1 Übertragung zwischen einzelnen Nervenzellen: Synapsen

Übertragung zwischen einzelnen Nervenzellen: Synapsen
Kontaktpunkt zwischen zwei Nervenzellen oder
zwischen Nervenzelle und Zielzelle (z.B. Muskelfaser)
Synapse besteht aus präsynaptischen Anteil (sendendes Neuron)
synaptischen Spalt, postsynaptischen Anteil (empfangendes Neuron).
Abb. 11.1, Kandel
Elektrische Synapse:
Aktionspotential in der
Zelle (z:b. ausglöst durch
Strominjektion) führt zu
Aktionspotential. Strom fließt
nach außen ab.
Ein Teil des Stroms gelangt durch gut leitenden Ionenkanäle
(gap junction) in die postsynaptische Zelle.
Strom depolarisiert die Zelle. Falls Schwelle überschritten
--> Aktionspotential.
Depolarisation erfordert (kräftigen) elektrischen Strom.
Daher präsynaptische Zelle groß, postsynaptisch klein.
Übertragung auf die benachbarte Zelle erfolgt durch elektrischen
Strom ---> augenblicklich,
Informationsübertragung in beide Richtungen möglich
Mit elektrischen Synapsen
. können viele Zellen gleichzeitig
“gefeuert” werden.
Beispiel Tintenausstoß bei Meeresschnecke Aplysia
Porendurchmesser der gap juncions: 1.5 nm
Kanäle sind nicht selektiv
G = 100pS
Synaptischer Spalt (Abstand zwischen 2 Neuronen) 3.5 nm
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Kanal wird durch die
Poren beider
Membranen gebildet
Gap junctions können
moduliert werden:
Steuerung durch
nderung der Spannung,
pH Wert, Ca++
Kontentration.
Mechanismus: Drehbewegung der 6 Connexine
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Kandel Abb. 11.1
Chemische Synapsen
Keine Verbindung zwischen der
Nervenzellen.
Strom bleibt in der präsynaptischen
Zelle.
Aber Depolarisation der Zelle löst Ausschüttung von
Neurotransmittermolekülen aus (gespeichert in
synaptischenVesikeln)..
Transmittermoleküle lagern sich an Rezeptoren der
postsynaptischen Zelle an uns führen zu Depolarisation oder
Hyperpolarisation
Synaptischer Spalt ist 20 - 40 nm, Ausbreitung der Transmitter durch
Diffusion
Diffusion ist ein langsamer Prozess. Random walk
Brown’sche Bewegung:
X2 = 2kT/(3πηd).t
X … mitteler Verschiebung
t = 1s
X = 5.62.10-5 m = 56200 nm
Aber: X ist nur 20 bis 40 nm
dann t = 9.1 bis 12.8 . 10-8 s
---> kurz genug
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Aktionspotential an
präsynaptischer Axon
läuft in die Nervenendigung ein
Durch den Stromfluß
strömen Ca++ Ionen ein.
Stimulieren Öffnung der
Vesikel. Vesikel
verschmelzen mit der
Membran und geben
Neurotransmitter ab
Neurotransmitter diffundiert durch den
synaptischen Spalt und bindet an
speziellen Rezeptoren der
postsynaptischen Membran
Dadurch öffnen sich die
Ionenkanäle, Zelle wird
depolarisiert,
Aktionspotential
Es kann aber auch eine
Hemmung der Zelle durch
den Transmitter erfolgen
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Es gibt etliche Neurotransmitter, die auf “Ihre” Rezeptoren
binden. Je nachRezeptor kann dann erregend oder hemmend
wirken.
Rezeptoren sind membrandurchspannende Proteine: erkennen
außen den aus der präsynaptischen Zelle freigestztenTransmitter.
In der Zielzelle sind sie Effektoren (Öffnen oder Schließen der Pore)
kann direkt (Kanal wird gesteuert) oder indirekt (second messenger)
sein
Der Rezeptor entscheidet “was passiert”
Alle Muskel werden von den Nerven über Synapsen gesteuert.
Motoneuron
endet auf der
motorischen
Endplatte
Kein Myellin,
Verzweigung,
synaptische
Endknöpfchen
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In den Endknöpfchen
sind:
•synaptische
Vesikel mit
Transmitter
•Aktive Zone
d.I. Bereich wo
Transmitterausschüttung
stattfindet
•Ca++ Kanäle: Ca++ löst beim Eindiffundieren die Ausschüttung
der Transmittes aus. Transmittessubstanz ist Acetylcholin (Ach)
Gegenüber der
aktiven Zone:
subysnaptische
Einfaltung, am
Rand ACh
Rezeptoren,
darunter Na
Kanäle für
Aktionspotential
Postsynaptisches Potential ist sehr hoch (70mV), löst
Aktionspotential in der Muskelfaser aus.
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Transmitter in Präsynaptischer Zelle wird durch Ca++ freigesetzt
(Erhöhung von extrazellulären Ca erhöht Transmitterfreisetzung
Interessant: das postsynaptische Potential ist gequantelt:
ein Transmitterquant löst ein postsynaptisches Einheitspotential aus:
Gesamtpotential ergibt sich aus der Summe der Einheitspotentiale
Experiment zum Beweis der Quantelung:
Motorischer Nerv wird mit gleicher Intensität stimuliert.
Um geringe Transmitterfreisetzung zu erhalten: Ca++ frei aber
Mg++ hältige extrazelluläre Flüssigkeit
Endplattenpotential wird gemessen
Es gibt auch spontan auftretende Potentiale
Abb 15.5A, Kandel
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Abb 15.5B, Kandel
Transmitterfreisetzung ist offensichtlich einer
Wahrscheinlichkeitsfunktion unterworfen.
Annahme: Transmitterfreisetzung tritt in Elementarquanten auf,
zB. einVesikel.
Wahrscheinlichkeit für die Freisetzung eines Quants sei p
für kein Quant q = (1-p)
Nehmen wir an daß n Stimulationen stattfinden.
Dann ist die Wahrscheinlichkeit daß kein Quant zum postsynaptischen
Neuron kommt qn
daß das 1. Quant zum postsynaptischen Neuron kommt ist p.q(n-1)
detto für das 2., 3., n-te Quant, daher insgesamt die
Wahrscheinlichkeit für 1 Quant n. p.q(n-1)
für 2 Quanten n(n-1)/2.p2.q(n-2), usw., ergibt die Binomialverteilung
z.B. n=5, p=0.2
Wahrscheinlichkeit für 0 Quanten : 0.85=0.26
1 Quant
: 5.0.2.0.84 = 0.496
2 Quanten :20..22.83 = 0.262
………………………
5 Quanten : 0.25 = 0.00032
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stimmt mit Messungen überein
Nervenzellen können miteinander rasch und effektic kommunizieren.
Dazu sind Synapsen wichitg.
Ein Neuron bildet ca 1000 Synapsen und empfängt 10000 Verbindungen
Im Gehirn 1011 Neuronen mit 1014 synaptischen Verbindungen
(das ist mehr als die Zahl der Galaxien imWeltall)
Überblick über Transmembröse Bewegungen (1)
•1. Diffusion von lipidlöslichen
Substanzen durch Membran
•2. Leckkanal,nicht Ionenspezifisch
•3 Carrier: spezielle Membranmoleküle, die den Transport
erleichtern, (erleichterte
Diffusion).
•4 Aktiver Transport (ATP, unter
Einsatz von Energie)
5. Ko-Transport: Gradientenabhängiger Austausch von
Substanzen
Abb.2.1 Atwood
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Überblick über Transmembröse Bewegungen (2)
•6. Spannungsabhängige Kanäle
•7. Ionenabhängige Kanäle
•8. Ligandengesteuerte Kanäle:
Öffnung durch Transmitter
•9. Second messenger gesteuerte
Kanäle. Intrazellulär erzeugte
Moleküle steuern den Kanal
Abb.2.1 Atwood
•10 Pinozytose und Exozytose:
Aufnahme und Abgabe mit Hilfe
von Vesikeln. Unter Einsatz von
Energie
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