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Vorlesung
Neurophysiologie
Detlev Schild
Abt. Neurophysiologie
und zelluläre Biophysik
dschild@gwdg.de
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Neurophysiologie
Detlev Schild
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dschild@gwdg.de
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Detlev Schild
Abt. Neurophysiologie
und zelluläre Biophysik
dschild@gwdg.de
http://stud.neuro-physiol.med.uni-goettingen.de
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Neurophysiologie
Detlev Schild
Abt. Neurophysiologie
und zelluläre Biophysik
dschild@gwdg.de
2 files:
Physiologie - Membranen und Transportprozesse.pdf
MembranPhysiologieVorlesung_Inhalt.pdf
Beim Menschen:
1011 – 1012
Neurone
20 bis 50 – mal
mehr 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
12
Eines von 10 Neuronen
3
4
Neurone reden über ca. 10 -10 Synapsen miteinander
Spezielle neuronaler Fortsätze: Dornfortsätze (spines)
Spines: morphologische Korrelate des Gedächtnisses
input
⟶
⟶ output
Sinnes systeme
⟶
⟶ Muskeln
Drüsen
Bewußtsein
Gedächtnis
Emotion
“Ratio”
Sinnes systeme
⟶
⟶ Muskeln
Drüsen
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
Plasmamembranen besitzen als
Grundstruktur eine Lipiddoppelschicht
Phospholipide: lipophile Fettsäuren, hydrophile Köpfe
PM: Transportproteine, Ionenkanäle und gap junctions
Viele Pharmaka wirken an Membranen
Tollkirsche = Atropa belladonna (Parasympatholytikum)
Fingerhut = Digitalis purpurea (Herzglykosid)
Venom:
Mixtur von Toxinen
( d.h. tierisch produzierten Giften)
Schlangenvenome (u.a.: Blocker von Ionenkänalen)
Skorpiongift (u.a.: Blocker von Ionenkänalen)
Tetrodotoxin (TTX)
hemmt
spannungsabhängige
Natriumkanäle
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
[mM]
Aussen
[mM]
Na+
5 - 15
145
K+
Ca2+
140
≤ 10-4
5
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:
langsam, aber stetig: ca. 150 Ionen / s
primär aktiver Transport
- Na/K – ATPase
- PM- CaATPase
- Ionengradient – getrieben:
sekundär aktiver Transport
- Aminosäure / Na - Symport
- Glucose / Na - Symport
schnell und meist kurz:
b) Poren/Kanäle
einige Kaliumkanäle sind immer offen !
die meisten Kanäle sind meistens zu !
c) gap junctions
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
2.
Ca2+ -
3.
Na+/Ca2+ -
→
[Na+]o >> [Na+]i
→
[Ca2+]o / [Ca2+]i
und
[K+]i >> [K+]o
ATPase
Antiport
≈ 100.000
und [Ca2+]o ≈ 3 mM;
[Ca2+]i ≈ 50 nM
Ionenverteilung beim Menschen:
Ion
Innen
[mM]
Aussen
[mM]
Na+
5 - 15
145
K+
Ca2+
140
≤ 10-4
5
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)
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Gesundheitswesen
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