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Meine Mitschriften der Oberstufe zum Thema Neurobiologie...

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Bianca

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Neuronale Informationsverarbeitung Das Nervensystem besteht aus Nervenzellen (Neuronen), welche erregbar sind. Die Erregung kann weitergeleitet und verarbeitet werden. Sie kann von Sinneszellen kommen, welche Reize aufnehmen und in Erregung umwandeln.

- im ZNS wird die Erregung verarbeitet und an die ausführenden Organe weitergeleitet (Muskeln, Drüsenzellen)

- Die Reaktion ist teilweise direkt als Verhalten zu beobachten (Bewegung, Stimmung, Gefühl usw.)

Reiz = ein physikalisches oder chemisches Ereignis, welches in einer Sinneszelle Erregung auslöst. Sinneszellen sind für bestimmte Reize spezifisch empfindlich Reflex = Dabei handelt es sich um ein Reiz-Reaktions-Zusammenhang, bei dem ein bestimmter Reiz bei allen Individuen einer Art dieselbe nervös ausgelöste Reaktion hervorruft

Bsp. Kniescheibenreflex (Patellarsehnenreflex)

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- Schlag auf Kniesehne zieht Kniescheibe etwas nach hinten und steckt somit den Quadriceps kurzzeitig:

- im Quadriceps liegen Rezeptoren (3mm lange Muskelspindel) die durch den Schlag gestreckt werden

- Dehnung der Muskelspindel = Reiz, der zur Erregung in den Nervenzellen führt - über sensorische Nervenzellen wird Erregung zum Rückenmark geleitet -> verarbeitet und über motorische Nervenzellen zum Quadriceps geleitet, die ankommende Erregung führt zur Kontraktion der Muskelfasern des Quadriceps -> „Kick“

Reflexbogen = beschreibt den Ablauf eines Reflexes

Bsp. Tastreaktion der Katze Reiz (physikalisch) = Berührung der Futterschüssel über Tasthaare Rezeptor = Tasthaare (Schnurrhaare) mit Sinneszellen -> afferente Bahn ZNS, Erregungsleitung = ZNS, Bildung bon Befehlen an Muskel -> efferente Bahn Effektor = Muskel Reaktion = Ausweichen oder ähnliches

Bianca Eigenschaften von Reflexen

- unwillkürlich - unbewusst - schnell - beliebi oft wiederholbar

Arten von Reflexen

- Eigenreflex: Rezeptor und Effektor befinden sich im selben Organ - Fremdreflex: Rezeptor und Effektor befinden sich nicht im selben Organ - monosynaptischer Reflex: zwischen Afferenz und Efferenz gibt es eine Synapse - polysynoptischer Reflex: zwischen Afferenz und Efferenz gibt es mindestens 2 Synapsen, da es mindestens 1 Interneuron gibt

Nervenzelle/Neuron = eine auf Erregungsleitung und Erregungsübertragung spezialisierte Zelle. Zusammen mit den Gliazellen bilden die Nervenzellen das Nervensystem. Was ist ein Nerv? = es handelt sich um ein Bündel von Axonen, die von einer Bindegewebshülle umgeben sind

Gliazellen = sind zur Hilfs- und Stützfunktion da

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- Dendriten: Zellausläufer die dem Soma entspringen und Information von anderen Neuronen oder Sinneszellen aufnehmen und in Richtung Soma leiten -> Erregungsleitung hin zum Zellkörper

- Zellkörper/Soma: biosynthetisches Zentrum der Zelle enthält Zellkern und alle wesentlichen Zellorganelllen -> Erregungsleitung vom Zellkörper weg

- Schwannsche Zellen: Stütz-und Hüllzellen die das Axon umschließen und bei markhaltigen Fasern durch eine Myelinscheide elektrisch isolieren

- Ranviersche Schnürringe: elektrisch nicht isolierte Axonabschnitte zwischen 2 Schgnnschen Zellen (alle 1-2mm)

- Endknöpfchen: Verdickung am Axonende, bildet den einen Teil einer Synapse

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Grundlagen Bioelektrizität

im intrazellulären Raum befinden sich:

- organische Anionen - Kaliumione im extrazellulären Raum befinden sich:

- Natriumionen - Chloridionen Die Zellmembran stellt eine Lipiddoppelschicht dar ( eine Fettdoppelschicht)

- Lipiddoppelschicht ist Ionen undurchlässig - enthält Tunnepproteine, das sind Ionenkanäle die für bestimmte Ionen durchlässig sind (semipermeabel)

- auf beiden Seiten der Membran gibt es folgende Ionen: K+, Na+, Cl-> aber Zellinneres: viele K+ und AnZelläußeres: viele Na+ und Cl-

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Experiment zum Gleichgewichtspotenzial und Potenzialdifferenz

V

Wasser Kalium-Chlorid Lösung K+

ClK+ Cl-

K+ K+

K+ K*

semipermeable Membran für K+ durchlässig

1) Erhöhung der KCL-Konzentration in Kammer I -> K+ diffundiert nach dem Konzentrationsgefälle nach II (passiver Ionentransport) -> Konzentrationsgefälle bedeutet: Ionen (Teilchen) diffundieren vom Ort hoher Konzentration zum Ort mit niedriger Konzentration

2) Kammer II wird positiver (K+), Kammer I wird negativer (Cl-) -> Potenzialdifferent baut sich an der Membran auf -> Grund:Ladungstrennung

3) Potenzialdifferent übt eine elektromotirsche Kraft aus: hierbei werden K+ von Clzurückgehalten, da + und - sich gegenseitig anziehen -> somit diffundieren immer weniger K# nach I

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4) Keine Nettodiffusion mehr von K+ nach II -> es stellt sich ein dynamisches Gleichgewicht ein, wenn die Kraft, die das Konzentrationsgefälle auf K+ ausübt, so groß ist wie die EMK

5) bei diesem Gleichgewichts-Zustand ändert sich die Konzentration nicht mehr -> man spricht vom Gleichgewichtspotenzial (in mV messbar)

Ionenpumpen und Ionenkanäle - Ionen können Lippiddoppelschichten der Zellmembran nicht durchdringen - daher weißt jedes Neuron auf molekularer Ebene zwei spezifische Bauteile auf, die für seine Funktion unerlässlich sind

Ionenpumpen

Ionenkanäle

- große, membrandurchziehende Proteine - bestehen aus großen ATP-Molekülen, - bewegen Ionen gegen das Konzentrationsgefälle durch die Membran (Na+-K+-Pumpe)

- arbeiten kontinuierlich wenn ATP (Energie) zur Verfügung steht

- Ungleichverteilung von Ionen ist Voraussetzung für elektrochemische Vorgänge in den Nervenzellen und für die Entstehung und Weiterleitung von Nervenimpulsen

die sich quer durch die Zellmembran ziehen

- Ionen passiere diese entsprechend dem Konzentrationsgefälle

- man unterscheidet: 1) spezifische Kanalproteine für bestimmte Ionen 2) spannungsgesteuerte Ionenkanäle (offen/geschlossen) je nach Membranspannung 3) rezeptorgesteuerte Ionenkanäle (öffnen(schließen beim Andocken/ Ablösen bestimmter chem. Substanzen) 4) mechanisch gesteuerte Ionenkanäle (öffnen(schließen sich je nach mechanischer Belastung der Membran

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- innerhalb und außerhalb der Axonmembran ist die Ionenkonzentration verschieden: -> innerhalb der Zelle ist die Konzentration an K+ sehr hoch, weshalb das Konzentrationsgefälle nach außen gerichtet ist -> außerhalb der Zelle ist die Konzentration an Na+ und Cl- sehr hoch, weshalb deren Konzentrationsgefälle nach innen gerichtet ist

- alle Ladungen intra- und extrazellulär heben sich auf, weshalb die Membran nach außen neutral ist

Das Ruhepotenzial (RP)

= elektrische Spannung zwischen Zellinnerem und Zelläußerem eines Neurons, dass nicht erregt ist

- bei Neuronen besitzt das Aton eine selektivpermeable Membran, die gut für K+ durchlässig ist

- Zur Diffusion der Ionen weißt die Lipiddoppelschicht der Axonmembran Tunnelproteine auf, die Ionenkanäle darstellen; dabei werden die Spannungsgesteurten von den immer offenen Ionenkanälen unterschieden

- Intrazellulär liegen besonders viele K+ und An- vor, so dass deren Konzentrationsgefälle nach außen gerichtet ist. Extrazellulär gibt es hingegen besonders viele Na+ und Cl-, ihr Konzentrationsgefälle ist nach innen gerichtet

- bei einem nicht erregten Neuron ist die Membran fast nur für H2O und K+ durchlässig. - Aufgrund des Konzentrationsunterschieds von Zellinnerem und Zelläußerem diffundieren nun besonders viele K+ nach außen

- die Axonmembran wird elektrisch polarisiert, da nun ein Anionenüberschuss (An-) im Zellinneren und Konzentrationsüberschuss (K+, Na+) im Zelläußeren entsteht -> D.h. aufgrund der unterschiedlichen Ionenverteilung, die allein durch den passiven Teilchentransport, der durch die entsprechenden Konzentrationsgefälle hervorgerufen

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wird, entsteht eine elektrische Spannung. Diese Spannung beträgt U=-70mV ; diese messbare Spannung bei nicht erregten Neuronen wird Ruhespannung bzw Ruhepotenzial genannt.

- da nun auch Na+ vom Zelläußeren in die Zelle gelangen kann, muss sichergestellt sein, dass das RP von -70mV aufrechterhalten wird. Na+ wird von An-, welches die Membran nicht passieren kann, angezogen. Ein zunehmender Na+ Einstrom würde das RP mit der Zeit abbauen, da die Ladungstrennung aufgehoben wird. Die Spannung würde im Zellinneren einen positiveren Wert annehmen

- zu Aufrechterhaltung des RP’s gibt es die Ionenpumpen, diese arbeiten unter ATPVerbrauch (Energie) entgegen dem Konzentrationsgefälle. Sie transportieren die Ionen aktiv durch die Axonmembran

- bei der Na+ - K+ - Pumpe werden 3Na+ von innen nach außen und 2K+ von außen nach innen transportiert -> so wird die unterschiedliche Ionenkonzentration innerhalb und außerhalb der Axonmembran immer wieder hergestellt

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Das Aktionspotenzial (AP) - wird auf die Zellmembran eines Neurons ein Reiz ausgeübt, entsteht eine Erregung die zur Spannungsänderung der Axonmembran und somit zur zeitlichen Änderung des Membrantpotenzials führt. -> es kommt zur Änderung des RP’s, das entstandene AP wird als Erregung weitergeleitet

- ein AP stellt den typischen Verlauf einer Spannungsänderung am erregten Aton dar - AP’s werden nach dem „Alles oder nichts Prinzip“ ausgelöst und haben eine Dauer von 1-2ms

- soll ein AP ausgelöst werden, muss die Axonmembran bis zu einem bestimmten Schwellenwert depotarisiert werden (U=-50mV) -> Spannung

- in der erregten Axonmembran öffnen sich zeitversetzte NA+ und K+ Kanäle, wobei die Ionen in bzw. aus der Zelle diffundieren können. Letztendlich soll das RP wieder hergestellt werden

- Nervenimpulse sind die Voraussetzung für das Funktionieren von Nervensystemen, so lassen sich Signale verlustfrei über weite Strecken im Nervensystem fortreiten

- direkt nach einem AP ist die Membran nicht erregbar - bei der absoluten Refraktärzeit kann an der Membran kein Impuls erzeugt werden. Ihr schließt sich die relative Refraktärzeit an, in der die Membran vermindert erregbar ist.

- durch die Refraktärzeit ist eine Art Dauererregung der Membran ausgeschlossen

absolute Refraktärzeit: In dieser Phase der Erholung kann unabhängig von der Reizstärke kein neues AP ausgelöst werden

relative Refraktärzeit: Während dieser Phase (auch als fortschreitende Repolarisation bezeichnet) kann ein neues AP ausgelöst werden. Dies passiert allerdings nur, wenn der Reiz ausreichend stark ist. Viele der Natriumkanäle sind wieder aktivierbar

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1) RP: umerregtes Neuron, Zellinneres negativ, Zelläußeres positiv U = -70mV

2) Schwellenwert: Membran wird bis zu U = -50mV depotarisiert

3) Depolarisation: - Na+ Kanäle öffnen sich, Na+ strömt schlagartig ins Zellinnere, Zellineres wird positiv bis ca +40mV

4) Overshoot: Umpolarisation, Zellinneres positiv

5) Repolarisation: Spannungsgesteuerte K+ Kanäle öffnen sich, K+ schlagartig aus der Zelle, währenddessen schließen sich Na+ Kanäle, Spannung im Zellinneren sinkt

6) Hyperpolarisation: K+ Kanäle schließen sich langsamer als Na+ Kanäle, K+ diffundiert weiterhin aus der Zelle, Zellinneres immer negativer bis unter RP

7) RP: Na+ - K+ - Pumpen regulieren die Spannung im Zellinneren wieder auf -70mV

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Erregungsleitung im Axon

Die kontinuierliche Erregungsleitung (nach Schwellenwert)

- Erregung vom Axonhügel zu den Axonendknöpfchen mittels fortlaufender Bildung von AP’s weitergeleitet -> es muss an jeder Stelle des Axon Depolarisation + Repolarisation erfolgen

- die kontinuierliche Erregungsleitung erfolgt bei marklosen Faser, d.h. bei Axonen, die keine Myelinscheide enthalten

- die kont. Erregungsleitung findet z.B. bei Tintenfischen statt - es kann eine Geschwindigkeit von V = 30m/s erreicht werden - die Geschwindigkeit der Erregungsleitung lässt sich mit Vergrößerung des Axondurchmesser erhöhen

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Die saltatorische Erregungsleitung

- bei Wirbeltieren sind Axone mit Schwannschen Zellen umwickelt, die in regelmäßigen Abständen von den Ranvierschen Schnürringen getrennt werden -> an diesen Stellen ist die Membran nicht isoliert und es kann eine De- und Repolarisation erfolgen

- die Erregung „springt“ von Schnürring zu Schnürring - es erfolgt eine schnell Erregungsleitung bei V = 100 m/s - markhaltige Fasern sind dünner als marklose Fasern Vorteile: - vom Durchmesser deutlich dünner - Depolarisation nur an den Ranvierschen Schnürringen - Isolierung des Axons durch lipidreiche Myelinscheiden - viel schneller

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Die Synapse

= Kontaktstelle zwischen Nervenzelle und Empfänge (Nervenzelle, Muskelzelle, Drüsenzelle)

Benennung der Synapse

nach dem Ort: euromuskuläre Synapse: NZ -> Muskelzelle; zentrale/interneurale Synapse im Rückenmark/Gehirn: NZ->NZ

nach dem Übertragungsmodus: chemische Synapse (mit Transmitter), elektrische Synapse (direkte Erregungsübertragung)

nach der Wirkung: erregende Synapse -> je nach Transmitter oder Rezeptor; hemmende Synapse -> je nach Transmitter oder Rezeptor

- an Synapsen können Erregungen übertragen werden - Synapsen bestehen aus: syn. Endknöpfchen, synaptischer Spalt und gegenüberliegender Membran der Empfängerzelle

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- ausgelöst durch ein ankommendes AP öffnen sich im präsy. Enknöpfchen Spannungsgesteuerte CA2+ Kanäle ; CA2+ Ione diffundieren ins Endknöpfchen

- der Calciumeinstrom bewirkt, dass sich die syntaktischen Bläschen die mit Transmitter gefüllt sind, mit der Präsy. Membran Verschmelzen ; nun wird der Transmitter in den syntaktischen Spalt freigesetzt

- Na+ - Diffusion nach innen (kommen aus extrazellulären Raum) - an der postsy. Membran befinden sich Rezeptorproteine, zu denen bestimmte Transmittermoleküle passen (Schlüssel-Schloss-Prinzip)

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- Transmitter gehen kurzfristig Bindung mit den Rezeptorproteinen ein, was zur Formänderung dieser führt

- Na+ Kanäle öffnen sich, was zum Na+ Einstrom führt -> Membranpotenzial ändert sich, AP bildet sich aus, wenn Schwellenpotenzial erreicht ist

- Transmittermoleküle lösen sich vom Rezeptor und werden durch ein Enzym gespalten - der Transmitter wird neusynthetisiert und befindet sich wieder in den syntaktischen Bläschen

Informationsverfälschung an Synapsen (Synapsengifte)

1) Blockade der Rezeptoren (posty. Rezeptor Blockade)

- keine Anlagerung des Transmitter möglich, da Rezeptor blockiert ist - Na+ Kanäle bleiben geschlossen - keine AP Bildung - keine Muskelkontraktion - Lähmung bis hin zum Tod durch Atemlähmung - Bsp. Curare, Coniin

2) Transmitternachahmung (präsy. Wirkstoffe)

- Na+ Kanäle offen - AP Bildung - Muskelkontraktion - Transmitterspaltendes Enzym kaum wirksam daher weitere AP Bildung - Dauererregung - Muskelverkrampfung - RP bleibt aus - Bsp. Nikotin, LSD

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3) Beeinflussung der transmitterspaltenden Enzyme

- Na+ Kanäle offen - AP Bildung - Muskelkontraktion - werden Transmitter nach Na+ Einfluss nicht von Rezeptoren der postsynoptischen Membran gelöst und gespalten, tritt Muskelverkrampfungen ein und es kommt aufgrund der Dauererrgung zur starren Lähmung

- Bsp. Weichmacher in Kunststoff, Fasciculin (Gift der schwarzen Mamba) Angriffspunkte verschiedener Drogen/Gifte an Synapsen

- Narkotika blockiert die Na* Kanäle - Botox blockiert die Calcium abhängigen Transmitterfreisetzungen - Curare wirkt als Hemmstoff des Transmitter Acetycolin - Nikotin ahmt die Wirkung von Transmitter nach, können aber nicht andocken - manche Antidrepressiva hemmen die Transmitterspaltenden Enzyme, können aber auch die Wiederaufnahme von Transmittern verhindern

Erregende und hemmende Synapsen erregende Synapse:

- immer wenn an einer Synapse Transmitter abgegeben und so die postsynoptische Membran depotarisiert wird, nennt man das postsynoptische Potenzial erregend oder exzitatorisch

- es müssen viele erregende Synapsen zugleich aktiv sin, damit ein AP entsteht - hier sind die Rezeptoren mit den Na+ Kanälen gekoppelt, was zur Folge hat, dass Na+ in die postsynoptische Membran diffundiert -> DEPOLARISATION

hemmende Synapse

- die postsynoptische Membran wird noch stärker polarisiert - vom Transmitter werden Cl- Kanäle geöffnet werden, was dazu führt, dass die Spannung innerhalb der Membran steigt -> HYPERPOLARISATION

- es entsteht ein inhibitorisches postsynoptisches Potenzial

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Wirkung von Nervengiften/Medikamenten und Drogen

psychoaktive Stoffe

- Gefühle/Stimmungen lassen sich beeinflussen durch Denken, körperliche Aktivität oder durch Aufnahme pflanzlicher oder synthetischer Substanzen

- Arzneimittel die über das ZNS wirken und psychische Zustände änder = Psychopharmaka

- werden psychoaktive Substanzen als Rausch oder Suchtmittel missbraucht = Drogen

Sucht

- jedes menschliche Interesse kann süchtig machen - Sucht nach psychoaktive Substanzen führt in 3 Schritten abwärts 1. Toleranzentwicklung: höhere Dosen erforderlich um Wirkung zu erzielen

2. körperliche Abhängigkeit: offenbar sich in Entzugserscheinungen (Depression)

3. zwanghafte Drogensuche: psychische Abhängigkeit und soziale Einschränkung

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Erkrankungen des menschlichen Nervensystem

Erkrankungen im ZNS können zur Sinnestäuschungen, Lähmungen, Sprachstörungen sowie auch zu Beeinträchtigung von Intelligenz führen, aber auch zu Gedächtnisstörungen und Persönlichkeitsstörungen

Multiple Sklerose Multiple Sklerose (Encephalomyelitis disseminata) auch MS genannt, ist eine chronisch entzündliche Erkrankung des Zentralnervensystems. Diese Entzündungen beschädigen oder zerstören komplett die Myelinscheide (Hülle) der Nervenfasen, die normalerweise Befehle oder Reize von den Gehirnzellen an die verschiedenen Regionen des Körpers leiten und umgekehrt. Die Multiple Sklerose zählt zu den Autoimmunerkrankungen, weil die Abwehrzellen in unserem Immunsystem, die normalerweise Bakterien oder Viren angreifen, die gesunden Zellen des eigenen Körpers angreifen. Ursachen Bis heute ist unbekannt was die genauen Ursachen für Multiple Sklerose sind. Zwar wird durch eine Entzündung im Gehirn oder Rückenmark Nervenfasern zerstört, aber wie oder warum es dazu kommt ist immer noch ungeklärt. Die Ärzte und Forscher nehmen an, dass folgende Faktoren für die Ursache von Multiple Sklerose eine wichtige Rolle haben: 1. Autoimmunprozesse 2. Erbliche Faktoren 3. Infektionen 4. Lebensstil und Umwelt Symptome Die Symptome der Multiplen Sklerose verläuft bei jedem Menschen anderes. Deshalb heißt sie auch „Die Krankheit mit vielen Gesichtern.“ Ein MS-Kranker kann nur einen oder auch mehrere Symptome zugleich haben. Die häufigsten Symptome sind: Sehstörungen, Lähmung der Muskulatur und Gefühlsstörungen.

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Therapie Obwohl Multiple Sklerose unheilbar ist, stehen einige Methoden zur Behandlung zur Verfügung. Ziel ist es, den Patienten ein angenehmes Leben wie möglich zu verschaffen. Damit ist gemeint die Selbst...