Post on 10-Oct-2019
Vorlesung Neurophysiologie
Detlev SchildAbt. Neurophysiologieund zelluläre Biophysikdschild@gwdg.de
Vorlesung Neurophysiologie
Detlev SchildAbt. Neurophysiologieund zelluläre Biophysikdschild@gwdg.de
http://stud.neuro-physiol.med.uni-goettingen.de
Vorlesung Neurophysiologie
Detlev SchildAbt. Neurophysiologieund zelluläre Biophysikdschild@gwdg.de
2 files: Physiologie - Membranen und Transportprozesse.pdfMembranPhysiologieVorlesung_Inhalt.pdf
Vorlesung Neurophysiologie
Detlev SchildAbt. Neurophysiologieund zelluläre Biophysikdschild@gwdg.de
Beim Menschen:1011 – 1012 Neurone
20 bis 50 – malmehr Gliazellen !
Camillo Golgi (* 1843, † 1926)
entwickelte eine Methode zum Anfärben einzelner Neurone und Zellstrukturen (Golgi-Färbung)
Ramon y Cajal (* 1852, † 1934)
Funktionelle Bereiche eines Neurons
Neurone Gliazellen
z.B. Astroglia, Mikroglia, Oligodendrocyten, Schwannsche Zellen, Müllerzellen (Retina), Stützzellen (olfaktorisches Epithel) etc.
Kompartimente eines Neurons: Dentriten - Soma - Axon( input output)
→ All neurons stained in 3D
Eines von 1012 Neuronen
Neurone reden über ca. 103-104 Synapsen miteinander
Spezielle neuronaler Fortsätze: Dornfortsätze (spines)
Spines: morphologische Korrelate des Gedächtnisses
input ⟶ ⟶ output
Sinnes - systeme ⟶ ⟶ Muskeln
Drüsen
Sinnes - systeme ⟶ ⟶ Muskeln
Drüsen
Bewußtsein Gedächtnis Emotion “Ratio”
Kapitel M1: Einführung. Phospholipide und Membranen: Mizellen, Bilipidschicht, Diffusion: 1. Ficksches Gesetz; Permeabilität; Leitwert und Kapazität
Kapitel M2: Transportproteine: K+/Na+ - ATPase, Ca2+ - ATPasen, Gradienten-abhängige Transportproteine
Kapitel M3: Ströme über Membranen: Ionenkanäle, Transportproteine, gap junctions; Ionenkanäle: Struktur, Spannungsabhängigkeit, Selektivität und Permeabilität; spannungs- und ligandengesteuete Ionenkanäle
Kapitel M4: Physiologische Ionenverteilung: Donnan – Gleichgewicht, Nernstgleichung an Plasmamembran, Zusammenspiel verschiedener spannungsabhängiger Leitwerte in Zellmembranen, Goldmanngleichung
Kapitel M5: Elektrische Signalverarbeitung an Zellen: Ionotrope und metabotrope Rezeptoren. Inhibition, Elektrotonus.
Kapitel M6: Aktionspotential (AP): Entstehung, beteiligte Leitwerte,
AP: Refraktärzeiten, pos. Rückkopplung, Ca2+ - Wirkung auf Leitwerte (Tetanie, etc), versch. Formen von APs an Muskel und Herz,APs: modulierende Einflüsse, Kodierung der AP-rate
Kapitel M7: Fortleitung von APs auf nichtmyelinisierten und myelinisierten Nervenfasern. Summenaktionspotential und seine Messung. Wirkung von APs an Axonterminalen
Plasmamembran aus Phospholipiden
Phospholipide: lipophile Fettsäuren, hydrophile Köpfe
Plasmamembranen besitzen als Grundstruktur eine Lipiddoppelschicht
PM: Transportproteine, Ionenkanäle und gap junctions
Tollkirsche = Atropa belladonna (Parasympatholytikum)
Viele Pharmaka wirken an Membranen
Fingerhut = Digitalis purpurea (Herzglykosid)
Schlangenvenome (u.a.: Blocker von Ionenkänalen)
Venom:
Mixtur von Toxinen ( d.h. tierisch produzierten Giften)
Skorpiongift (u.a.: Blocker von Ionenkänalen)
Tetrodotoxin (TTX)hemmt spannungsabhängigeNatriumkanäle
Natürliche Gifte als Werkzeuge der Kanalforschung
Zusammenfassung
1. Charakteristische Eigenschaften von Neuronen:
- Integration von tausenden von Eingangssignalen
- Leitung von elektrischen Pulsen teils über weite Entfernungen und mit hoher Geschwindigkeit.
2. Grundstruktur der Zellmembranen: Phospholipid – Doppelschicht ist
praktisch undurchlässig für Ionen
3. Sehr viele Toxine, Venome und Pharmaka wirken an Membranen
Kapitel M1: Einführung. Phospholipide und Membranen: Mizellen, Bilipidschicht, Diffusion: 1. Ficksches Gesetz; Permeabilität; Leitwert und Kapazität; Membranwirkung von Drogen
Kapitel M2: Transportproteine: K+/Na+ - ATPase, Ca2+ - ATPasen, Gradienten-abhängige Transportproteine
Kapitel M3: Ströme über Membranen: Ionenkanäle, Transportproteine, gap junctions; Ionenkanäle: Struktur, Spannungsabhängigkeit, Selektivität und Permeabilität; spannungs- und ligandengesteuete Ionenkanäle
Kapitel M4: Physiologische Ionenverteilung: Donnan – Gleichgewicht, Nernstgleichung an Plasmamembran, Zusammenspiel verschiedener spannungsabhängiger Leitwerte in Zellmembranen, Goldmanngleichung
Kapitel M5: Elektrische Signalverarbeitung an Zellen: Ionotrope und metabotrope Rezeptoren. Inhibition, Elektrotonus.
Kapitel M6: Aktionspotential (AP): Entstehung, beteiligte Leitwerte,
AP: Refraktärzeiten, pos. Rückkopplung, Ca2+ - Wirkung auf Leitwerte (Tetanie, etc), versch. Formen von APs an Muskel und Herz,APs: modulierende Einflüsse, Kodierung der AP-rate
Kapitel M7: Fortleitung von APs auf nichtmyelinisierten und myelinisierten Nervenfasern. Summenaktionspotential und seine Messung. Wirkung von APs an Axonterminalen
Ionenverteilung beim Menschen:
Ion Innen Aussen[mM] [mM]
Na+ 5 - 15 145
K+ 140 5
Ca2+ ≤ 10-4 2,5 - 5(geb.: 1-2)
Cl- 4 110
Nichtpermeable Anionen A- sorgen für - eine feste, nicht permeable negative Ladung in der Zelle und- eine negative Spannung von ca. 15 mV (Donnan-Spannung)
Ströme durch biologische Membranen durch
a) Pumpen
- ATP – getrieben: primär aktiver Transport- Na/K – ATPase - PM- CaATPase
- Ionengradient – getrieben: sekundär aktiver Transport- Aminosäure / Na - Symport- Glucose / Na - Symport
b) Poren/Kanäleeinige Kaliumkanäle sind immer offen !die meisten Kanäle sind meistens zu !
c) gap junctions
langsam, aber stetig: ca. 150 Ionen / s
schnell und meist kurz: 50.000 Ionen / ms
Na/K-ATPase: 3 Na+ ⇋ 2 K+ (kostet 1 ATP)
Sekundär aktiver Transport: Anti – und Symporter
Effekte der primär und sekundär aktiven Transporter an der Plasmamembran:
Unsymmetrischen Ionenverteilung
1. Na+/K+ - ATPase → [Na+]o >> [Na+]
i und [K+]
i >> [K+]
o
2. Ca2+ - ATPase
3. Na+/Ca2+ - Antiport
→ [Ca2+]o / [Ca2+]
i ≈ 100.000
und [Ca2+]o ≈ 3 mM; [Ca2+]
i ≈ 50 nM
Ionenverteilung beim Menschen:
Ion Innen Aussen[mM] [mM]
Na+ 5 - 15 145
K+ 140 5
Ca2+ ≤ 10-4 2,5 - 5(geb.: 1-2)
Cl- 4 110
Nichtpermeable Anionen A- sorgen für - eine feste, nicht permeable negative Ladung in der Zelle und- eine negative Spannung von ca. 15 mV (Donnan-Spannung)