Frischknecht

Astrocyten:

• Organisieren Ionenkonzentrationen

• Entwicklungsvorgänge und Haushalt zahlreicher Stoffwechselprodukte in Nervengeweben

• synaptische Plastizität

Oligodendorcyten oder Schwannzellen

• Oligodendorcyten: Isolation von mehreren Neuronen

  • Syncronisieren von benachbarten Aktionspotentialen

• Schwannzellen: Isolation von einzelnen Neuronen

Mikrogila:

• mobile Immunzellen des ZNS

• Neuro-neuronale Synapse

• Neuromuskuläre Synapse

• Neuroglanduläre Synapse

  • Schüttet Hormone in Blutkeislauf aus

a) Axospine Synapse:

• kleine präsynaptische Axonterminale bildet Kontakt zu postsynaptischem dentritischen Dornenfortsatz

b) Verzweigetes Axon:

• zweigt sich auf 2 präsynaptische Terminalen auf —> unterschiedlich groß

• kontaktieren gleiches postsynaptisches Soma

c) ungewöhnlich große Axonterminale:

• umgibt postsynaptisches Soma

• zb. beim hören

d) ungewöhnlich große präsynaptische Axonterminale:

• kontaktiert mehrere postsynaptische dendritische Dornfortsätze

• besitzen mehr aktive Zonen als kleinere

1. Aktionspotential —> Depolarisierung der Präsynapse

2. ca2+ Einstrom durch spannungsabhängige Ca2+ Kanäle

3. Vesikel Fusion

4. Freisetzung und Diffusion von Neurotransmittern

5. Aktivierung von Neurotransmitterrezeptoren —> postsynaptische Ströme

6. Beendigung der synaptischen Übertragung

Vorteil:

• Synapsen können unterschiedl. Transmitter freisetzen (Inhibierung/Aktivierung)

• Unidirektional

Nachteil:

• kompliziert

• Zeitverzögerung von 1-2 ms

1. Aktionspotential —> Depolarisierung

2. Depolarisierung —> Potentialgefälle —> Ionen Einstrom durch “gap junctions”

3. Nach erreichen der Schwelle —> Auslösung Aktionspotential

Vorteile:

• Fast kein Zeitverlust

• Austtausch von anderen kleinen Molekülen möglich

• Bidirektional

Nachteil:

• Signal kann nicht moduliert werden

• schwaches Signal in nachfolgenden Zelle

1. Vesikuläre ATP-ase schafft H+ Gradient (pH 5,5)

2. Neurotransmitter Transport (Glutamat-H+-Antiporter) nutzt H+ Gradient und befüllt das Vesikel mit Neurotransmitter

Vesikel Docking

• SNARE Komplex aus Proteinen d. Vestikel (v-SNARE) und Zielmembran (t-SNARE)

• in aktiver Zone

• Synaptotagmin fungiert als Ca2+ Sensor

• Synaptotagmin Ca2+ lagert sich an SNARE-Komplex an —> verdrillt sich weiter —> Membran kommt sich so nah —> Verschmelzung

=> Mechanismus über Ca2+ sensitiven Priming-Docking-Komplex

• Komplexe nur in aktiver Zone —> deswegen nur dort Signal

• spalten Proteine des SNARE Komplexes

• Unterscheiden sich durch ihren Wirkort

• BoTox:

  • Neuromuskuläre Endplatte —> Hemmung Ach-Freisetzung => Lähmung

• TeTox:

  • Rückenmark —> Hemmung Freisetzung inhibitorischer Transmitter —> Streckkrampf

• endozytotische Zone liegt nicht in aktiver Zone

• Art d. Endozytose aktivitätsabhängig —> Freisetzungsfrequenzen:

  • Langsam: Clatrin abhängig

  • Schnell: Clatrin unabhängig —> werden erst nach dem befüllen durch Clatrin definiert

• Proteine:

  • Dynamin = Einschnürung d. Membran

  • Clatrin = definiert Vesikelgröße

• angeborene Defekte in Proteinen die am Vesikelkreislauf beteiligt sind —> Ursache neuronaler Entwicklungsstörungen

• unterschiedl. Mutationen im selben Gen können unterschiedl. Erkrankungen hervorrufen

• zb. Zell-Zell-Kontakte, synaptische Vesikel, Ca2+ Kanäle

Klassische Transmitter

• schnelle synaptische Übertragung + modulatorisch

• Neuronal synthetisiert —> in kleinen Vesikeln gespeichert

• unmittelbar nach Ca2+ Einstrom freigesetzt

• aktivierend: Glutamat, Acetylcolin

• hemmend: GAGA (Gehirn), Glycin (Rückenmark)

Neuromodulatoren

• synaptische Modulation

• keine Änderung d. postsynaptischen Potentials

• Modifizierung der Intensität o. Dauer d. Wirkung d. klassischen Transmitter

• Neuropeptide

  • großen Vesikel gespeichert

  • zusammen mit klassischen Transmittern freigesetzt

  • langsame Wirkung

• Nicht-peptiderge Modulatoren

  • an Stelle d. Freisetzung synthetisiert —> teilw. membrangängig

  • Lipide, Stickstoffoxide,…

• Acetylcholinesterase auf postsynaptischer Membran

  • spaltet Acetylcholin zu Cholin + Acetat

    => Beeindigung synaptischer Übertragung

• Wiederaufnahme v. Cholin + Acetat durch Präsynapse —> erneute Acetylcholinsynthese

• in Präsynapse aus Cholin und Acetyl-CoA durch Cholinacetyltransferase

• Glutamat Aufnahme durch Astroglia-spezifischen Transporter

• Umwandlung Glutamat —> Glutamin in Astrozyten

• Freisetzung von Glutamin von Astroglia und Aufnahme von Neuronen

• Synthese von Glutamat aus Glutamin in Neuronen

=> muss zu Glutamin abgebaut werden, da sonst bei Übertragung Signal entstehen würde

Klassische Transmitter

• spezifisch inaktiviert

  • Acetylcolin —> Acetylcholinesterase ( Actetat + Cholin)

  • Aminosäuren, Monoamine —> Wiederaufnahme (Transporter Glia/Präsynapse)

  • Monoamine —> Abbau Monoaminoxidase

Neuropeptide

• keine spezifische Inaktivierung

  • Diffusion

  • Zerfall

Ionotrophe Rezeptoren

• Transmitterabhängige Ionenkanäle

  • Na+ —> Depolarisation —> EPSP —> erregend

  • Cl- —> Hyperpolarisation —> IPSP —> hemmend

metabotrophe Rezeptoren

• G-Protein gekoppelte Rezeptoren

  • Effektoren —> Ionenkanäle o. Enzyme die Second Messanger erzeugen

  • Rezeptor welcher durch second messanger Ionenkanal öffnet

  • Rezeptor d. intrazelluläre Signalkaskade auslöst und nachgeschaltetes Enzym aktiviert

• Struktur diktiert Eigenschaften

  • Ligandenbindung

  • Ionenpermeabilität

GABA lässt Chlorid durch

AMPA/NMDA lässt Na+ durch

• 7 Transmembrandomänen

• gekoppelt mit GTP-bindenden Proteinen

  1. nach Ligandbindung —> GDP -> GTP —> Signalauslösung druch Untereinheiten des G-Proteins

     a) α Gs -> Aktivierung d. Adenylatzyklase

     b) α Gi -> Hemmung d. Adenylatzyklase

  2. α Gq aktiviert Phospholipase C

  3. Freisetzung intrazellulärer Botenstoffe (Second Messager)

  4. Gi (β/γ ) -> Kaliumkanäle -> Vm Änderung

1. Synthese von GABA aus Glutamat

• präsynaptische Wirkung

  • mechanotrop -> Autorezeptroren (Hemmung Tansmitterfreisetzung)

• postsynaptsiche Wirkung

  • ionotrop -> Cl- Einstrom IPSP

    
    

    2. Wiederaufnahme von Glutamin in Präsynapse

• Größter Anteil d. synaptischen Hemmung im ZNS

• Bei Öffnung Cl- Eintrom

  • zu viel -> Bewusstlosigkeit

  • zu wenig -> Krampfanfälle

Wirkstoffe die an GABA-Rezeptoren binden:

• Benzodizeptine (Beruhigungsmittel)

  • erhöhen Öffnungsfrequenz d. Rezeptoren

• Barbiturate (krampflösende Mittel)

  • verlängern Zeit in der Kanäle geöffnet sind

• Kaliumionen können Membran frei passieren

  • Diffusionskraft und elektrische Kraft gleichen sich aus = Gleichgewichtspotential

• Kanalöffnung: große Potentialveränderungen durch kleine Ionenveränderungen

schnell

1. Öffnen v. Natrium-Kanälen -> Einstrom von Na+ -> Depolarisierung

2. Öffnen v. weiteren Kalium o. Chloridkanälen -> Hyperpolarisation

langsam

1. Aktiver Transport von Ionen (Energieaufwand)

• Kombination v. zahlreichen synaptischen Potentialen in postsynaptischem Neuron

• Endplatte:

  • gegen Strömungen abgesichert -> ständig funktionieren -> großes EPSP

• Neuronen im ZNS:

  • komplexere Umrechnungen

  • viele EPSPs aufgerechent für deutliche postsynaptische Depolarisation

• einige Dentriten passiv: einkommende Signale nach Abhängigkeit von Distanz und Wiederstand abgeschwächt

• potentiale einzelner Synapsen müssen für Aktionspotential aufsummiert werden

• Ionenstrom muss sich über Dentrit bis zum Axonhügel fortsetzen bevor Aktionspotential entsteht

• Dentritenmembran: keine spannungsabhängigen Kanäle (elektisch passiv)

• Dendritische Längenkonstante: Längswiederstand + Membranwiederstand

  • bestimmt Flussrichtung der Ionen

• Viele nicht passiv -> spannungsabhängige Kanäle dienen als Potentialverstärker

• auch retrogrades Potential möglich

Zeitlich

• Potentiale zeitlich begrenzt

• Gleichzeitigkeit -> maximale Integration d. Potentiale

• bei exzitatorischen und inhibitorischen Signalen -> entweicht depolarisierender Strom d. Ionen bevor Soma erreicht

Räumlich

• konstruktiv und destruktiv

• strukturen sehr komplex

Entgegengesetzt

• IPSP und EPSP zusammen -> depolarisierender Strom entweicht, bevor er Soma erreicht

• Aktivität von Ionenkanälen können metabotrope Rezeptoren verändert werden

  • Über Neuromodulatoren

  • zb. Verlängerung des Aktionspotentials

• Messen von winzigen Potentialunterschieden in einzelnen Neuronen

  1. Stimulation präsynaptischer Eingänge + Ableiten von postsynaptischen Neuron

  2. Test für Plastizität: Auslösen von synaptischer Potenzierung druch Tetanusreiz

• Long-term Potentation

  • starke Stimulation einer synaptischen Bahn -> anhaltender Verstärkung (Potenzierung) der Synapsen

  • potenzierte Synapse trägt mehr zur Depolarisation bei -> mehr Gewicht bei Signalintegration

  • hält an einigen Synapsen Monate oder Jahre stabil

    • für langfrisitg stabilisiertes LTP muss Ca2+ Signal sich bis zum Soma ausbreiten

• Synapse hat höheren Beitrag zur Depolarisaton

  • durch stärkere Depolarisation wird Schwellenwert leichter erreicht

• tritt spezifisch auf -> benachbarte Synapsen werden nicht verstärkt = Eingangsspezifität

• präsynaptischer Eingang aktiv

• gleichzeitig Membran der postsynaptischen Zelle stark depolarisiert ist

• durch niedrigfrequente Reizung

• bei präsynaptischer Aktivität und gleichzeitig schwacher postsynaptischer Depolarisation

• ist Eingangsspezifisch

1. Postsynaptische Membran bestizt AMPA und NMDA Rezeptoren

2. Glutamat-Signal —> AMPA-Rezeptor aktiv —> Na2+ Einstrom

3. zweites Glutamat-Signal —> NMDA-Rezeptor aktiv (Mg2+ Blockierung löst sich ab) —> Ca2+ Einstrom

4. Ca2+ aktiviert unter anderem Ca2+ abhängige Kinasen (CaMKII Calodulinabhängig)

5. Mechanismen zur Erhöhung der AMPA-Rezeptordichte und Aktivität

   1. Einbau von mehr AMPA-Rezeptoren in postsynaptische Membran

   2. Phosphorilierung -> Leitfähigkeit erhöht

=> LTP

1. Schwache Membrandepolarisation entfernt Mg2+-Komplex nur unvollständig -> deutlich schwächerer Anstieg des intrazellulären Ca2+

2. niedrige Konzentrationen aktivieren Phosphatasen -> verringert AMPA-Rezepordichte in postsynaptischer Membran

• CREB ist wichtiger aktivitätsabhängiger Transkriptionsfaktor

• bei starkem o. langanhaltenden Ca2+ Signal das Soma erreicht wird CREB phosphoriliert

  => CREB-Zielgene transkribiert

  => für langfrisitige Veränderung Proteine notwendig

• druch LTP könnten alle Synapsen zu diesem Neuron verstärkt werden -> Reizselektivität/Gedächtnis gehen verloren

• Metaplastizität (Untereinheiten des NMDA-Rezeptors)

  • Hohe Affinität -> NR2A = erschwert LTP

  • Niedrige Affinität -> NR2B = vereinfacht LTP

• Synaptische Skalierung = nach Stilllegung der neuronalen Aktivität (langzeitig) nimmt elektrische Erregbarkeit und stärke der exzitatorischen Synapsen zu

= relative Intensität bleibt gleich

• weniger Rezeptoren aber trotzdem stärker -> bessere Rezeptoren , mehr Glutamat

• schwache haben viele Rezeptoren um weniges Gutamat gerade noch als Signal erkennen zu können

• Erinnerungen werden von neuronalen Netzwerken gespeichert

• Neuronenverband = Verbund von Nervenzellen im Gehirn, die durch externen Reiz aktiviert werden

• Verbindung von Neuronen verstärkt sich, wenn sie wiederholt gleichzeitig von Reiz aktiviert werden

• aufgrund verstärkter reziproker Verbindungen im Gehirn kann die vollständige Information auch bei unvollständigen Reizen abgerufen werden