Neurobiologie Biolgie Abi 2021 Leistungskurs PDF

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Summary

Ist alles, was wir zu Neuro gemacht haben, und noch etwas mehr...

Description

Neurobiologie: 1. Aufbau und Funktion von Neuronen 2. Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen Wahrnehmung - Ruhe und Aktionspotential - Synapsenvorgänge - Erregungsleitung - Verschaltung und Verrechnung an Synapsen - Adäquater Reiz 3. Leistungen der Netzhaut - Aufbau Auge - Fototransduktion - Informationsverarbeitung Zellen 4. Plastizität und Lernen - Lang+Kurzzeitgedächtnis - Lernen/Vergessen - Demenz/Alzheimer - Engrammierung 5. Methoden der Neurobiologie - MRT - PET - CT 6. Nervensysteme - Hormone als Informationsträger - Parasympathikus/Sympathikus - Gehirn

Beispiel: Jeweilige Überschriften

1. Aufbau und Funktion von Neuronen Bau und Funktion von Nervenzellen:

Entsteht ein Reiz, wird diese Information über Dendriten aufgenommen, Im Zellkörper sammeln sich die Informationen aller Dendriten und werden am Axonhügel miteinander verrechnet. Der Axonhügel ist der beginn des Axons. Das Axon ist bei Wirbeltieren mit einer Myelinscheide umhüllt. Unterbrochen wird diese von Ranvierschen-Schnürringen, an denen das Axon freiliegt. Das Axon geht in die Präsynaptische Endigung über, die eine Verbindung zu anderen Nervenzellen oder Muskelfasern über sogenannte Synapsen herstellt.

Ruhepotential: Im nicht erregten Zustand ist die Axonmembran für Kalium-Ionen gut durchgängig. Kalium-Ionen strömen entlang des Konzentrationsgefälles in den extrazellulären Raum. Innen gibt es nun einen Überschuss an negativen Ladungen, außen einen Überschuss an positiven. Kalium-Ionen strömen nicht bis zum vollständigen Konzentrationsausgleich nach außen, da die elektrische Spannung (Ionengradient) dem Ausströmen entgegenwirkt

Adäquater Reiz: Rezeptor: spezialisierte Zelle, die äußere und innere chemische oder physikalische Reize in für Nervensystem verständliche Form bringt. Mechanorezeptoren: Sinneszellen, die mechanische Kräfte in Nervenerregungen umwandeln. (Bsp: Haut) Thermorezeptoren: Temperatur führt zu Verformung von Ionen Chemorezeptoren: reagieren auf chemische Stoffe

Signalkaskade: Bsp: Chemorezeptoren reagieren auf chemische Stoffe deren Konzentration sich ändert. Ein Geruchsstoff (first messenger) bindet nach dem Schlüssel-SchlossPrinzip an einen Membranrezeptor. Durch die Bindung verändert der Membranrezeptor seine Raumstruktur. Dies stimuliert das G-Protein, an dem GTP zu GDP wird. Dadurch löst sich das G-Protein vom Rezeptor und aktiviert das Enzym Adenylatcyclase. Diese bildet aus ATP das zyklische AMP (cAMP). CAMP bindet an Kanäle , die sich daraufhin öffnen. Na+ oder Ca2+ strömen ein. Erst die Signalübertragung über den second Messenger cAMP führt zur Kanalöffnung und zur erfolgreichen Transduktion Transduktion: Umwandlung eines äußeren Reizes in ein physiologisches(elektrisches) Signal

Aktionspotential: Depolarisation: Nach der öffnung der spannungsgesteuerten Natriumkanäle strömen Na+-Ionen entlang des Ladungsgefälles und Konzentrationsgefälles ins Axon. Nach positiver Rückkopplung öffnen sich weitere Spannungsabhängige Na+-Kanäle, wodurch es zur Ladungsumkehr (von negativ zu positiv) kommt. Repolarisation: Kalium-Kanäle sind nun ebenfalls geöffnet und Kalium-Ionen strömen nach außen. Dies führt zu einer erneuten Ladungsumkehr und die Na+-Kanäle schließen sich.

Hyperpolarisation: Da die Kalium-Kanäle nur langsam schließen, strömen mehr Kalium-Ionen nach außen, als für den ausgleich nötig wäre. Ruhepotential: Spannungsabhängige Na+ und K+ Kanäle sind geschlossen und die Natrium/Kalium Pumpe stellt das Ruhepotential wieder ein.

Synapse: Reizweiterleitung: - Ein Aktionspotential trifft am Endknöpfchen ein → Die Membran depolarisiert und spannungsgesteuerte CalciumKanäle öffnen sich. Calcium strömt daraufhin in die Zelle. - Calcium-Ionen regen Vesikel in der präsynapse dazu an, mit der präsynaptischen Membran zu verschmelzen (Exocytose) → Transmitter diffundieren durch den synaptischen Spalt zur postsynaptischen Membran - Transmitter binden an spezifischen Rezeptormolekülen. Welche mit Ionenkanälen verbunden sind (Bei EPSP-Na+-Kanäle / bei IPSP Chlorid-Kanäle) Diese werden geöffnet und strömen in die Nachfolgende Zelle. Dort lösen sie entweder ein EPSP (erregendes postsynaptisches Potential) oder ein IPSP (inhibitorisches postsynaptisches Potential) aus. - Die Transmittermoleküle werden von Enzymen gespalten, wodurch sich die Kanäle wieder schließen. Die Neurotransmitter werden von der Präsynapse wieder aufgenommen (Symport) und in Vesikel verpackt.

Bsp.:

Erregende Synapsen:

Acetylcholin Adrenalin Dopamin (meist erregend) Hemmende Synapsen: Histamin GABA (Gamma-Aminobuttersäure) Glycin

Elektrische Synapse: Erregungsübertragung erfolgt an speziellen Ionenkanälen (Konnexionen). Wird die präsynaptische Zelle durch einen Kationen Einstrom depolarisiert, diffundieren Kationen entsprechend dem Gradienten von der präsynaptischen- in die postsynaptische Zelle und Anionen von der post.- zur präsynapt. Zelle. Wird dadurch der Schwellenwert an der postsynapt. Membran überschritten, wird bereits hier ein AP ausgebildet. Das Signal wird so innerhalb von 0,00001 Sekunden von einer Zelle zur nächsten elektrisch weitergeleitet. → Dies ermöglicht, eine schnelle Reaktion Bsp. menschlicher Herzmuskel

Gifte: Curare: Blockiert den Na+ Einstrom indem es die Kanäle blockiert und Neurotransmitter nicht mehr binden können. Ausbildung eines PSP´s wird verhindert → Es entsteht kein AP und es kommt zu einer Lähmung - kompetitiver Hemmstoff (konkurriert mit ACh(Acetylcholin)) Alpha-Latrotoxin: sorgt für die dauerhafte öffnung der Ca2+-Kanäle. Die Konzentration an ACh steigt daraufhin an. Es kommt zu einem Na+-Einstrom und zur Ausbildung von PSP´s und AP. → Es kommt zur fortführenden Kontraktion der Muskeln und damit zur spastischen Lähmung - Opfer sterben meist an Atemstillstand Botulinus-Toxin: Dringt in die präsynaptische Membran ein und spaltet Proteine des VesikelFunktionapparates. Vesikel können nicht mehr in den synaptischen Spalt abgeschnürt werden → Opfer werden gelähmt

3.Leistung der Netzhaut: Wirbeltierauge: Hornhaut: Bildet den frontalen Abschluss des Augapfels, schützt das Auge vor äußeren Einflüssen Iris: Blende des Auges Kann sich je nach Lichteinfalls ausweiten oder zusammenziehen Pupille: Natürliche Öffnung der Iris, durch die Licht ins innere der Augen fällt Linse: Bündelt das Licht so, dass auf der Netzhaut eine scharfes Bild entstehen kann Ziliarmuskel: Steuert die Linse aktiv Glaskörper: Gibt dem Auge seine Stabilität Gelber Fleck: Ort des schärfsten sehens → Besonders viele Photorezeptoren Blinder Fleck: Austrittsstelle des Sehnervs → Kein Sehen möglich Lederhaut: Umschließt das Auge

Netzhaut(Retina): Ganglienzellen: Nehmen Informationen auf und leiten sie ans Gehirn weiter Amakrinzellen: Verschaltet Bipolarzellen und Ganglienzellen miteinander Bipolarzellen: Verschaltet Photorezeptoren mit den Ganglienzellen Horizontalzellen: Verschaltet Photorezeptoren und Bipolarzellen miteinander Photorezeptoren: Für die Aufnahme von Lichtreizen zuständig

Fototransduktion: Dunkelstrom: Im Dunkeln sind spezifische Kationen-Kanäle geöffnet, über die Na+ in das Außenglied der Stäbchen eindiffundieren können. Dadurch depolarisiert die Zelle, wobei das elektrische Potential geringer wird. K+-Ionen diffundieren daher verstärkt aus dem Stäbchen in den extrazellulären Raum. Die Natrium-Kalium-Pumpe verhindert einen Konzentrationsausgleich. → Somit stellt sich ein Dunkelstrom mit einem Membranpotential von -40 mV ein. Fototransduktion: Die Fotopigmente sind in Disks(geschlossene Membranvesikel) eingelagert. Das Fotopigment der Stäbchen ist Rhodopsin. Dieses setzt sich aus dem lichtabsorbierenden Pigment Retinal und dem Protein

Rhodopsin zusammen. Bei der Lichtabsorption wandelt sich das 11cis-Retinal in die stabilere, gestrekte Form des all-trans-Retinals um. Das angeregte Rhodopsin kann nun das G-Protein Transduzin binden. Transducin wird angeregt GDP gegen GTP auszutauschen, woraufhin sich eine Untereinheit abspaltet. Diese aktiviert das Effektor-Enzym Phosphodiesterase welches cGMP zu GMP abbaut. Nur cGMP kann an die ligandengesteuerten Na+-Kanäle im Außenglied binden. → Die Kanäle schließen sich Na+ kann nicht mehr in das Außenglied einströmen. Die Diffusion von K+ in den extrazellulären Raum kann jedoch ungehindert stattfinden. Infolgedessen nimmt das Membranpotential auf -70 mV ab. → Es hyperpolarisiert Pro Sekunde aktiviert ein R+ (angeregtes Rhodopsin) etwa 400 G-Proteine, die je ein Enzym Phosphodiesterase aktivieren. Dieses kann wiederum bis zu 4000 cGMP pro Sekunde abbauen. → Signalkaskade Die Proteinverringerung breitet sich vom Außen- zum Innenglied aus und führt zur Schließung spannungsgesteuerter Kanäle für Ca+ → Dies führt an der synapt. Endigung zu einer verringerten Ausschüttung von Glutaminsäure Eine erneute Reizung ist erst möglich, wenn das System wieder in seinen Ursprungszustand zurückgesetzt wurde.

Reflexe Kniereflex: 1. Durch den Schlag auf die Patella-Sehne wird diese eingedrückt. Der Schlag wirkt als Zugkraft auf den Quadrizeps und der Muskel wird dadurch gedehnt 2. Über sensorische oder afferente Neuronen (1a-Fasern) wird diese Information in die graue Substanz des Rückenmarks weitergeleitet. 3. Zusammen mit den Zellkörpern anderer sensorischer Neuronen bildet das Soma der Nervenzelle das Spinalganglion. In der grauen Substanz wird das AP über eine erregende Synapse auf das Soma des efferenten oder x-Motoneurons übertragen. 4. Diese Bahn verlässt das Rückenmark zum Oberschenkelstrecker über die vordere

Wurzel 5. Hinter dem Spinalganglion vereinigen sich die Axone der afferenten und efferenten Neuronen zum Spinalnerven. 6. Am Quadrizeps wird die Erregung über motorische Endplatten auf Muskelfaser übertragen. Der Muskel kontrahiert sich einmal kurzzeitig und der Unterschenkel schnellt nach oben. afferente Neuronen: Information vom Körper zum zentralen Nervensystem leiten efferente Neuronen: Transportieren Informationen vom ZNS zu den Effektororganen → Erleichtert Muskelkontraktion und Funktion der Drüsenzellen 4.Plastizität und Lernen: Hypothalamus-Hypophysen-Achse: Das Hormonsystem ist über den Hypothalamus mit dem Nervensystem verknüpft. Für das vegetative Nervensystem ist der Hypothalamus als Schnittstelle zw. Nerven-/ und Hormonsystem das wichtigste Steuerzentrum. Funktion Hypothalamus: Bildet Hormone, die ihrerseits andere Drüsen zur Hormonbildung anregen. → releasing Hormone Diese gelangen über das Blut zu ihren Zielzellen im Hypophysen-Vorderlappen. Dort liegen fünf verschiedene Drüsen, welche fünf verschiedene Arten von Hormonen bilden. Der Hypothalamus gibt auch hemmende releasing-inhibitingHormone ab. → Hypophysendrüsen verringern daraufhin ihre Hormonabgabe

Hypothalamus-Hypophysen-Schilddrüsen-Achse: Menschen halten ihre Körpertemperatur in engen Grenzen konstant. Die Homöostase gelingt nur, wenn sich Wärmeproduktion-/ und Abgabe in Waage halten. Die Thermoregulation wird vom Hypothalamus kontrolliert. → Thermorezeptorzellen Der Hypothalamus verrechnet die eingehenden Informationen und kann bei Bedarf zur schnellen Änderung der Körpertemperatur eine Veränderung veranlassen. → Bsp: Schatten aufsuchen Erweitern der Hauptgefäße→ mehr Wärmeabgabe Muskelzittern erhöht die Temperatur (Bienen)

Homöostase: Instandhaltung eines inneren Milieus (Soll-Zustand), kommt durch Regelung zustande. → Bsp: Konstanthaltung des Blutdrucks, oder Körpertemeratur Lang und Kurzzeitgedächtnis:

Alzheimer-Demenz: Plaques: - “körnige Ablagerung” im Gehirn - bestehen aus Beta-Amyloid-Eiweißen - Entstehen Enzymatisch und werden normalerweise rasch abgebaut → Ist der Abbau gestört, verklumpen die Eiweißmoleküle Zusammenlagerungen bereits weniger Amyloide beeinträchtigen die Funktionsfähigkeit von Synapsen. Die Ablagerungen größerer Plaques lassen Neuronen absterben.

Die Eiweißfasern in den Nervenzellen bestehen aus Tau-Proteinen. Im Normalfall sind diese an Mikrotubuli gebunden. → Tau-Proteine regulieren den Zusammenhalt dieser Mikrotubuli im Cytoskelett der Zelle Das Cytoskelett ermöglicht den Stofftransport aus dem Soma der Nervenzelle zu den Synapsen. Im Falle einer Alzheimer-Erkrankung haben die Tau-Proteine den Kontakt zu den Mikrotubuli verloren und lagern sind zu Neurofibrillen-Bündeln zusammen. Diese verstopfen die Axone und behindern den Stofftransport zunehmend. → Die Menge an ausgeschütteten Neurotransmittern veringer sich 5.Methoden der Neurobiologie: Computertomographie (CT): Weiterentwicklung der Röntgentechnik. Der Körper wird von allen Seiten mit Röntgenstrahlen durchleuchtet. Detektoren messen den Strahlenverlust nach der Passage durch den Körper. Der Computer erstellt detailreiche Schnittbilder aus mehreren Perspektiven. → CT ist relativ Strahlenbelastend (ca. 100x höher als bei einer normalen Röntgenuntersuchung) Positronen-Emissions-Tomographie (PET): Schwach radioaktive Moleküle (tracer) werden injiziert, und reichern sich in stärker durchbluteten Gehirnbereichen mit einer erhöhten Aktivität an. Auch der Glucose-Verbrauch verschnellerter Gehirnberreiche kann durch die Injektion von Deoxyglucose-Tracern ermittelt werden

Magnetresonanztomographie (MRT): Leistungsstarke Magneten bilden ein starkes Magnetfeld welches Protonen anregt (Kernspin). Die Kernspins der Wasserstoffatome richten sich nach dem angelegten Magnetfeld aus. Wenn die Protonen nicht mehr angeregt werden, fallen sie in ihren Ausgangszustand zurück. Dabei senden sie Radiowellen aus. Diese werden von Detektoren im MRT-Gerät registriert. funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT):

funktioniert auf dieselbe Art wie die herkömmliche MRT. Zunächst wird eine hochauflösende MRT-Aufnahme des betroffenen Gehirnareale erzeugt. Die fMRT-Messung wird von der Sauerstoffkonzentration im Blut beeinflusst. Durch eine Nachbereitung mit einer Software können Areale mit einem hohen Sauerstoffverbrauch sichtbar gemacht werden. 6.Nervensysteme:

Definitionen: Zentrales Nervensystem: Umfasst Nervenbahnen in Gehirn und Rückenmark. Es befindet sich sicher eingebettet im Schädel und dem Wirbelkanal in der Wirbelsäule. peripheres Nervensystem: Zum peripheren Nervensystem ( PNS ) gehören alle anderen Nervenbahnen des Körpers. Meist eine afferente Erregungsleitung vegetatives Nervensystem: Regelt die Abläufe im Körper, die man nicht mit dem Willen steuern kann. Es ist ständig aktiv und reguliert beispielsweise Atmung, Herzschlag und Stoffwechsel. Hierzu empfängt es Signale aus dem Gehirn und sendet sie an den Körper. Unterleit sich in Sympathikus und Parasympathikus. Dieses System ist nicht steuerbar

Vorwort: Verengung der Pupillen, um so wenig Licht wie möglich aufzunehmen . Weniger Reize führen zu einer geringeren Generelles Prinzip ist das „Flight or Fight“ Prinzip. Den diese Hirnteile haben wir mit den Reptilien gemeinsam. Sympathikus als Entspannungsnerv, Parasympathikus(Gegenspieler) als Entspannungsnerv Sympathikus

Organ

Parasympathikus

stimuliert Ejakulation und Vaginalkontraktionen

Sexualorgane

fördert Erektion

entspannt

Harnblase

kontrahiert

(zusammenziehen) fördert Abgabe von Noradrenalin und Adrenalin

Nebenniere

Abgabe gehemmt

hemmt Aktivität

Darm

regt Aktivität an

Fördert Glucosefreisetzung

Leber

hemmt Insulinfreisetzung

Bauchspeicheldrüse

fördert Insulinfreisetzung(Transp ort von Zucker in Zellen erhöht)

hemmt Verdauung

Magen

stimuliert Verdauung

verengt Blutgefäße

Blutgefäße

/

verschnellert Herzschlag

Herzmuskel

verlangsamt Herzschlag

Entspannt Atmung

Atemwege

verengt Atemwege

hemmt Speichelfluss

Speicheldrüsen

erhöht Speichelfluss

weitet Pupillen

Pupillen

verengt Pupillen

Hormone als Informationsträger:

Hormondrüsen Endokrine Drüsen Die meisten Hormone werden bei uns Menschen in den Hormondrüsen produziert. Die Hormondrüsen werden auch als endokrine Drüsen bezeichnet, da sie die gebildeten Hormone sofort in die Blutbahn und somit ins Körperinnere abgeben. Beispiel für Hormondrüsen: Schilddrüse Die Schilddrüse produziert die Hormone Thyroxin und Trijodthyronin. Diese beiden Hormone steuern die wichtigsten Abläufe in unserem Körper: Herz, Kreislauf, Verdauung,

Körpertemperatur und Gehirntätigkeit. Sie regulieren vor allem die Geschwindigkeit des Stoffwechsels.

Exokrine Drüsen Exokrine Drüsen geben ihre Produkte an die Körperoberfläche ab. Ein Beispiel für exokrine Drüsen sind die Schweißdrüsen. Transport der Hormone: Am Anfang werden die Hormone von den endokrinen Drüsen in den Zellzwischenraum, der von einem feinen Kapillarsystem (feinsten Blutgefäßen) durchzogen ist, abgegeben. Über die Kapillaren gelangen die Hormone dann ins Blut.

Das Schlüssel-Schloss-Prinzip Über den Blutkreislauf erreichen die Hormone schlussendlich ihren Zielort. Damit die Hormone ihren Zielort, beziehungsweise ihre Zielzellen erkennen können, besitzen die Zielzellen spezifisch Rezeptoren. Das Hormon und der spezielle Rezeptor der Zielzelle passen nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip zusammen. Sobald das Hormon an den speziellen Rezeptor der Zielzelle andockt, löst es in ihr die entsprechenden Stoffwechselvorgänge aus, für die es auf den Weg gebracht wurde. Da jede Zelle mehrere und vor allem verschiedene Rezeptoren für verschiedene Hormone trägt, kann über diesen Weg verschiedene Stoffwechselvorgänge ausgelöst werden.

Aufgabe der Hormone Eine Kommunikation zwischen Zellen und Organen wird durch das Hormonsystem ermöglicht.

Endokrine Wirkung: Die Hormone, welche als Boten- und Signalstoffe (primäre Messenger) über das Blut im Körper verteilt werden, werden in verschiedenen Organen des Körpers produziert.

Parakrine Wirkung: Hormone können außerdem eine Nahwirkung durch Diffusion zu benachbarten Zellen entfalten.

Autokrine Wirkung: Hormone können auch auf die hormonproduzierenden Zellen selbst wirken. Die Hormone werden über die Blutbahn gleichmäßig im Körper verteilt. Somit können sie potenziell auf alle Zellen wirken. Wie eingangs erwähnt, erkennen die Hormone ihre Zielzellen doch spezielle/spezifische Rezeptoren, die sich auf der Zelle befinden.

Das Hormonsystem ist ein sehr langsam arbeitendes System, kann sich aber von Minuten über Stunden bis zu Monaten erstrecken.

Transport von Hormonen im Blut So gut wie jedes Hormon ist während des Transports in der Blutbahn an spezielle Transportproteine gebunden. Das gilt für alle fettlöslichen und die meisten wasserlöslichen Hormone. Wie lange die Bindung zwischen Hormon und Transportprotein anhält, wird von einer klassischen Bindungskinetik bestimmt. Während dieser Bindung können die Hormone die Blutbahn nicht in die Umgebung verlassen und zirkulieren im Kreislauf.

Wirkungsweise der Hormone Jede Zielzelle muss spezifische Hormonrezeptoren besitzen, um auf ein Hormonsignal reagieren zu können. Die spezifischen Hormonrezeptoren können in der Zellmembran oder im Zellinneren gefunden werden. Sie lösen über intrazelluläre Signalwege spezifische Zellantworten aus....