellen

6. Zellen des Nervengewebes im Gehirn

7. Transportprozesse über Lipidmembran

   • Passiver Transport
     • Diffusion
       • Triebkräfte
         • 1. Chemische
           • hoch zu tief
         • 2. Elektrische
           • Anode zu Kathode --> + zu -
       • Freie Diffusion
       • Erleichterte Diffusion
         • Poren, Kanäle
         • Ionenkanäle
           • Gating
             • Kontruktiv
             • Regulierbar
               • Ligand-gesteuerte
               • Mechanosensoren
               • Spannungs-gesteuerte
               • Rezeptor-gekoppelte
           • Ionenselektivität
             • monoselektiv
             • gemischt selektiv
         • Uniporter
       • Blut-Hirnschranke
         • Funktionen
           • Kontrollierte Aufnahme
           • Schutz
         • Diffusion von Sauerstoff und Co.
         • Transport ist abhängig von
           • Membranen
             • Luminale
             • Abluminale
         • Parkinson Patient
           • Mangel an Dopamin
             • Dopamin nicht über B-H.schranke
               • Levodopa = L-DOPA
                 • LAT1-Transporter
   • Aktiver Transport
     • Primär aktiver Transport
       • Na+/K+-ATPase: Paradigma
         • 3 Na+ raus, 2K+ rein
         • Ionengradienten
         • "Bergauf"
     • • Exozytose
         • • Vesikel
           • SNATREs = SNARE-Proteine
         • Nicht-sekretorische E.
           • PPVs
       • Endozytose
       • Phagozytose
   • Sekundär + tertiär aktiver Transport
     • Sekundär-aktive = gekoppelter
       • SGLT
   • Asymmetrische Innenverteilung IZF und EZF
     • Homöostase
   • "Brain Shuttle"
     • Transferrin-Rezeptor
     • Anti-ABeta-Antikörper

8. Neuronale Membranptentiale

   • Neuronales Ruhemembranpotential
     • Ausbildung
       • Konstitutiv (ständig) Na+/K+-ATPase
       • Na+ - Kanäle geschlossen
       • K+-Kanäle offen
     • Gedankenexperiment
       • Ausgangssituation
         • Gleichmässige Verteilung von Na+ und K+ intra und extra
         • Asymmetrische Verteilung
           • 1. Konstitutive Aktivität Na+/K+-ATPase
           • 2. Annahme: Alle Ionenkanäle geschlossen
           • --> Bestreben zum Konzentrationsausgleich
             • Diffusion Na+ nach intra
             • Diffusion der K+ nach extra
             • Öffnungsgrad
               • Na+ Kanäle geschlossen --> kein Na+ Einstrom
               • K+ Kanäle ständig offen --> K+ AUSstrom
                 • Ausmass des K+ Ausstroms
                   • Konzentrationsgradient
                     • treibt K+ aus der Zelle heraus
                       • K+ raus --> positive Ladung nimmt ab --> intrazellulär negativ
                     • Na+ auch Konzentrationsgradient
                       • Na+ Kanäle geschlossen --> wenig Na+ in die Zelle hinein
                   • Elektrische Felder
                     • Negativer Pol: Zytoplasma; positiver Pol im Extrazellulärraum
                       • --> K+ durch negative Anionen aus dem Extrazullulärraum angezogen
                         • wirkt dem K+-Ausstrom entgegen
               • Coulomb-Gesetz
                 • Elektrochemisches Fliess-Gleichgewicht
                   • K+ Ausstrom hört auf wenn Gleichgewicht
                   • = "steady states"
                     • Na+/K+ Pumpe ständig K+ in die Zelle
                       • so viele K+ eingebracht verlassen die Zelle
                     • Ladungstrennung entlang Plasmamembran
                       • Membranpotential
                         • -70 mV
                           • -94mV
                             • Das Membranpotenzial der Zelle entspricht daher am ehesten dem K+-Gleichgewichts- potenzial (Em = - 94 mV)    
                         • intrazellulär mehr negative Ladung
                         • Aussenseite mehr positive Ladung
                         • massgeblich von der Permeabilität für K+ dominiert
                         • in vito: Goldman-Hodgkin-Katz-Gleichung
                           • Em = -70mV
                             • Das in vivo gemessene Membranpotential einer Zelle zB eines Neurons ist mit Em = - 70 mV kleiner als das nach Nernst berechnete bei Em = - 95 mV    
                             • Die exakte quantitative Beschreibung des Ruhemembranpotentials unter Berücksichtigung der Membranpermeabilität aller beteiligter Ionenspezies erfolgt mithilfe der Goldman- Hodgkin-Katz-Gleichung                 
                         • Abhängigkeit von extrazellulär K+ bzw Na+ Konzentration
                         • Bedeutung von Astrozyten
                           • Bereits geringe Veränderungen der extrazellulären K+ Ionenkonzentration führen zu einer Veränderung des Membranpotenzials    
                           • - Starke neuronale Aktivität = hohe Feuerungsrate der Neurone kann dazu führen, dass die extrazellulären K+- Spiegel lokal im Gehirn ansteigen - dies hätte eine Anhebung des Membranpotenzials und eine erleichterte Erregbarkeit der Neurone zur Folge                       
                           • Astrozyten = räumlicher K+-Puffer
                             • Astrozytenfunktionen: - Aufnahme von extrazellulärem K+ - Verteilung mithilfe der Fortsetze - Rückführung an die Neurone
                             • Wirkung: - Schutz der Neurone von Zunahme der extrazellulären K+ Konzentration - Gewährleistung der neuronalen Funktionen
                           • CAVE: Gehirn durch Astrozyte und B-H.schranke vor starker Änderungen K+ Konzentration geschützt
                             • Herzmuskelzellen und Co. haben so einen Schutz nicht!
                 • Je kleiner der Abstand zwischen beiden Ladungen, desto grösser ist die Anziehungskraft
     • Nernst-Gleichung
       • nur für den Gleichgewichtszustand
       • Membranpotential nur für eine einzige Ionensorte
   • Aktionspotential (regenerativ)

9. Synapse

   • Definition & Bestandteile
     • Präsynapse
     • Postsynapse
     • Synaptischer Spalt
   • Elektrische Synapse
     • Gap junction
       • Elektrisch leitende Kontaktstrukturen
       • Gap junction Kanal
         • 2 Connexone; Porendurchmesser ca. 1-2 nm; Connexon = 6 Connexine
     • Resultat der eklektr. Koppelung
       • nur sehr geringe zeitliche Verzögerung bei der Depolarisation
         • AP im präsyn. Neuron löst ein PSP mit nahezu gleicher Amplitude aus
         • postsynap. Zelle mit einer Verzögerung von ca. 0.1 ms depolarisiert
     • Wichtige Funktion im Gehirn
       • Entwicklung des Gehirns
         • Temporäre elektrische Koppelung von hippocampalen Interneuronen in frühen Embryonalstadien bei der Entwicklung des Gehirns    
       • Wachstums- und Reifungsprozesse
         • Elektrische Aktivität der Neurone induziert Wachstums-und Reifungsprozesse    
         • synchronisieren
           • Benachbarte Zellen können durch gemeinsame chemische und elektrische Signale Wachstum und Reifung synchronisieren    
     • Aplysia
       • verzörgerungsfreie Verhaltensreaktion
         • Neuronaler Aufbau
           • Sensorisch (Schwanz) projizieren auf Motoneurone
             • Sensorische Neurone aus der Schwanz-Region projizieren auf elektrische gekoppelte Motoneurone, welche die Tintendrüse innervieren    
         • Schutzreaktion
           • Reizung Schwanz --> in allen Zellen identische Folge von APs
             • Synchrone Aktivität in Motoneuronen --> Ausstoss der Tinte
         • Alles-oder-Nichts-Prinzip
   • Chemische Synapse
     • morphologische Charakteristika
       • Axonterminale
       • sekretorische Vesikel
       • synaptischer Spalt
       • synaptische Vesikel
       • Rezeptoren
       • Membrandifferenzierung
       • postsynaptischer Dendrit
       • weitere Einteilung der Synapsen
         • Dornensynapse
           • axo-dendritisch
         • Schaftsynapse
         • Axosomatische Synapse
           • axo-somatisch
         • axo-axonisch
       • Spines
         • Filopodium
           • Fadenförmige Dornen: Sehr lange, fadenförmige Ausstülpungen ohne Kopf Vorstufe dendritische Verzweigungen, können mehrere Synapsen tragen                 
         • Thin
           • Dünne Dornen: Enger, langer Hals; klar abgesetzter Kopf
         • Stubby
           • Stummelförmige Dornen: Kur; ohne Unterschied von Hals und Kopf
         • Mushroom shaped
           • Pilzförmige Dornen: Schmaler Hals; voluminöser, kugeliger Kopf
         • Cup Shaped
           • Tassenförmige Dornen: Enger. langer Hals
         • Charakteristika
           • synaptische Transmission
           • Veränderung der Form
           • Beeinflussung der Erregungsübertragung und Signalweitergabe
             • Oberflächenvergrösserung von Dendriten Mehr Synapsen können Signale übertragen
           • Biochemische Kompatimentierung
             • separate Einheiten über eine schmale "Brücke" mit dem restlichen Dendriten
               • behindern Diffusion von Molekülen --> Veränderung auf einzelne Postsynpasen
                 • Synaptische Plastizität
                   • «Teilraum», der abhängig von seiner synaptischen Aktivität verschieden gestaltet werden kann --> Synaptische Plastizität    
     • Funktionen & Charakteristika
       • 1. Ventilfunktion
       • 2. Bahnungs-und Hemmungsfunktion
       • 3. Plastizität der Synapsen und synaptischen Verbindungen
       • Wirkung auf das nachgeschüttete Neuron
         • erregend = exitatorisch
           • ESPS
         • hemmend = inhibitorisch
           • IPSP
   • Synaptische NT-Freisetzung
   • Volumentransmission
   • Dale-Prinzip
     • jedes Neuron eines adulten Organismus verwendet jeweils an allen Synapsen denselben Neurotransmitter                 
     • NT Acetylcholin --> Dale: cholinerg Serotonin --> serotonerg Catecholamine --> catecholaminerg Adrenalin --> adrenerg Noradrenalin --> noradrenerg Dopamin --> dopaminerg
     • Aminosäuren Glutamat --> glutameterg Glycin --> glycinerg Glycin --> glycinerg GABA --> GABAerg Petide --> peptiderg

10. NR und Rezeptoren

    • exzitatorisch
      • Depolarisation
    • inhibitorisch
      • Hyperpolarisation
    • Klassifizierung
      • Aminosäuren
        • Exzitatorisch - Glutamat - Aspartat - Cystein - Homocystein Inhibitorisch: - GABA - Glycin - Beta-Alanin - Taurin
      • Biogene Amine
        • Acetylcholin Katecholamine: - Nordadrenalin Adrenalin Dopamin Serotonin Dimethyltryptamin Histamin
      • Neuropeptide
        • Endorphine/Enkephaline Substanz P Somatostatin Insulin Glycagon Neuropeptid Y Cholecystokinin vasoaktives Intestinales Polypeptid (VIP) Dynorphin
      • Lösliche Gase
        • Stickoxid Kohlenstoffmonoxid
    • Biosynthese der NT
      • niedermolekulare NT
      • Hochmolekulare, peptiderge NT
    • Biochemie einzelner Transmittersysteme
      • Cholinerge Neurone
      • Catecholinerge Neurone
        • Besonderheiten
      • Serotonerge Neurone
      • Aminosäure-Transmitter
      • Glutamat
      • GABA
      • Peptiderge Transmitter
    • Retrograde Signalisation
      • Gegenrichtung: post zu präg
    • Rezeptoren
      • Ionotrope Transmitter-Rezptoren
      • Metabotrope Transmittel-Rezeptoren