Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Vorlesung Biologische Psychologie C. Kaernbach Literatur: Schandry, Kapitel 3-5 Vertiefung: –Kandel, Schwartz, Jessell: Principles of Neural Sciences –Wikipedia:

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Vorlesung Biologische Psychologie C. Kaernbach Literatur: Schandry, Kapitel 3-5 Vertiefung: –Kandel, Schwartz, Jessell: Principles of Neural Sciences –Wikipedia:"—  Präsentation transkript:

1 Vorlesung Biologische Psychologie C. Kaernbach Literatur: Schandry, Kapitel 3-5 Vertiefung: –Kandel, Schwartz, Jessell: Principles of Neural Sciences –Wikipedia: empfohlen bzw. bei weiterführendem Interesse Nervenzellen

2 Zellmembran: Doppellipidschicht Prokaryoten (gr. pro vor, karion Kern) –kein Zellkern, DNA schwimmt frei im Zytoplasma Archaeen (Urbakterien), oft extremophil, nicht pathogen Bakterien –Unterschiede in den Ribosomen Eukaryoten (gr. eu gut, echt) –Zellkern Doppelmembran: –Mitochondrien zwei Doppellipidschichten –weitere Organellen (membranumgeben) Aufbau einer Zelle

3 Zellkern Doppelmembran (Kernhülle) –äußere Membran: Ribosomen geht über in das (raue) endoplasmatische Retikulum (ER) –innere Membran: Formfaktor –dazwischen: perinukleärer Raum in Verbindung mit Lumen des ER –ca Kernporen 8 Speichen, in der Mitte ein Plug Transfer von rRNA, mRNA,... Kernkörperchen, Nucleoli –Ribosomenfabrik Chromosomen Mitose Meiose Zellzyklus

4 Mitochondrien Kraftwerke der Zelle –Aufbau: Doppelmembran innere Membran umschließt Matrix –in der Matrix: Citratzyklus, vor allem Fettsäureabbau –auf innerer Membran: Atmungskette, Erzeugung von ATP Zwischenmembranraum: Nukleotidphosphorylierung Proteinkomplexe (Porin) als Poren –Ursprung: Endosymbiose mit Bakterien ähnlich Rickettsien (Fleckfieber) innere Membran atypisch (Cardiolipin), Hülle vom Symbiont eigene DNA (unvollständig), eigene Ribosomen, Sprossung –Vererbung ausschließlich über Zytoplasma der Mutter bis auf eventuelle Mutationen ein Klon Mitrochondriopathien

5 Golgi-Apparat –Stapel membranbegrenzter Hohlräume –Weiterverarbeitung von Proteinen, Zuckern, Lipiden: Sekretbildung, Hormone, Membranproteine & -lipide, Lysosomen –vom Golgi-Apparat gebildet, enthalten Enzyme zur Verdauung von Fremdstoffen andere Vesikel, z.B. mit Neurotransmittern andere Organellen

6 Endoplasmatisches Retikulum dynamisch sich veränderndes Labyrinth aus Zellmembran (Doppellipidschicht), ER-Lumen steht mit perinukleärem Raum in Verbindung –raues ER: mit Ribosomen besetzt, Proteinsynthese, Membransynthese –glattes ER: u. a. Synthese von Lipiden und Hormonen –Lumen: Calcium-Speicher (10 3 mol/l, Cytosol: 10 7 mol/l), wichtig für Signaltransduktion

7 Signaltransduktion Reaktion auf (aus Sicht der Zelle) äußere Reize: –Licht, mechanische Reizung (Hören), Geruch –Blutdruck, Hormone, Neurotransmitter –Immunreaktion, Muskelkontraktion, Morphogenese Rezeptoren: Proteine –im Cytosol: für kleine oder lipophile Moleküle –membranständig: 4 oder 7 Transmembranproteine Ionenkanäle: Membranpermeabilität ändert sich G-Protein-gekoppelt: GTP-bindendes Protein zerfällt... Reiz: Ligand (dringt nicht ein), Spannung, Photon,... –Second Messenger (z.B. Ca 2+ ), Signalkaskade

8 Zytoskelett definiert Form der Zelle, ermöglich Motilität –Aktinfilamente äußere Form, Motilität –Mikrotubuli Tubulinpolymer –Hohlzylinder 25 nm innere Stabilität, Motilität innerzellulärer Transport von Vesikeln etc. entlang der Mikrotubuli –Intermediärfilamente sehr stabil, Stützgerüst Endothelzellen. Blau: Zellkerne. Grün: Mikrotubuli. Rot: Aktinfilamente

9 Nervenzelle Auf Erregungsleitung spezialisierte Zelle –Soma: Synthese von Proteinen und Lipiden –Axon, entspringt am Axonhügel oft myelinisiert –Schwannsche Zelle (Glia): Myelinscheide (Isolierung) –alle 1-2 mm Ranvierscher Schnürring: saltatorische Erregung –Leitungsgeschwindigkeit Faktor 10, bis zu 120 m/s Mikrotubuli (Neurotubuli) sichern Transport –z.B. Vesikel mit Neurotransmitter, Rücktransport am Ende Verzweigungen, Synapsen –Dendriten kürzer, stärker verzweigt, Dendritic Spines

10 Neuronentypen Klassifikationen nach –äußerer Form Pyramidenzellen, Sternzellen,... –Neurotransmitter cholinerg, adrenerg, gabaerg,... –Richtung afferent, efferent –Funktion sensorisch, motorisch, Interneuron

11 Gliazellen mal häufiger als Neurone, kleiner –50% der Gehirnmasse –behalten (anders als Nervenzellen) nach Entwicklung des Nervensystems Fähigkeit zur Zellteilung –Stützfunktion, Führungselemente beim Wachstum –Ionenmilieu um Neurone herstellen Astrozyten: Blut-Hirn-Schranke –Endo-/Exozytose von Glutamat beeinflußt Neurone Oligodrendrozyten: Myelinscheiden Mikroglia: Abwehr- und Immunfunktion

12 Myelinscheiden Peripherie: Schwann-Zellen –jeweils nur eine Myelinscheide pro Zelle –Stützfunktion (ohne Scheide) auch für mehrere Zellen ZNS: Oligodrendrozyten –weiße Substanz Demyelinisierungserkrankung –Multiple Sklerose

13 Diffusion durch Membranen Flüssigkeiten: Osmose –Wasserpotential Gase: Partialdruck unterschiedliche Substanzgemische auf zwei Seiten einer Membran –Selektivpermeabilität –Durchmischung durch thermische Bewegung –angestrebt: Gleichheit der Osmolarität wichtig: Teilchenzahl, nicht Teilchenart, -größe, -masse,... Gleichgewicht: Summe der osmotischen Drücke = hydrostatischer Druck selektivpermeable Membran ?

14 Biomembranen für Ionen impermeabel –für Protein-Ionen( ) impermeabel –aber: spezifische Ionenkanäle für Na +, K +, Ca 2+, Cl aktiviert durch Spannungen, Ionen, Proteine, mechanisch, aber auch in Ruhe –Beispiel passiver Kaliumkanal »K + verliert an der einen Seite der Pore seine Hydrathülle, C=O Gruppen übernehmen innen H-Brücken auf der anderen Seite der Pore wieder hydriert in Ruhe vor allem Kaliumkanal aktiv aktiver Transport: K + rein, Na + raus –elektrische vs. osmotische Kräfte Spezialfall Ionen

15 Aktiver Transport Natrium-Kalium-Pumpe (auch: Na + /K + -ATPase) –Na + - & K + -Transport gekoppelt & energieabhängig: 3 Na+ werden aus der Zelle hinaustransportiert 2 K+ werden in die Zelle hineintransportiert 1 ATP wird verbraucht: Phosphorylierung eines Aspartat-Restes führt zur Konfigurationsänderung –Diffusion: Na + will rein (kann nicht), K + will raus (ok) K + strömt aus, bis elektrisches Potential dem entgegenwirkt Bilanz: außen positiv innen negativ

16 Membranpotential existiert in allen Zellen (Steuerung von Ionenströmen) –für elektrisch erregbare Zellen: Ruhemembranpotential –Natrium-Kalium-Pumpe 3 Na + aus der Zelle, 2 K + in die Zelle, K + -Ionen diffundieren teilweise wieder raus negatives Potential Nernst-Gleichung für Ionen E = (RT/zF) ln(c 1 /c 2 ) 60 mV/z log 10 (c 1 /c 2 ) T: Temperatur, R: Gaskonstante, F: Faradaykonstante z: Wertigkeit des Ions, c 1, c 2 : Konzentrationen ergibt Potentialdifferenz pro Ionenart: diejenige Spannung, bei der keine Ionenwanderung stattfände Membranpotential dominiert von K + -Ionen

17 Membranpotential Ionc innen mmol/l c außen mmol/l VerhältnisPotential mV Na :16+72 K+K :1-91 Ca : Cl :20-78 Proteine :1 Membranpotential dominiert von K + -Ionen –Natriumleckströme reduzieren das Membranpotential Permeabilität für Na+ zwar gering, aber Membranpotential weit von Na + -Gleichgewichtspotential

18 Lokale Änderung des Membranpotentials Änderung an einer Stelle, z. B.: –Na + -Kanäle gehen auf Na + strömt ein Potential wird positiver depolarisiert –weitere K + -Kanäle gehen auf K + strömt aus Potential wird negativer hyperpolarisiert Erregungsleitung –Elektrotonische Ausbreitung fast instantan, aber verlustreich, Reichweite max. 0,1 mm –Aktionspotentiale...

19 Aktionspotential bei elektrisch erregbaren Zellen Negative Stimulation (Hyperpolarisation) –elektrotonische Leitung Positive Stimulation (Depolarisation) –bis zu einer Schwelle elektrotonische Leitung –jenseits der Schwelle Aktionspotentiale gleicher Größe Alles oder Nichts

20 Aktionspotential bei elektrisch erregbaren Zellen ab -40 mV öffnen spannungsabhängige Natriumkanäle –Depolarisation (Aufstrich), Overshoot –nach ca. 1 ms wieder inaktiv ebenfalls ab -40 mV öffnen spannungsabhängige Kaliumkanäle –langsamer –Repolarisation, Hyperpolarisation und nachher? alles wieder in Ordnung?

21 Kontinuierliche Erregungsleitung Marklose Nervenfasern (nicht myelinisiert) –Aktionspotential an einer Stelle der Faser bewirkt per elektrotonischer Leitung Depolarisation in benachbarten Abschnitten über den Schwellwert Übertragungsgeschwindigkeit langsam –1-3 m/s, max. 30 m/s –steigt in etwa linear mit Durchmesser der Faser ANS, Nozizeptoren –Schauer über den Rücken erst Nacken, dann Rücken/Arme, dann Beine: spürbares Erlebnis der langsamen Weiterleitung im ANS

22 Saltatorische Erregungsleitung Markhaltige Nervenfaser (myelinisiert) –Markscheide aus Myelin isoliert die Zelle verbessert elektrotonische Leitung: 0,1mm 5 mm –alle 1-2 mm: Ranvierscher Schnürring Aktionspotential erreicht am nächsten Schnürring Schwelle – m/s –nicht pränatal

23 Fragen Kann eine Erregung (bei elektrotonischer oder saltatorischer Weiterleitung) rückwärts laufen? Wie lange dauert ein Aktionspotential? Wie lang ist die gleichzeitig von einem Aktionspotential betroffene Strecke bei einer Weiterleitungsgeschwindigkeit von –kontinuierlicher Weiterleitung = 1 m/s? –saltatorischer Weiterleitung = 100 m/s? Wie viele Schnürringe betrifft das?

24 Frequenzkodierung

25 Axonhügel Ursprungsstelle des Axons am Soma Einsetzen spannungsabhängiger Na + -Kanäle noch nicht von Myelin umhüllt

26 Klassifikation von Nervenfasern nach Durchmesser und Nervenleitgeschwindigkeit –nach Erlanger / Gasser (1937) A µm m/sL/H: I A 7-15 µm40-90 m/sL/H: II A 4-8 µm30-50 m/s A 2-5 µm10-30 m/sL/H: III B1-3 µm5-20 m/s C0,5-1,5 µm0,5-2 m/s(marklos) L/H: IV –nach Lloyd / Hunt (1943) I12-20 µm m/s II7-12 µm40-70 m/s III2-7 µm10-40 m/s IV0,5-1,5 µm0,5-2 m/s(marklos)

27 Spontanaktivität Fast alle elektrisch erregbaren Zellen (also solche mit spannungsabhängigen Na + -Kanälen) weisen Spontanaktivität auf. –Inhibitorische Einflüsse vorgeschalteter Zellen können Spontanaktivität unterdrücken ermöglicht bipolare Kodierung –Beispiel: Vasokonstriktor-Neurone –Gegenbeispiel: Piloerector-Neurone Sonderfall: Sinusknoten im Herzen –Schrittmacherneuron

28 Elektrische Synapsen Annäherung der Zellmembranen auf 2-4 nm Gap junctions –Kennzeichen von Gewebetieren (Eumetazoa) –aufeinander gerichtete Membranporen zwei Connexone aus je 6 Connexinen zum Nährstoffstransport in wenig durchbluteten Gebieten (unter anderem auch) Ionenaustausch

29 Aktionspotential in präsynaptischer Endigung –Spannungsgesteuerte Ca 2+ -Kanäle öffnen sich, Ca 2+ dringt ein –Vesikel mit Neurotransmittern ergießen sich in den synaptischen Spalt (20-50 nm) oft mehrere Vesikelarten in einer Synapse für verschiedene Transmitter und Kotransmitter Transmitter reagieren mit Rezeptoren an postsynaptischer Membran –z. B. Na + -Kanäle öffnen sich Depol. –oder Cl - -Kanäle öffnen sich Hyperpol. Autorezeptoren (präsynaptisch) regulieren Transmitterausschüttung Transmitterabbau oder Wiederaufnahme (re-uptake) Chemische Synapsen

30 Rezeptoren Typ-I-Rezeptor –ligandengesteuerter Ionenkanal –ionotroper (direkter) Rezeptor –schnell Typ-II-Rezeptor –G-Protein-gekoppelter Ionenkanal –metabotroper (indirekter) Rezeptor –flexibel

31 Neurotransmitter 1000 Sorten –Acetylcholin –Katecholamine Dopamin AdrenalinMonoamine Noradrenalin –Serotonin –Aminosäuren als Neurotransmitter Glutamat GABA Glycin –Neuropeptide (Peptidhormone) Neuropetid Y, ACTH, Substanz P, Endorphine,...

32 Acetylcholin Esther von Essigsäure und Cholin –nikotinerger Rezeptor ionotrop, depolarisierend Muskelzellen, ZNS –muskarinerger Rezeptor metabotrop, de- od. hyperpolarisierend Vegetativum, ZNS –wird im synaptischen Spalt zerlegt, Cholin wird wieder aufgenommen –ACh-Gifte Botulinumtoxin –behindert ACh-Freisetzung –1 Molekül ruiniert 1 Synapse E605, Sarin –behindern ACh-Abbau –Gegengift: Atropin (ACh-Antagonist) Loewi, 1921: Vagusstoff

33 Katecholamine Katecholring Biosynthese aus der proteinogenen Aminosäure Tyrosin –L-DOPA nicht-proteinogene Aminosäure –Dopamin Amin –Noradrenalin –Adrenalin Wiederaufnahme, (Abbau)

34 L-DOPA Levodopa, L-DOPA, L-Dihydroxyphenylalanin –ist selbst kein Neurotransmitter –passiert Blut-Hirn-Schranke –wird dort zu Dopamin metabolisiert –Behandlung von Parkinson Restless-Legs-Syndrom Encephalitis lethargica –Buch Awakenings von Oliver Sacks –Film mit Robert De Niro, Robin Williams »auch von O.S.: The man who took his wife for a hat –heute: Dopamin-Agonisten, rezeptorspezifisch, tiefe Hirnstimulation

35 Dopamin fünf Dopamin-Rezeptor Subtypen, D 1 -D 5, metabotrop –unterschiedliche Verteilung / Funktion D 1, D 5 : Depolarisierung D 2, D 3, D 4 : Hyperpolarisierung D 2 -Rezeptor: auch Autorezeptor Vorkommen –Mittelhirn Substantia nigra, Tegmentum, u. a. viele Funktionen, u. a. –Steuerung der Willkürmotorik –Suchtverhalten –Vegetativum innere Organdurchblutung

36 Noradrenalin das normale Adrenalin (Nebennierenhormon) –als Hormon ausgeschüttet vom Nebennierenmark –als Neurotransmitter Vegetativum –postganglionäre Synapsen des sympathischen Nervensystems ZNS –produziert im Locus caeruleus (blauer Fleck) der Medula Rezeptoren siehe Adrenalin

37 Adrenalin Adrenozeptoren (Adrenalin und Noradrenalin) –metabotrop, 3 Familien mit 3-4 Subtypen 1 :ZNS, Sympathikus, Urogenitaltrakt, Blutgefäße 2 :prä- und postsynaptisch, peripher und zentral :Herz, glatte Muskulatur (Bronchien) unterschiedliche Affinitäten für Adrenalin/Noradrenalin –Noradrenalin bindet insgesamt schwächer, und kaum an -Rezeptor –als Hormon ausgeschüttet vom Nebennierenmark –als Neurotransmitter: kaum (Hirnstamm)

38 Serotonin Biosynthese aus proteinogener Aminosäure Tryptophan Gewebshormon –Vorkommen in Blutplättchen und Mastzellen 19 verschiedene Rezeptoren bekannt (7 Familien) –Herz-Kreislauf-System –Blutgerinnung –Kontraktion und Relaxation von Blutgefäßen –gastrointestinale Motilität –LSD (Lysergsäurediethylamid)

39 Einschub: Monoaminooxidase (MAO) Mitchondrales Enzym beteiligt am intrazellulären Abbau der Monoamintransmitter (nach re-uptake) –Dopamin –Noradrenalin –Adrenalin –Serotonin Medikament: MAO-Hemmer –verstärken den Effekt von Monoamintransmittern

40 Glutamat Anion der proteinogenen Aminosäure Glutaminsäure Aminosäurentransmitter allgemein: häufig –Konzentration im Gehirn Faktor 1000 höher als bei Monoamintransmittern Rezeptoren: ionotrop und metabotrop –NMDA-Rezeptor NMDA = (N-Methyl-D-Aspartat) = synthetischer Agonist von Glutamat spannungs- und ligandengesteuert

41 GABA Aminosäure -Amino-Buttersäure (GABA) wichtigster hemmender Transmitter des ZNS –bis zu 50% der hemmenden Synapsen des ZNS –re-uptake GABA A und GABA C -Rezeptoren: ionotrop (Cl ) GABA B : metabotrop, –präsynaptisch: reduziert Ca 2+ -Eintrom –postsynaptisch: reduziert K + -Einstrom? GABA A -Agonisten –Benzodiazepine, Barbiturate (Tranquilizer)

42 Glycin einfachste proteinogene Aminosäure inhibitorisch, re-uptake Rückenmark (Motoneurone) und Hirnstamm ionotroper Rezeptor (Cl -Kanal) Glycinantagonisten –Strychnin: Rezeptorblockade überschießende Erregung der Muskulatur, Atmungsfunktion gestört –Tetanus: verhindert Freisetzung von GABA & Glycin Wundstarrkrampf

43 Neuropeptide Aminosäurenketten –Hormone –Kotransmitter über 100 Peptide bekannt –CRH, ACTH –Neuropetid Y Hunger, Angst, Magen-Darm-Motorik 6 Rezeptoren Y 1 – Y 6 –Substanz P (Schmerzrezeptoren) –Endorphine (endogenes Morphin)

44 Neurotransmitter 1000 Sorten jeder Transmitter kann mehrere Rezeptoren haben –die spezifischen Rezeptoren sind an unterschiedlichen Stellen im ZNS aktiv –die einzelnen Rezeptoren können unterschiedlich wirken, z. B. prä- oder postsynaptisch (D 2 -Rezeptor bei Dopamin) de- oder hyperpolarisierend (Muskarin-Rezeptor für ACh) spannungs- und/oder ligandengesteuert (NMDA-Rezeptor)

45 Neuronale Integration von Information elektrotonische Weiterleitung des (inhibitorischen / exzitatorischen) postsynaptischen Potentials zum Axonhügel räumliche Addition / Subtraktion (Konvergenz) Aktionspotential? zeitliche Summation (Potenzierung) –an der Präsynapse (Ca 2+ ) –an der Postsynapse (echte zeitliche Summation)? –tetanische Potenzierung –posttetanische Potenzierung: erhöhte Reizbarkeit

46 Hemmung präsynaptische Hemmung laterale Hemmung zur Kontrastverschärfung


Herunterladen ppt "Vorlesung Biologische Psychologie C. Kaernbach Literatur: Schandry, Kapitel 3-5 Vertiefung: –Kandel, Schwartz, Jessell: Principles of Neural Sciences –Wikipedia:"

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen