Neurobiologie

-70 mV

• Das Immunsystem greift irrtümlich die β-Zellen der Bauchspeicheldrüse an

• Diese Zellen produzieren Insulin – ein Hormon, das Zucker aus dem Blut in die Zellen schleust

• Durch die Zerstörung der β-Zellen → kein oder kaum Insulin vorhanden

• Glukose kann nicht in Muskel-, Fett- und Leberzellen aufgenommen werden

• Blutzuckerspiegel steigt stark an

• Zellen „verhungern“ trotz Zuckerüberschuss im Blut

• Leber beginnt, Fette zur Energiegewinnung zu verbrennen

• Es entstehen Ketonkörper → übersäuern das Blut → Ketoazidose

• Lebensbedrohlich ohne Behandlung

• Therapie: lebenslange Insulin Einnahme

Typ 2 Diabetes

• Körperzellen (v. a. Muskel-, Leber- und Fettzellen) reagieren nicht mehr empfindlich auf Insulin

• Trotz ausreichendem Insulin: Glukose gelangt nicht effizient in die Zellen

• Die Bauchspeicheldrüse produziert zunächst mehr Insulin (Hyperinsulinismus)

• Kann den Widerstand aber auf Dauer nicht ausgleichen

• Mit der Zeit: β-Zellen erschöpfen sich → Insulinproduktion sinkt

• Es entsteht ein relativer Insulinmangel

• Glukose verbleibt im Blut → chronische Hyperglykämie

• Schädigt Gefäße, Nerven, Augen, Nieren etc.

• Therapie: Ernährung verbessern, Bewegung, evtl. Medikamente (senken Blutzuckerspiegel, erhöht Insulinwirkung), später evtl. Insulin

Im extrazellulären Raum befinden sich: Na+ Ionen und Cl- Ionen

Im intrazellulären Raum befinden sich: K+ Ionen und Organische Anionen-

• dauerhaft geöffnete K+ Hintergrundkanäle dadurch strömen K+ Ionen nach außen in Richtung des Konzentrationsgefälles (nicht Spannungsgefälle) ( außen keine K Ionen)

• Natrium Hintergrundkanäle, durch diese können Na+ Ionen nach innen strömen. Jedoch gibt es davon nur wenige und es gelingt nur sehr langsam (kann nicht gegen die Ionenpumpe ankommen)

• Spannungsgesteuerte Na+ Kanäle, sorgen für einen Fluss von Na+ Ionen nach innen, wenn sie geöffnet werden. Da sich innen keine Natrium Ionen befinden.

• Spannungsgesteuerte K+ Kanäle, sorgen für K+ Ausstrom. Sie sind verantwortlich für die Hyperpolarisation bei der Aktionspotential-Weiterleitung

• Na+/ K+ Ionenpumpe, diese pumpt Na+ Ionen wieder nach außen und K+ Ionen nach innen, also entgegen das Gefälle. Sie stellt das Ruhepotential wieder her und sorgt dafür, dass es dauerhaft vorhanden bleibt. Die Ionenpumpe funktioniert nur unter Aufwand von ATP.

a) Spannungsgesteuerter Na+ Ionenkanal

b) Spannungesteuerter K+ Kanal

c) K+ Hintergrundkanal

d) Na+/ K+ Ionenpumpe

1. Na+ Ionen strömen ein, erreichen die Na+ Kanäle. Wird das Schwellenpotetial von -55mV überschritten öffnen sich die Kanäle. Na+ Ionen strömen ins Axon

2. K+ Ionenkanäle öffnen sich kurz danach und K+ Ionen strömen aus, Na+ Kanäle schon wieder geschlossen.

3. K+ Kanäle schließen langsamer Potential sinkt unter Ruhepotential.

4. Na+/ K+ Pumpe stellt Ruhepotential wieder her

5. Das Aktionspotential pflanzt sich fort durch das diffundieren der Na+ Ionen im Inneren. Es wiederholen sich Schritte 1-5 immer sobald der nächste Na+ Kanal erreicht wird.

   1.Na+ Einstrom 2. K+ Ausstrom 3. Hyperpolarisation 4. Wiederherstellung RP 5. Ausbreitung AP

• kontinuierliche Erregungsleitung

• kurz:

• Am Axonhügel erreichen Na+ Ionen die Spannungsgesteuerten Na+ Kanäle und die öffnen sich

• Na+ Ionen strömen ein

• Na+ diffundieren im Axon und erreichen die nächsten Na+ Ionen Kanäle und öffnen diese. Das AP wird an dieser Stelle neu gebildet.

• wiederholt sich

saltatorische Erregungsleitung

• Am Axonhügel erreichen Na+ Ionen die Spannungsgesteuerten Kanäle und öffnen diese

• Na+ Ionen strömen ein

• Na+ diffundieren im Axon und erreichen die nächsten Na+ Ionen Kanäle und öffnen diese

• Die Na+ Kanäle befinden sich nur in den Schnürringen, so isolieren die Myelinscheiden das Axon, was die Leitungsgeschwindigkeit erhöht

• Das AP wird an dieser Stelle neu gebildet

• Die Schritte wiederholen sich bis zum Endknöpfchen

• Wenn druckempfindliche Sinneszellen Druck ausgesetzt werden, öffnen sich druckempfindliche Na+ Kanäle. Durch diese strömen Na+ Ionen in die Zelle

• Die Na+ Ionen verteilen sich und erreichen auch die Spannungsabhängingen Na+ Ionen Kanäle am Axonhügel

• Diese öffnen sich, wenn der Schwellenwert überschritten wird (war also der Reiz stark genug?) und das AP wird gebildet

1. Geruchsstoff bindet an Rezeptor

2. Konformationsänderung des Rezeptors und G(olfaktorisch)- Protein

3. Austausch von GDP zu GTP am G(olf)-Protein

4. spaltet Untereinheit von G(olf)-Protein ab

5. Untereinheit aktiviert Enzym Adenylactcyclase

6. Enzym katalysiert Bildung von cAMP aus ATP

7. cAMP veranlasst Öffnung von bestimmten Ionenkanälen

8. Ca2+ und Na+ strömen in die Zelle

9. Ca2+ öffnet Cl minus -Kanäle

10. Cl minus strömt aus, schnellere/ stärkere Depolarisation (Rezeptorpotenzial)

11. Rezeptorpotenzial wird am Axonhügel in Aktionspotential umgewandelt

1. AP erreicht die Synapse (Na+Ionen strömen ein)

2. öffnet spannungsgesteuerte Kalzium Kanäle -> Ca2+ Ionen strömen ein

3. Ca2+ Ionen veranlassen vesikel mit Transmittermolekülen zur präsynaptischen Membran zu wandern

4. vesikel verschmelzen mit Membran -> Transmitter (ACH) gelangen in synaptischen Spalt

5. ACH dockt an ACH-Rezeptor, der liganden gesteuerten Na+Ionenkanäle, öffnen sich -> Na+ strömt ein -> Membran depolarisiert -> es entsteht ein EPSP = exzitatorisches, postsynaptisches Potential

6. Die ACH-Neurotransmitter -> von ACH-Esterase gespalten -> löst sich von den Känalen -> diese schließen

7. Cholin wieder in Synapse aufgenommen

8. bilden neue Vesikel mit Neurotransmitter

• Multiple Sklerose (MS)

  • Autoimmunreaktion: Das Immunsystem greift die Myelinscheiden der Nervenzellen an → Reizleitung gestört

• Parkinson

  • Abbau von Nervenzellen, die Dopamin produzieren → Steuerung von Bewegung wird gestört

• Alzheimer

  • Nervenzellen sterben ab, Plaques & Tangles stören Kommunikation

• Amgotrophe Lateralsklerose (ALS)

  • Abbau der Motoneuronen → Steuerung der Muskeln wird unmöglich

1. auf Erregung hin werden Freisetzungs- oder hemmende Hormone in Blutgefäße ausgeschüttet

2. gleangen in Adenohypophyse & regulieren die Ausschüttung anderer, z.B. glandotroper Hormone

3. werden über Blut im Körper verteilt -> wirkt auf Zielzelle

4. manche neurosekretorische Zellen geben Neurohormone direkt ins Blut -> im Körper verteilt

1. Adrenalin ist wasserlöslich -> kommt nicht durch die hydrophobe Membran

2. bindet an Rezeptorprotein außen

3. wenn an ß-adrenalin Rezeptor bindet -> werden G-Proteine im inneren d. Leberzelle aktiviert

4. jedes G-Protein besteht aus 3 Untereinheiten -> wenn Adrenalin bindet, löst sich eine Untereinheit

5. gelöste Untereinheit transportiert ein GDP, welches bei Aktivierung der Untereinheit zu GTP wird

6. das aktivierte G-Protein subunit diffundiert im Plasma bis es auf Enzym adenylatcyclase trifft

7. wenn Enzym aktiviert -> katalysiert das Enzym die Bildung von cAMP aus ATP

8. cAMP diffundiert bis es an Proteinkinase A bindet und aktiviert -> Phosphate zu bestimmten Proteinen gebunden

9. Proteinkinase-A phosphoriliert -> aktiviert Enzym Phosphorilase -> macht aus Glycogen in Glucose-6-Phosphat -> wird dann zu Glucose

allgemein: verursacht durch Adrenalin bewirkt, dass Glucose in den Blutkreislauf abgegeben wird

• Dendrit: Aufnahme elektrischer Signale

• Zellekern:

• Axon: weiterleitung von Informationen

• Myelin Scheide: isolierende Hülle

• Schnürring: beschleunigte Signalweiterleitung (saltatorische Erregungsleitung

• Endknöpfchen: Umwandlung von elektrischen Signal in Botenstoffe

• Synapse: Übertragung von Signalen von Nervenzelle zu Nervenzelle

• Axonhügel: Erzeugung elektrischer Signale

• wird bei PET (Positron-Emissions-Tomographie) benutzt

• radioaktive Tracer werden eingenommen, die dann sichtbar gemacht werden

• Tracer häufen sich an gut Durchbluteten Stellen

• können also hohe Stoffwechsel Aktivitäten sichtbar machen

• kann Tumorzellen lokalisieren

• relativ hohe Strahlenbelastung

• sehr aufwändige Methode, in Vorbereitung und Messung