Neurophysiologie VL 2 PDF

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VL 2 Neurophysiologie Züst ...

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Spannungsabhängige Ionenkanäle -> Aktionspotential / Natriumkanäle bringen pos. Natriumionen ins Zellinnere  positive Ladung / Kaliumkanäle bringen pos. Kaliumionen ins Zelläussere -> Ladung wird wieder negativ (Repolarisation) Tetramer -> 4 Untereinheiten einen Ionenkanals (Protein) zusammengehängt Alpha-Helix -> Verankerung des Proteins in der Zellmembran Pore loop -> Selektionsfilter für das jeweilige Ion Ionen haben einen Mantel aus Wassermolekülen (asymmetrisches Molekül) (in wassergefüllter Höhle des Membranproteins) -> Polarität / Sauerstoffseite leicht negativ / Wasserstoffseite leicht positiv -> pos. Ionen ziehen neg. Sauerstoffseite des H2O-Moleküls an (ex. pos. Natrium-Ionen) Alphahelix unten neg. geladen -> ziehen pos. geladene Ionen an und diese werden in die Pore reinkatapultiert -> Enge der Pore führt dazu das die Wasserhülle des Ions weggestrippt werden kann (Dehydrierung (kein Energieaufwand, da Distanz von Kalium zur Wand des Selektionsfilters der Distanz zu seiner Wasserhülle entspricht); ex. kleinere Ionen werden nicht dehydriert wenn die Porenwände zu weit weg sind & Wassermoleküle sind näher am Protonenkern -> Anziehungskräfte stärker -> zu viel Energie nötig um die Ionen zu dehydrieren / ex. zu grosse Ionen passen nicht durch die Poren) -> nackt hindurchgeschoben Kalium-Ionen schieben sich durch gegenseitige Abstossung durch den Selektivitätsfilter des Kalium-Kanals (CoulombGesetz) Spannungssensoren (in Tramsmembranhelizes) im Ionenkanal sind positiv geladen -> im Default-Modus werden diese nach unten gezogen, weil unten das Ruhemembranpotential negativ ist -> Pore geschlossen wie eine Zange / exzitatorisches postsynaptisches Potential -> Ruhemembranpotential wird ein bisschen positiver -> Membran depolarisiert (Schwellenpotential) -> positiv geladene Spannungssensoren werden nach oben gedrückt -> öffnet den Porenkanal und die Ionen können hindurchfliessen (KONFORMATIONSÄNDERUNG des Proteins) TI domain: klebt die 4 Untereinheiten des Transmembranproteins zusammen -> funktionsfähiger Kanal Beta-subunit: regulatorische Untereinheit -> intrazelluläre Regulatoren können andocken -> Effektivität des Kanals beeinflussen Helical linker-Protein: verursacht mit seiner Ausrichtung die Öffnung oder Schliessung der Membranpore Spannungsabhängige Kanäle -

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Inaktivierungsmechanismus variiert je nach Art des Natriumkanals -> wirkt sich auf die Länge des APs aus o Inaktivierungsmechanismus: Spannungssensor eröffnet Aktivierungs-Gate -> Inaktivierungs-Gate (ball on a chain) hat hohe Bindungsaffinität zur Pore -> Verstopfung der geöffneten Pore -> zurück zum Ursprungszustand wenn Depolarisation aufgehoben und die Spannungssensoren wieder nach unten gezogen werden  Gifte:  letale Injektion -> Kaliumchlorid wird gespritzt -> extrazellulär sehr viel Kalium (auch im Ruhezustand) -> kein Ionenstrom mit Kalium -> Kanäle immer deaktiviert -> keine APs  Tetrodotoxin: Natriumkanalpore verstopft -> keine APs  Alpha- & Beta-Toxin: Alpha-Toxin verlangsamt Inaktivierung des Natrium-Gates -> AP wird länger und verschmiert / Beta-Toxin -> verschiebt Schwellenpotential der Spannungssensoren und dieser wird ständig ausgelöst -> Spasmen Calciumkanal hat mehr regulatorische Untereinheiten (von aussen & innen kann etwas andocken und den Kanal öffnen bzw. schliessen & Effektivität verändern); Impulsübertragung auf den Muskel auf motorischer Endplatte (10 vers. Genvarianten); Überstimulierung -> programmierter Zelltod Kaliumkanal: 100 Genvarianten; vers. Öffnungsdauern; langer Kaliumfluss -> lange Refraktärzeit durch Hyperpolarisation Chloridkanal: zwei Poren wo Chlorid durchdringen kann; Erregbarkeit der Zelle runterregulieren (hemmend)

Chemische-/Ligandengesteuerte Kanäle: weniger selektiv (mehrere Ionen) -

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Neurotransmitterkanäle an Synapse Extrazellulär ausgelöst o Glutamatrezeptor: Kalium strömt aus und Natrium ein o Säuresensor: aktiviert durch Protonen; Geschmack-&Schmerzwahrnehmung & Sauerstoffmangel Intrazellulär ausgelöst o Aktiviert durch Calcium -> Kalium strömt aus o cGMP & cAMP aktiviert Kanal -> Kalium strömt aus und Natrium ein

Temperatur-/Mechanosensitive Kanäle: -

thermosensitiver Kanal: geschlossen (Membranlipid klemmt) -> heisser -> kann aus Rezeptor ausklingen (-> Ionenfluss) Mechanosensitive Kanal: extrazelluläre Blades ragen aus der Zelle -> mechanischen Kraft -> Blades nach unten gedrückt -> Kanal öffnet sich; ex. Dehnungsrezeptoren der Haut od. Cochlea (mech. Krümmung)

Rhodopsine: -

Kanalrhodopsin: Licht -> chem. Reaktion -> Kanal öffnet -> APs (exzitatorisch) Halorhodpsin: pumpt Chlorid in Zelle wenn aktiv -> Zug von APs kann unterbrochen werden (neg. Ladung)

Ionenpumpen: -

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Natrium-Kalium-Pumpe (aktive Energiezufuhr ex. ATP -> Ionen gegen ihren Gradienten verschieben) o Phosphat bindet -> Natrium sammelt sich an -> Konformationsänderung & Öffnung nach aussen -> Kalium kommt rein -> Phosphat wird abgespalten -> Kalium ins Zellinnere Calcium Pumpe: o Via Phosphat wird Calcium aus der Zelle raus gepumpt

Ionentauscher: Natriumgradient (natürlicher Fluss) wird benutzt um Calcium od. Protonen aus der Zelle zu schaffen (Antiporter) / natürlicher Natriumstrom wird verwendet um Kalium und Chlorid nach intrazellulär zu transportieren od. GABA und Dopamin (Co-transporter) Kommunikation zw. Zellen: cell-impermeant, cell-permeant & cell-associated (direkter Kontakt) molecules Ionotrope Rezeptoren: lässt direkt Ionen durchfliessen; schnell und spitz; Neurotransmission; fokussiert Metabotrope Rezeptoren: intrazelluläres Signal (second messenger) lässt Kanal öffnen (Signalkaskade via G-Protein); langanhaltende Auswirkung; Neuromodulation; diffus; Signalamplifikation (high gain) und -diversifikation Parakrine Signalkaskade: abgegebene Substanzen ex. Wachstumsfaktoren wirken in unmittelbarer Umgebung der Zelle Second messengers: Calcium, zyklische Nukleotide (cGMP, cAMP), Membranlipide Kinasen sind ATP-abhängig Protein Phosphatasen: Default-Pfad; deaktivieren/dephosphorylieren wenn sie ein Zielprotein finden, das phosphoryliert ist (abhängig von Untereinheit); Zelle auf Ausgangszustand -

ex. „memory suppressor“ da Langzeitpotenzierung und Lernen durch Dephosphorylierung heruntergesetzt wird

Calcium-Ionen (Einstrom bei AP) wirkt als second messenger -> Aktivierung einer Protein-Kinase -> aktiviert (phosphoryliert) Tyrosin Hydroxylase & stimuliert Katecholamine, mehr Neurotransmitter herzustellen und in Vesikel einzulagern (Stockt Reserven wieder auf); Konvergenz mehrerer Kaskaden (mehrere second messenger wirken auf ein Enzym TH

Glutamaterges Lernen (ex. Langzeitdepression): Kleinhirnzellen (Purkinje-Zellen (viele Inputs)); 2 Signalkaskaden legen AMPA-Rezeptor still; Glutamaterges Signal aktiviert AMPA Rezeptor (Ionotrop; leitet AP weiter); metabotrope Glutamatrezeptoren -> Kaskade über Membranlipide -> DAG & IP3 (IP3 Rezeptor wird nur aktiv und schüttet Ca-Ionen aus, wenn spannungsabhängige Ca-Kanäle mitwirken)-> Proteinkinase aktivieren, wirkt auf AMPA Rezeptor -> Abbau AMPA Rezeptor = Langzeitdepression...