Lernzettel Biologie Klausur 13.1 – Neurobiologie, Leitfäden, Projektarbeiten und Recherchen von Neurobiologie

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Lernzettel Biologie Klausur 13.1 – Neurobiologie Neuron als Grundelement der Nervenzellen - Kleinster & wichtigster Baustein des Nervensystems - Dienen der Informationsweiterleitung Aufbau & Funktion eines Neurons - Extrem langgestreckte Zellen ➔ Vergleich mit einem Stromkabel: elektrisch aktiv bzw. isoliert - Abgrenzung in vier Abschnitte - Dendriten: weitverzweigte Zellfortsätze ➔ Verbindung/Kommunikation mit anderem Neuron -> Synapsen ➔ Nehmen Erregung von anderen Zellen auf - Synapsen: Reizaufnahme, Reizweiterleitung & Reizübertragung - Zellkörper: biosynthetisches Zentrum der Zelle ➔ Aufbau: siehe Abbildung 2 ➔ Zellkern, Mitochondrien & Zellorganellen zur Proteinbiosynthese: Ribosomen, endoplasmatisches Reticulum & Golgi- Apparat ➔ Ausgangspunkt des Wachstums der Zelle - Axon: Achse zur Signalübertragung an andere Zelle ➔ Weiterleitung elektrischer Signale = energieintensiver Prozess -> Mitochondrien ➔ Ionen in & um Axon ➔ Axonhügel: Übergang zum Zellkörper ➔ Oft von lipidreicher Myelinscheide umgeben ➔ Von schwannschen Zellen gebildet ➔ Markhaltig: recht dicke Myelinscheide, von Ranvierschen Schnürringen unterbrochen ➔ Signal springt von Schnürring zu Schnürring -> saltatorische Erregungsleitung ➔ Marklos: ohne Umhüllung & Schnürringe; langsam/Verlust an Signalstärke - Präsynaptische Endigung: stellt Verbindung zu anderen Neuronen her ➔ Bildung von Synapsen mit Dendriten ➔ Übertragung von Signalen Abbildung 1: Aufbau eines Neurons Abbildung 2: Aufbau einer Zelle Grundlagen der Bioelektrizität - Jede tierische Zelle elektrisch geladen, gegenüber Umgebungsmedium - Sinnes-, Muskel- & Nervenzellen reagieren auf/erzeugen elektrische Signale Ionenströme - Ströme fließen in wässriger Lösung ➔ Im Wasser gelöste Salze erhöhen elektrische Leitfähigkeit der Lösung Ladungstrennung durch Membranen - Ladungstrennung erforderlich damit Strom fließen kann ➔ Aufbau einer Potentialdifferenz: Spannung zwischen positivem & negativem Pol - Zellmembran mit nahezu undurchlässiger Lipiddoppelschicht bewirkt Ladungstrennung ➔ Ungleichverteilung von Ladungen kann sich nicht sofort wieder ausgleichen ➔ Membranpotential - Kanalproteine in Zellmembran: Ionenkanäle ➔ Ionen können Membran passieren ➔ Permeabel, meist nur eine Sorte von Ionen ➔ Elektrischer Stromfluss, von Ionenkanälen begrenzt, Abhängigkeit von Anzahl der offenen Kanäle Ionenkonzentration in Zellen - Unterschiedliche Ionenkonzentration in Intra- & Extrazellulärraum ➔ Zellinneres reich an Kaliumionen ➔ Außenseite der Zelle reich an Natrium- & Chloridionen ➔ Potentialdifferenz über der Zellmembran Gleichgewichtspotential - In mV gemessen, Potential der Zellaußenseite auf null gesetzt ➔ Negative Potentialdifferenz wenn Zellinneres negativer als Zelläußeres geladen ist - Abhängigkeit von: Membranpotential, Temperatur & Ladung des Ions - hypothetisch Impuls und Information - Zentraler Vorgang der Erregungsbildung - Voraussetzung für das Funktionieren von Nervensystemen - Signale werden verlustfrei im Nervensystem fortgeleitet Erregungsleitung im Axon - Leitungsgeschwindigkeit im Axon je nach Zelltyp zwischen 0,4 & 120 m/s - Seitlicher Stromfluss innerhalb des Axons während eines Aktionspotentials ➔ Membranbereiche vor und hinter dem Aktionspotential werden depolarisiert ➔ Überschreitung des Schwellenpotentials -> Öffnung der Na+-Kanäle an dieser Stelle ➔ Neues Aktionspotential wird ausgelöst ➔ Impuls bewegt sich wellenartig durch das Axon ➔ Vor dem Aktionspotential liegende Bereiche werden depolarisiert ➔ Strömchentheorie - Nervenimpulse verlaufen nur in eine Richtung - Axon leitet umso schneller, je größer sein Durchmesser Erregungsübertragung an den Synapsen - Synapsen in drei Bereiche unterteilt: Präsynaptische Endung des Neurons, synaptischer Spalt & Zellmembran der postsynaptischen Zelle Informationsübertragung an der Synapse 1. Aktionspotential trifft in präsynaptischer Endung ein, Depolarisation, Öffnung der spannungsabhängigen Calciumkanäle 2. Anstieg der Calciumkonzentration -> synaptische Vesikel verschmelzen mit der Zellmembran 3. Transmittermoleküle aus den Vesikeln diffundieren zur postsynaptischen Membran 4. Transmittergesteuerte Ionenkanäle öffnen bei passendem Transmitter 5. Transmitter wird durch Enzyme abgespalten, zeitlich begrenzte Öffnung des Ionenkanals 6. Ioneneinstrom im postsynaptischen Neuron, Veränderung des Membranpotentials ➔ Postsynaptisches Potential PSP 7. Bei überschwelliger Depolarisation entsteht am Axonhügel ein neues Aktionspotential 8. Transmitter im synaptischen Spalt wird gespalten 9. Abbauprodukte werden recycelt 10. Aktive Aufnahme an präsynaptischer Endung 11. Steht für einen neuen Zyklus zur Verfügung Stoffe wirken auf das Nervensystem - Untersuchung des Einflusses bestimmter Stoffe auf Informationsübertragung mit Hilfe der Patch-Clamp-Methode ➔ Elektrische Ableitungen - Angriffspunkt Transmitterfreisetzung -> starke Krämpfe - Angriffspunkt transmittergesteuerte Ionenkanäle -> Rauschmittel schmerzlindernde Wirkung, andere Gifte blockieren Informationsüberragung bzw. führen zu Dauererregung - Angriffspunkt Transmitterspaltung -> Dauererregung führt zu Krämpfen und Herz- & Atemstillstand; MAO-Hemmer als Antidepressiva - Angriffspunkt Transmitterrecycling -> Hemmung der Wiederaufnahme recycelter Transmitter: Ritalin, Antidepressiva & Kokain - Angriffspunkt Axon -> Blockade der spannungsgesteuerten Natriumkanäle im Axon Anwendungsbeispiele Parkinson - Verlust von Nervenzellen - Mangel an Botenstoff Dopamin - Verminderung der aktivierenden Wirkung der Basalganglien -> motorische, kognitive Regelungen, Teil des Gehirns -> Bewegungsstörungen - Symptome: Stimmungsschwankungen, Depression, Muskelzittern, verlangsamte Bewegung, Haltungsinstabilität - Therapie: kontinuierliche Infusion von Apomorphin Multiple Sklerose - Neurologische Autoimmunerkrankung - Angriff der Markscheiden - Entzündungen in Neuronen in Gehirn und Rückenmark - Kann fast jedes neurologische Symptom aufrufen, betrifft komplettes ZNS Alzheimer - Demenz, Gedächtnisverlust & Orientierungslosigkeit - Abnahme der Fähigkeit tägliches Leben zu bewältigen - Ablagerungen von Eiweißen im Zellzwischenraum des Gehirns - Absterben von Nervenzellen, betrifft in der Regel Synapsen - Informationen können nicht mehr weitergeleitet werden