Neurobiologie 1

Anmerkungen:

• Stütz- bzw. Bindegewebe der Neurone im NS

1. Miskrofilament/Aktinfilament
2. Neurofilament/Intermediärfilament
3. Mikrotubulus
   1. MAPs

1. im Soma, in Neuriten und Synapsen

Anmerkungen:

• ECM-Kompartimente: - Basalmembran - H2O - Elektrolyte - Perineuronales Netz - Neuronale interstitielle Matrix Blutkapillare Astrozyten Neurone Oligodendrozyten

1. Komaprtimente der ECM
   1. Basalmembran
   2. Perionales Netz
   3. Neuronale interstitielle Matrix

Anmerkungen:

• Wasser Aminosäuren und Proteine Lipide und Phospholipide Glucose und Kohlenhydrate Nukleotide

Anmerkungen:

• 1. Universelles Lösungsmittel 2. Verdampfunswärme 3. Oberflächenspannung durch H-Brücken 4. Reaktionspartner 5. Hydrathülle 6. Wärmekapazität

1. Polykondensation
2. Räumlicher Aufbau
   1. Primärstruktur
   2. Sekundärstruktur
   3. Tertiärstruktur
   4. Quartärstruktur

1. Ependymzellen

   Anmerkungen:

   • Trennschichten  Auskleidung der Liquor-Räume
2. Astrozyten

   Anmerkungen:

   • 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
   1. Koppelung von neuronaler Aktivität und Vasomotorik
      1. Vasomotorik

         Anmerkungen:

         • 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
3. Mikroglia

   Anmerkungen:

   • Immunologische Überwachung des Nervengewebes
4. Oligodendrozyten

   Anmerkungen:

   • Myelinscheide

1. Schwann Zellen
   1. 1. bauen die Markscheide an den Axonen auf
      1. 2. Wichtig für Versorgung der Axone von unmyeliniserten Neuronen
         1. --> Vitalität der Axone
      2. --> Geschwindigkeit der AP-Leitung durch "Isolation"
2. Satellitenzellen

1. Diffusion
   1. Triebkräfte
      1. 1. Chemische
         1. hoch zu tief
      2. 2. Elektrische
         1. Anode zu Kathode --> + zu -
   2. Freie Diffusion
   3. Erleichterte Diffusion
      1. Poren, Kanäle
      2. Ionenkanäle
         1. Gating
            1. Kontruktiv
            2. Regulierbar
               1. Ligand-gesteuerte
               2. Mechanosensoren
               3. Spannungs-gesteuerte
               4. Rezeptor-gekoppelte
         2. Ionenselektivität
            1. monoselektiv
            2. gemischt selektiv
      3. Uniporter
   4. Blut-Hirnschranke
      1. Funktionen
         1. Kontrollierte Aufnahme
         2. Schutz
      2. Diffusion von Sauerstoff und Co.
      3. Transport ist abhängig von
         1. Membranen
            1. Luminale
            2. Abluminale
      4. Parkinson Patient
         1. Mangel an Dopamin
            1. Dopamin nicht über B-H.schranke
               1. Levodopa = L-DOPA
                  1. LAT1-Transporter

1. Primär aktiver Transport
   1. Na+/K+-ATPase: Paradigma
      1. 3 Na+ raus, 2K+ rein
      2. Ionengradienten
      3. "Bergauf"
2. 1. Exozytose
      1. 1. Vesikel
         2. SNATREs = SNARE-Proteine
      2. Nicht-sekretorische E.
         1. PPVs
   2. Endozytose
   3. Phagozytose

1. Sekundär-aktive = gekoppelter
   1. SGLT

1. Homöostase

1. Transferrin-Rezeptor
2. Anti-ABeta-Antikörper

1. Ausbildung
   1. Konstitutiv (ständig) Na+/K+-ATPase
   2. Na+ - Kanäle geschlossen
   3. K+-Kanäle offen
2. Gedankenexperiment
   1. Ausgangssituation
      1. Gleichmässige Verteilung von Na+ und K+ intra und extra
      2. Asymmetrische Verteilung
         1. 1. Konstitutive Aktivität Na+/K+-ATPase
         2. 2. Annahme: Alle Ionenkanäle geschlossen
         3. --> Bestreben zum Konzentrationsausgleich
            1. Diffusion Na+ nach intra
            2. Diffusion der K+ nach extra
            3. Öffnungsgrad
               1. Na+ Kanäle geschlossen --> kein Na+ Einstrom
               2. K+ Kanäle ständig offen --> K+ AUSstrom
                  1. Ausmass des K+ Ausstroms
                     1. Konzentrationsgradient
                        1. treibt K+ aus der Zelle heraus
                           1. K+ raus --> positive Ladung nimmt ab --> intrazellulär negativ
                        2. Na+ auch Konzentrationsgradient
                           1. Na+ Kanäle geschlossen --> wenig Na+ in die Zelle hinein
                     2. Elektrische Felder
                        1. Negativer Pol: Zytoplasma; positiver Pol im Extrazellulärraum
                           1. --> K+ durch negative Anionen aus dem Extrazullulärraum angezogen
                              1. wirkt dem K+-Ausstrom entgegen
               3. Coulomb-Gesetz
                  1. Elektrochemisches Fliess-Gleichgewicht
                     1. K+ Ausstrom hört auf wenn Gleichgewicht
                     2. = "steady states"
                        1. Na+/K+ Pumpe ständig K+ in die Zelle
                           1. so viele K+ eingebracht verlassen die Zelle
                        2. Ladungstrennung entlang Plasmamembran
                           1. Membranpotential
                              1. -70 mV
                                 1. -94mV

                                    Anmerkungen:

                                    • Das Membranpotenzial der Zelle entspricht daher am ehesten dem K+-Gleichgewichts- potenzial (Em = - 94 mV)    
                              2. intrazellulär mehr negative Ladung
                              3. Aussenseite mehr positive Ladung
                              4. massgeblich von der Permeabilität für K+ dominiert
                              5. in vito: Goldman-Hodgkin-Katz-Gleichung
                                 1. Em = -70mV

                                    Anmerkungen:

                                    • 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                 
                              6. Abhängigkeit von extrazellulär K+ bzw Na+ Konzentration
                              7. Bedeutung von Astrozyten

                                 Anmerkungen:

                                 • 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                       
                                 1. Astrozyten = räumlicher K+-Puffer

                                    Anmerkungen:

                                    • 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
                                 2. CAVE: Gehirn durch Astrozyte und B-H.schranke vor starker Änderungen K+ Konzentration geschützt
                                    1. Herzmuskelzellen und Co. haben so einen Schutz nicht!
                  2. Je kleiner der Abstand zwischen beiden Ladungen, desto grösser ist die Anziehungskraft
3. Nernst-Gleichung
   1. nur für den Gleichgewichtszustand
   2. Membranpotential nur für eine einzige Ionensorte

1. Präsynapse
2. Postsynapse
3. Synaptischer Spalt

1. Gap junction

   Anmerkungen:

   • Elektrisch leitende Kontaktstrukturen
   1. Gap junction Kanal
      1. 2 Connexone; Porendurchmesser ca. 1-2 nm; Connexon = 6 Connexine
2. Resultat der eklektr. Koppelung
   1. nur sehr geringe zeitliche Verzögerung bei der Depolarisation
      1. AP im präsyn. Neuron löst ein PSP mit nahezu gleicher Amplitude aus
      2. postsynap. Zelle mit einer Verzögerung von ca. 0.1 ms depolarisiert
3. Wichtige Funktion im Gehirn
   1. Entwicklung des Gehirns

      Anmerkungen:

      • Temporäre elektrische Koppelung von hippocampalen Interneuronen in frühen Embryonalstadien bei der Entwicklung des Gehirns    
   2. Wachstums- und Reifungsprozesse

      Anmerkungen:

      • Elektrische Aktivität der Neurone induziert Wachstums-und Reifungsprozesse    
      1. synchronisieren

         Anmerkungen:

         • Benachbarte Zellen können durch gemeinsame chemische und elektrische Signale Wachstum und Reifung synchronisieren    
4. Aplysia
   1. verzörgerungsfreie Verhaltensreaktion
      1. Neuronaler Aufbau
         1. Sensorisch (Schwanz) projizieren auf Motoneurone

            Anmerkungen:

            • Sensorische Neurone aus der Schwanz-Region projizieren auf elektrische gekoppelte Motoneurone, welche die Tintendrüse innervieren    
      2. Schutzreaktion
         1. Reizung Schwanz --> in allen Zellen identische Folge von APs
            1. Synchrone Aktivität in Motoneuronen --> Ausstoss der Tinte
      3. Alles-oder-Nichts-Prinzip

2. morphologische Charakteristika
   1. Axonterminale
   2. sekretorische Vesikel
   3. synaptischer Spalt
   4. synaptische Vesikel
   5. Rezeptoren
   6. Membrandifferenzierung
   7. postsynaptischer Dendrit
   8. weitere Einteilung der Synapsen
      1. Dornensynapse
         1. axo-dendritisch
      2. Schaftsynapse
      3. Axosomatische Synapse
         1. axo-somatisch
      4. axo-axonisch
   9. Spines
      1. Filopodium

         Anmerkungen:

         • Fadenförmige Dornen: Sehr lange, fadenförmige Ausstülpungen ohne Kopf Vorstufe dendritische Verzweigungen, können mehrere Synapsen tragen                 
      2. Thin

         Anmerkungen:

         • Dünne Dornen: Enger, langer Hals; klar abgesetzter Kopf
      3. Stubby

         Anmerkungen:

         • Stummelförmige Dornen: Kur; ohne Unterschied von Hals und Kopf
      4. Mushroom shaped

         Anmerkungen:

         • Pilzförmige Dornen: Schmaler Hals; voluminöser, kugeliger Kopf
      5. Cup Shaped

         Anmerkungen:

         • Tassenförmige Dornen: Enger. langer Hals
      6. Charakteristika
         1. synaptische Transmission
         2. Veränderung der Form
         3. Beeinflussung der Erregungsübertragung und Signalweitergabe

            Anmerkungen:

            • Oberflächenvergrösserung von Dendriten Mehr Synapsen können Signale übertragen
         4. Biochemische Kompatimentierung
            1. separate Einheiten über eine schmale "Brücke" mit dem restlichen Dendriten
               1. behindern Diffusion von Molekülen --> Veränderung auf einzelne Postsynpasen
                  1. Synaptische Plastizität

                     Anmerkungen:

                     • «Teilraum», der abhängig von seiner synaptischen Aktivität verschieden gestaltet werden kann --> Synaptische Plastizität    
3. Funktionen & Charakteristika
   1. 1. Ventilfunktion
   2. 2. Bahnungs-und Hemmungsfunktion
   3. 3. Plastizität der Synapsen und synaptischen Verbindungen
   4. Wirkung auf das nachgeschüttete Neuron
      1. erregend = exitatorisch
         1. ESPS
      2. hemmend = inhibitorisch
         1. IPSP

Anmerkungen:

• 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

1. Depolarisation

1. Hyperpolarisation

1. Aminosäuren

   Anmerkungen:

   • Exzitatorisch - Glutamat - Aspartat - Cystein - Homocystein Inhibitorisch: - GABA - Glycin - Beta-Alanin - Taurin
2. Biogene Amine

   Anmerkungen:

   • Acetylcholin Katecholamine: - Nordadrenalin Adrenalin Dopamin Serotonin Dimethyltryptamin Histamin
3. Neuropeptide

   Anmerkungen:

   • Endorphine/Enkephaline Substanz P Somatostatin Insulin Glycagon Neuropeptid Y Cholecystokinin vasoaktives Intestinales Polypeptid (VIP) Dynorphin
4. Lösliche Gase

   Anmerkungen:

   • Stickoxid Kohlenstoffmonoxid

1. niedermolekulare NT
2. Hochmolekulare, peptiderge NT

1. Cholinerge Neurone
2. Catecholinerge Neurone
   1. Besonderheiten
3. Serotonerge Neurone
4. Aminosäure-Transmitter
5. Glutamat
6. GABA
7. Peptiderge Transmitter

1. Gegenrichtung: post zu präg

1. Ionotrope Transmitter-Rezptoren
2. Metabotrope Transmittel-Rezeptoren