Biologische Psychologie, 3. Vorlesung

Front 1

Aufgaben des Nervensystems

Back 1

• Empfangen von Signalen (z.B. Licht, Schmerz)
• Weiterleiten von Signalen
• Verarbeiten dieser Information
• Generierung des Outputs (Verhalten und unbewusste Prozesse)

Front 2

Nervenzellkommunikation

Back 2

• 2 Typen: Gap junction (direkter Kontakt) und chemische Synapse (indirketer Kontakt)

Front 3

Gap junctions – elektrische Synapsen

Back 3

• Stellenweise extreme Annäherung der Zellmembranen zweier Zellen (2-3 nm)
• Zwei an den beiden Membranen gegenüberliegende Connexone (Halbkanäle, Proteinmoleküle)
verbinden sich dort zu Kanälen
• Das Cytoplasma der beiden Zellen steht somit in Verbindung
Ionen und andere Signalmolekü-
le können diffundieren
• Die Kanäle sind meistens offen, können aber auch geschlossen werden
• Kommunikation kann in beide Richtungen stattfinden u. ist sehr schnell (erleichterte Diffusion)
• Anzahl und Typ der Verbindungsproteine bestimmen die Informationsübertragung

Front 4

Chemische Synapsen

Back 4

• Kein direkter Zell-Zell-Kontakt
• Synaptischer Spalt muss überbrückt werden
• Umwandlung: elektrisch
chemisch
elektrisch
• Chemisches Signal = Neurotransmitter (Botenstoff)
• Ca. 100 Milliarden Neurone u. bis zu 1 Billiarde Synapsen insgesamt, einzelne Neurone haben
1.000 bis 10.000 Synapsen
• Konnektivität: trotzdem Neurone nur mit ca. 3% d. umgebenden Neurone (in 1 mm3) verbunden
• Einzelne Synapsen tragen nur 1-5% z. Überschreitung d. AP-Schwelle d. postsynapt. Neurons bei
• Synaptische Kontakte: axodendritisch, axosomatisch, axoaxonal

Front 5

Übertragung an chemischen Synapsen

Back 5

1. Voraussetzung: Neurotransmitter werden aus ihren Vorläufermolekülen unter dem Einfluss von Enzymen synthetisiert und in Vesikeln im präsynaptischen Endknöpfchen gelagert
2. Elektrisches Signal (AP) kommt am präsynaptischen Endknöpfchen an
3. Spannungsgesteuerte Ca2+-Kanäle öffnen und Ca2+ strömt ein
4. Vesikel verschmelzen mit der Membran (Exocytose) und Transmitter diffundieren über den sy-
naptischen Spalt (einige binden an Autorezeptoren u. hemmen weitere Transmitterfreisetzung)
5. Transmitter binden an Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran
6. Rezeptoren lösen postsynaptische Antwort aus
7. Transmitter werden enzymatisch abgebaut oder wieder aufgenommen (Reuptake)

Front 6

Wann ist ein Stoff ein Neurotransmitter?

Back 6

• Speicherung in Vesikeln in der Präsynapse in ausreichend großer Menge
• Ausschüttung durch Erregung der präsynaptischen Zelle
• Existenz von postsynaptischen Rezeptoren
• Gleiche Wirkung durch experimentelle Applikation von außen erzielbar
• Wirksamer Inaktivierungsmechanismus

Front 7

Experiment von Otto Loewi

Back 7

• Stimulation des Vagusnervs verlangsamt Herzschlag
• Kochsalzlösung des stimulierten Herzens wird zu Herz 2 übertragen

• Herzschlag von Herz 2 verlangsamt sich
 erster Nachweis der Existenz von Transmittern („Vagusstoff“ = Acetylcholin)

Front 8

Transmitterrezeptoren

Back 8

• Transmembranproteine mit spezifischer Bindungsstelle für einen bestimmten Neurotransmitter
• Transmitter können ihre Wirkung nur über Bindung an Rezeptoren vermitteln
• Meist verschiedene Rezeptortypen für einzelne Neurotransmitter, die unterschiedliche Wirkun-
gen vermitteln (z.B. bindet Dopamin an 5 Rezeptoren, D1 bis D5)
• 2 Rezeptorklassen: Ionotrope und metabotrope Rezeptoren

Front 9

Ionotrope Rezeptoren

Back 9

• Ligandengesteuerte Ionenkanäle: öffnen, wenn bestimmter Ligand sich bindet
• Direkte, schnelle Veränderung des postsynaptischen Membranpotentials

Front 10

Metabotrope Rezeptoren

Back 10

• G-Protein-gekoppelte Ionenkanäle
• Mehrere Schritte zur Wirkung notwendig:
1. Wenn Neurotransmitter an Rezeptor bindet, aktiviert dieser G-Protein
2. G-Protein öffnet Kanal o. bindet an Enzym und löst Second-Messenger-Kaskade aus
3. Second-Messenger-Signalmoleküle verändern Zellprozesse: öffnen o. schließen Kanäle, Mo-
difizierung vorhandener Enzyme, Regulierung der Synthese neuer Proteine, beeinflussen der
Genexpression
• Jeder Zwischenschritt der Kaskade geht mit Vervielfachung einher
• Wirkung von metabotropen Rezeptoren ist langsamer als bei ionotropen und hält länger an

Front 11

Möglichkeiten des Transmitterabbaus

Back 11

• Enzymatischer Abbau: Enzyme spalten die Transmitter in Metabolite (Abbauprodukte)
• Diffusion aus synaptischem Spalt und Aufnahme von Kapillaren (eher selten, keine große Rolle)
• Wiederaufnahme (Reuptake):
• Hohe Konzentration von Transmittern in den Vesikeln durch aktiven Prozess
• Transmitter werden durch Transporter in präsynaptische Zelle o. Gliazelle transportiert
• Bsp. für Transporter: sekundär aktiver Co-Transport von 2Na+ und GABA
• Um Transmitter wieder in Vesikel aufzunehmen: H+ raus, Transmitter rein (sek. Aktiver P.)
• Transporter sind oft Wirkort von Drogen und Pharmaka
• Im Cytoplasma Transmitter ca. 10.000x höher konzentriert als im synaptischen Spalt; in Vesi-
keln ca. 100.000x höher als im Cytoplasma
bis zu 1 Milliarde x höher als im synapt. Spalt

Front 12

Postsynaptische Potentiale (PSP)

Back 12

• Öffnung von Ionenkanälen bewirkt eine von zwei Potentialänderungen (EPSP und IPSP)
• Graduelle Signale sind proportional zur Signalintensität; wenn viele APs ankommen, werden viele
Neurotransmitter in den synaptischen Spalt ausgeschüttet
größeres PSP

Front 13

Exzitatorisches postsynaptisches Potential (EPSP):

Back 13

- Das exizitatorische Potential depolarisiert die Membran durch die Öffnung von Kationenkanälen (hauptsächlich NA+).
-Und das exzitatorische Postsynaptische Potential erhöht die Wahrscheinlichkeit für ein Aktionspotential.

Front 14

Inhibitorisches postsynaptisches Potential (IPSP)

Back 14

• Haupttyp: Öffnung von Chloridkanälen
• Cl--Gleichgewichtspotential liegt bei -65 mV
• Wenn Ruhepotential positiver: Öffnung bewirkt Cl--Einstrom und Hyperpolarisation
• Wenn Ruhepotential gleich o. negativer: Öffnung bewirkt zuerst nichts oder Depolarisation,
aber wenn dann AP ankommt und Membran weiter depolarisiert, strömt Cl- ein und wirkt
der Depolarisation entgegen (hemmt sie)
• 2. Typ: Öffnung von Kaliumkanälen: Hyperpolarisation

Front 15

Dendritische Weiterleitung

Back 15

• Postsynaptische Potentiale breiten sich überwiegend elektrotonisch (passiv) aus (schnell)
• Entstehungsort für das nächste AP ist der Axonhügel
• Einzelne PSPs lösen kein AP aus (sind sowieso klein u. werden mit Distanz abgeschwächt)
• Neurone integrieren die Signale sehr vieler Synapsen

Front 16

Integration von Signalen

Back 16

• Räumliche Summation: an benachbarten Membranstücken ankommende PSPs summieren sich
• Zeitliche Summation: schnell hintereinander ankommende PSPs summieren sich

Front 17

Modulation

Back 17

• Metabotrope Rezeptoren können die Signale von anderen Synapsen verstärken o. abschwächen
• z.B. führt β-Rezeptor von Noradrenalin zu einer Signalkaskade, die am Ende K+-Kanäle schließt
• zunächst kein großer Effekt auf das Membranpotential
• Aber: Vergrößerung des Membranwiderstands u. dadurch größere Leitfähigkeit für andere,
schwache Signale: Modulation anderer Inputs

Front 18

Synaptische Kontakte und präsynaptische Hemmung

Back 18

• Axodendritisch: häufig exzitatorisch
• Axosomatisch: große Wirkung, häufig inhibitorisch
• Axoaxonal: häufig inhibitorisch = präsynaptische Hemmung: Impuls, der in der präsynaptischen
Endigung einer exzitatorischen Zelle ankommt, wird durch eine dort aufsitzende zweite Synapse gehemmt
reduzierte Neurotransmitterausschüttung

Front 19

Präsynaptische Autorezeptoren

Back 19

• Dort kann der von dieser präsynaptischen Endigung selbst ausgeschüttete Transmitter andocken
• Meist metabotrope Rezeptoren
• Signalisieren der präsynaptischen Zelle die Transmitterkonzentration im synaptischen Spalt
• Kontrollieren die Transmitterfreisetzung durch Hemmung und Verstärkung
• Meist Hemmung: Second Messenger deaktivieren Ca2+-Kanäle
Vesikel verschmelzen nicht mehr mit der Membran und setzen somit keine weiteren Transmitter frei

Front 20

Neuronale Plastizität

Back 20

• Lernvorgang des Neurons, der auf Veränderungen der Zelle beruht, Beispiele:
• Desensitivierung: Reaktion der Rezeptoren nimmt bei wiederholter Reizung ab
• Empfindlichkeit der Rezeptoren kann durch Enzyme verändert werden
• Up- und Down-Regulation: Anzahl d. Rezeptoren kann herauf- o. heruntergeregelt werden
(Veränderung d. Genexpression z.B. durch metabotrope Signalkaskade); oft bei Suchtkranken
• Bildung neuer Synapsen, Wachstum von Dendriten (aufwändig, sehr lang wirksam)