Fragensammlung zur Vorlesung Biologische Psychologie Wintersemester 1997/1998

Fragensammlung zur Vorlesung Biologische Psychologie Wintersemester 1997/1998

a) Einführung, Historisches, Begriffsbestimmung

1. Wie wird häufig „Psychophysiologie“ von „Physiologischer Psychologie“ abgegrenzt ?

Psychophysiologie: Es werden die Zusammenhänge zwischen Physiologie und Verhalten an

Menschen studiert.

Mögliche Fragestellung: Wie wirken sich Lügen aus (Lügendedektor ) ?

Was sind physiologische Begleitprozesse von Angst ?

Oder allgemein: Von welchen pysiologischen Prozessen werden psychische

Veränderungen begleitet ?

Untersuchungstechnik: Nichtinvasive Methoden (psychologisch/pharmakologisch) führen zu Beobachtungen

auf der physiologischen Ebene (z.B. EEG)

Physiologische Psychologie: Hier wird experimentell primär auf biologisches Substrat auf chemische,

chirurgische oder elektrische Weise eingewirkt (z.B. Tierexperimente).

2. In welche vier Teilgebiete kann man die biologische Psychologie untergliedern ?

- Physiologische Psychologie (Wo im Gehirn lassen sich best. Funktionen lokalisieren ?)
- Psycholphysiologie (Auswirkungen von Lügen ?)
- Psychopharmakologie (Wie wirken Pharmaka auf Gehirn und Verhalten ?)
- Neuropsychologie (Welcher Zusammenhang besteht zwischen dem geschädigten menschlichen Gehin

und dem Verhalten ?)

Teilgebiet der Neurologie und Psychiatrie

3. Nennen Sie eine typische Fragestellung aus der Neuropsychologie !

Wie drückt sich die Gehirntätigkeit im menschlichen Verhalten aus ?

Welche Folgen hat der Ausfall eines bestimmten Gehirnteils auf das Verhalten ?

Welche Auswirkungen haben Veränderungen im Zustand des Gehirns auf das Verhalten ?

4. Geben Sie ein Beispiel für eine Fragestellung aus der Biologischen Psychologie , die man im Rahmen einer Korrelationsstudie untersuchen könnte !

In welchem Zusammenhang steht die Gehirngröße (somatische Variable) mit den Lernergebnissen (Variable auf der Verhaltensebene) ?

In welchem Zusammenhang steht das hormonelle Niveau (somatische Variable) mit der Intensität des Paarungsverhalten (Variable auf der Verhaltensebene) ?

5. Was versteht man im Zusammenhang mit dem Leib-Seele Problem unter monistischen und dualistischen Theorien ?

Dualistische Theorie:

Leib und Seele sind fundamental unterschiedlich und können unabhängig voneinander existieren.

Monistische Theorie:

Leib und Seele werden nicht als zwei verschiedene „Substanzen“ gesehen, es existiert nur eine Substanz.

6. Welche Richtung vertrat Descartes in der Diskussion um das Leib-Seele Problem ?

Descartes war ein Dualist und vertrat die Theorie des Interaktionismus:

Leib und Seele stehen in Wechselwirkung und können sich gegenseitig beeinflussen.

7. Welches Organ machte Descartes verantwortlich für die Steuerung der „Hydraulik“ und warum ?

Descartes hielt die Zirbeldrüse hierfür verantwortlich.

Hydraulik: Bewegung von Körperteilen durch Flüßigkeit, welche von den Nerven in die Muskeln geleitet wird.

Steuerung der Hydraulik im Gehirn.

Auf der Zirbeldrüse, die nur einmal vorhanden ist, sitzt die Antenne für den freien Willen lt. Descartes.

8. Wie ist Hormon definiert ? (ersatzweise für Neuronendoktrin)

Hormone sind chemische Botenstoffe des Körpers, die der Informationsübertragung dienen.

9. Nennen Sie die vier klassischen Körpersäfte der Antike !

- Blut ( lat. sanguis > Sanguiniker)
- Schleim ( gr. phlegma > Phlegmatiker )
- Galle ( gr. chole > Choleriker )
- Schwarze Galle (gr. melan Chole > Melancholiker)

10. Beschreiben Sie die Hauptfunktionen des Nervensystems !

- Weiterleitung von Informationen (interne und externe Signale)
- Reizleitung (Aufnahme durch Sinnesorgane)
- Steuerung der Motorik
- Kognition (Denken), Gedächtnis, Emotion
- Hormonelle Steuerung und Hormonbildung
- Koordination und Regulation

Betrachtet man die Gestalt des Nervensystems (Morphologie) , unterscheidet man das

- Zentrale Nervensystem (ZNS = Gehirn und Rückenmark)
- Periphere Nervensystem ( Teile des Nervensystems außerhalb des ZNS)

Hinsichtlich der Funktion unterscheidet man zwischen dem

- Somatischen (animalischen) Nervensystem

Funktion: Wahrnehmung von Außenreizen, Motorik

- Vegetativen (autonomes, viszerales) Nervensystem

Funktion: Steuerung der inneren Organe, Anpassung an veränderte Bedingungen

Das somatische und das vegetative Nervensystem sind sowohl im zentralen als auch im peripheren Nervensystem vertreten.

b) Neurophysiologie

11. Welche Organklassen des menschlichen Organismus werden durch die afferenten und welche durch die efferenten Nerven des somatischen Nervensystems innerviert ?

(innervieren: mit Nerven oder Nervenreizen versehen, anregen)

afferent: zentralwärts verlaufend

efferent: peripherwärts verlaufend

Die Skelettmuskulatur wird von efferenten Nerven innerviert.

(Befehl von Gehirn an Muskeln)

Die Sinnesorgane dagegen werden von afferenten Nerven innerviert.

(Befehl von z.B. Auge an Gehirn)

Viele Aktivitäten des somatischen Nervensystems stehen unter willkürlicher Kontrolle und laufen bewußt ab.

Die Aktivitäten des vegetativen Nervensystems dagegen (z.B. Regelung der Organfunktionen im Körper) sind der willkürlichen Kontrolle weitgehend entzogen, deshalb wird das VNS auch autonomes Nervensystem genannt.

12. In welche Richtung läuft die Information in den afferenten Fasern ?

zentralwärts - also zum Gehirn hin

13. In einem Ein-Neuron-Nervensystem verbindet das eine Neuron welche beiden Funktionsbereiche ?

(Neuron = Nervenzelle)

Das Ein-Neuron-Nervensystem findet sich bei bestimmten Seeanemonen.

Ein Neuron verbindet die Sensorik mit der Motorik.

Bei einigen Quallen wurde das Zwei-Neuronen-System entdeckt.

Darin treten sensorische Neuronen mit motorischen Neuronen in Verbindung, welche dann die Kontraktion von Muskelzellen verursachen können.

Bei bestimmten Quallen und Mollusken besteht ein Drei-Neuronen-System.

Hier sind die motorischen Neuronen (Motoneurone) durch ein Netzwerk vermittelnder Neuronen (Interneuronen) von den sensorischen Nervenzellen getrennt.

=> Phylogenese (Entstehungsgeschichte) des Nervensystems

14. Was versteht man unter einem Interneuron ?

Ein Interneuron vermittelt zwischen anderen Neuronen.

15. Wozu dienen Mitochondrien ?

Die Mitochondrien sind die „Kraftwerke“ der Zellen.

Sie wandeln die Energie, die beim Umsatz der Nährstoffe mit Sauerstoff frei wird, in ATP („Treibstoff “) um.

Je nach Energiebedarf sind mehr oder weniger Mitochondrien in einer Zelle, besondes viele sind in Stoffwechselzellen (z.B. Leber).

16. Was ist die Funktion von Ribosomen ?

Jedes Ribosom besteht aus fast hundert verschiedenen Proteinen

Die Funktion des Ribosoms besteht in der Proteinsynthese (Synthese = Verknüpfung). Dabei wandern die Ribosomen und nehmen Geninfo auf, die dann an das ER abgegeben wird.

Die Ribosomen sind meist außen an das rauhe, endoplasmatische Retikulum (RER) angeheftet.

ER ohne Ribosomen wird glattes ER genannt.

17. Was ist der Unterschied zwischen einem Nerv und einer Nervenfaser ?

Ein Nerv besteht aus einer Bündelung von Nervenfasern.

Eine Nervenfaser ist Bestandteil eines Nervs.

18. Welche Zell-Organellen dienen primär dem Stofftransport ?

- Golgi-Apparat: Trennt Stoffe durch eine Membran vom Grundplasma, um sie dann zumeist vom innerplasmatischen zum außerplasmatischen Raum zu befördern.

Der GA dient hauptsächlich Sekretionsvorgängen und der Zellexkretion und schützt die Zelle vor Schädigungen durch Stoffe, deren Konzentration ohne Isolation schädlich oder tödlich für die Einzelzelle wären.

- Lysosomen: Primäre Lysosomen transportieren die abbauenden Enzyme entweder aus der Zelle heraus oder zu den Orten des innerzellulären Abbaus. Hier können die Enzyme nur wirksam werden, wenn sie aus den L. ins Zytoplasma übertreten oder die Substanzen in die sekundären L. gelangen. Diese intrazelluläre Verdauung wird vermutlich durch Verschmelzung der primären L. mit Bläschen möglich.
- Endoplasmatisches Retikulum(Endo = innen ,plasmatisch = im Plasma, Retikulum = das Netz):
Netzwerke und Kanäle, die an Membranen gebildet werden und dem Stofftransport dienen. Funktion: Synthese und Transport von Lipiden und Membranproteinen

Rauhes ER: ist allgemein weit ausgebreitet und ist auf der Außenseite mit in Proteinsynthese begriffenen Ribosomen übersät.

Glattes ER: trägt keine Ribosomen und hat als Hauptfunktion den Lipidstoffwechsel.

19. Was dürfte der Grund für die besondere Zellform der Neuronen sein ?

Die Nervenzelle unterscheidet sich durch die vielen Verästelungen (Dentriten), durch die Eigenschaft der Zellmembran (kann Signale erzeugen und weiterleiten) und die Existenz von Synapsen von anderen Zellen.

Darüber hinaus verfügt die Nervenzelle zusätzlich über sog. Neurofibrillen und Neurotubuli.

Der Grund für die besondere Form dürfte sein, daß die Nervenzelle somit über eine große Oberfläche die Signale von anderen Nerven aufnehmen kann. (???)

20) Worin besteht der funktionelle Unterschied zwischen Dendrit und Axon ?

Eine Nervenzelle besteht aus dem Soma (Zellkörper), einem Axon (Neurit) sowie vielen, stark verästelten Dendriten.

Die Funktion der Dendriten besteht darin, Signale von tausend anderen Nervenzellen aufzunehmen.

Sie stellen damit afferente Fasern dar.

Die Funktion des Axons besteht darin, das Nervensignal auf andere Nerven-, Muskel- oder Drüsenzellen zu übertragen und stellt somit eine efferente Faser dar.

21) Worin unterscheiden sich Nervenzellen von den sonstigen Körperzellen ?

- Zellform (viele Verästelungen)
- Eigenschaft der Membran (kann Signale erzeugen und weiterleiten)
- Existenz von Synapsen

22) Welche unterschiedliche Funktion kann man Dendriten und Axon bezüglich der Leitung von Erregung zuordnen ?

Dentriten leiten die Erregung zentralwärts (afferent).

Das Axon dagegen leitet die Erregung peripherwärts (efferent).

23) Was sind Kollaterale ?

Die Kollaterale sind Äste, die das Axon abgibt und die sich am Ende nochmals aufsplittern.

Axon und Kollaterale enden mit sog. Endknöpfen an der Synapse.

24) Welche Länge kann ein Axon im menschlichen Organismus maximal erreichen ?

Nennen Sie ein Beispiel, wo ein solch langes Axon „entspringen“ und wo es enden könnte !

Eine einzige Nervenzelle kann längs des Axons eine Ausdehnung von bis zu einem Meter haben.

Beispiel: Gehirn-Rückenmark

25) Welche beiden Gruppen von Gliazellen unterscheidet man im ZNS ?

Man unterscheidet zwischen Astroglia (Astrozyten) und Oligodendroglia.

26) Welche Funktion haben Glia-Zellen ?

Die Gliazellen dienen primär als Binde-und Stützgewebe für Nervenfasern und sind auch an der Ernährung der Neuronen beteiligt.

Die Oligodendrogliazellen bilden die Myelinscheiden der Nervenfasern aus.

Weitere Funktionen: - Schutz vor mechanischer Belastung

- Elektrische Isolation
- Hemmung des Axonwachstums

Die Astrogliazellen bilden ein Auffangbecken oder Reservoir für Kaliumionen, die aus Neuronen bei den Erregungsprozessen in das Interstitium (extrazelluläre Flüßigkeit) freigesetzt werden. Wegen ihrer Fähigkeit zur Teilung füllen sie auch neuronale Defekte aus.

Weitere Funktionen: - Stütz- und Ernährungsfunktion

- Verbindung Blut-Kapillaren < -- > Neuron
- Blut-Hirn-Schranke
- Aufnahme von Schadstoffen (z.B. abgestorbene Neuronen)
- Förderung des Neuronenwachstums

27) Wie lautet die richtige Bezeichnung für Neuroglia-Zellen im Peripheren Nervensystem ?

Dort werden sie als Schwannsche Zellen bezeichnet.

Bei einem Teil der Neuronen bilden die Schwannschen Zellen viele konzentrische Schichten um das Axon herum, die sog. Myelin- oder Markscheide. Entlang des Axons ist sie ca. alle 1,5 mm an den sog. Ranvierschen Schnürringen unterbrochen. Diesen markhaltigen (myelinisierten) Nervenfasern mit einer relativ hohen Leitungsgeschwindigkeit stehen die marklosen Nervenfasern mit einer geringeren Leitungsgeschwindigkeit gegenüber.

28) Was versteht man unter der Blut-Hirn-Schranke ?

Nennen Sie je einen Vor- und einen Nachteil dieser Schranke !

Astrozyten (Gliazellen) umgeben die Blutgefäße im Gehirn mit einer fetthaltigen Schutzschicht.

Vorteil: Schädigende Stoffe/Giftstoffe (nicht-fettlöslich) können diese Schicht nicht durchdringen.

Nachteil: Nützliche Stoffe (z.b. best. Medikamente) können nicht ins Gehirn gelangen.

29. Warum wird bei einer Hirnverletzung die Schädigung meist durch Gliazellen ersetzt und nicht durch Nervenzellen ?

Im Gegensatz zur Nervenzelle kann sich die Gliazelle teilen, d.h. nach einer Krankheit bzw. Verletzung können neue Gliazellen entstehen, bei der Nervenzelle sind lediglich zusätzliche Anpassungen möglich.

Die Gliazellen sind kleiner als Nervenzellen, sind jedoch im Gehirn 10x häufiger als Nervenzellen anzutreffen.

???

30. Bedeutung der Glia-Zellen beim Wachstum des Nervensystems ?

Die Gliazellen spielen eine entscheidende Rolle beim Wachstum des Nervensystems, weil sie mit der Aussendung von spezifischen Signalen dem wachsenden Nervenast mitteilen, wohin er wachsen soll.

31. Welche Funktion haben die Schwannschen Zellen und wo finden sie sich ?

Die Schwannschen Zellen, spezielle Gliazellen, bilden zum einen die Myelinscheiden der Nervenfasern im peripheren Nervensystem aus (markhaltige Fasern) oder umhüllen die Fasern einfach (marklose Fasern).

32. Wie kommt es zur Bildung der Myelinschicht ?

Die Schwannschen Zellen wickeln sich während ihres Wachstums mehrfach um das Axon herum. Zwischen Axon und Schwannscher Zelle bildet diese ein Lipoid-Protein-Gemisch aus, das Myelin.

33. Worin liegt die funktionelle Bedeutung der Myelinschicht ?

Die Myelinschicht ermöglicht die saltatorische Erregungsleitung, durch die die Leitgeschwindigkeit im Vergleich zur unmyelinisierten Faser erhöht wird.

Je dicker die Myelinschicht ist, desto besser ist die Faser isoliert und kann schneller leiten.

34. Warum bezeichnet man die Multiple Sklerose als eine Entmarkungserkrankung und welche Störungen kann eine solche „Entmarkung“ nach sich ziehen ?

Man bezeichnet die Multiple Sklerose als Entmarkungserkrankung, da sich die Markscheiden (weiße Substanz) herdförmig ( Plaques) auflösen und dadurch die Leitungsgeschwindigkeit verzögert wird.

Eine Zurückbildung der Herde ist möglich. Meist kommt es zur Narbenbildung ---> Sklerose (sklera = Narbe).

Mögliche Störungen sind Augenmuskellähmungen, zentrale Paresen (schwere Lähmungen z.B. Bewegungsstörungen) und Sensibilitätsstörungen (Pelzigkeit, Kribbeln).

35. Als eine der Entstehungmöglichkeiten bei der Multiplen Sklerose wird ein Autoimmundefekt diskutiert. Bitte führen Sie kurz aus, was man allgemein unter einer Autoimmunkrankheit versteht !

Wenn das Immunsystem nicht zwischen fremden und eigenen Stoffen unterscheiden kann, kommt es zu einer Autoimmunerkrankung, bei denen der Organismus Antikörper gegen körpereigene Proteine bildet.

Bei der Multiplen Sklerose wird das Myelin möglicherweise vom Immunsystem des Körpers zerstört.

36. Wieso kann bei Neugeborenen und Kleinkindern eine Unterernährung, insbesondere ein Mangel an Fetten zu Entwicklungsstörungen des Nervensystems führen ?

Es wird keine ausreichende Myelinschicht ausgebildet.

37. Geben Sie eine andere Bezeichnung für „markhaltige“ Fasern !

Markhaltige Fasern kann man auch als myelinisierte Fasern bezeichnen.

38. Beschreiben Sie drei wichtige Funktionen der Zellmembran !

1. Aufrechterhaltung eines elektrischen Potential im Zellinnern (= Ruhepotential) durch die Natrium-Kalium-Pumpe, die praktisch an allen Plasmamembranen der Zelle Natrium aus der Zelle und Kalium in die Zelle schafft. Sie bewirkt dadurch, daß die interzelluläre Natriumkonzentration gering, die der Kalium-Ionen aber sehr hoch bleibt.
2. Weiterleitung von Impulsen - Beschreibung ???
3. Sensibilisierung bestimmter Neuronen für spezifische Transmitter bzw. Neuromodulatoren - Beschreibung ??

39. Beschreiben Sie den Aufbau der Zellmembran !

Die Zellmembran besteht aus zwei Schichten fetthaltiger Moleküle (Lipide), die nach außen hydrophil und nach innen hydrophob sind. In die Molekülstruktiur eingebettet sind Proteine, die verschiedene Substanzen durch die Membran transportieren (= carrier), d.h. sie nehmen das Molekül an der einen Grenzfläche auf und bewegen sich dann zur anderen Membranseite, um dort das Molekül zu entlassen. Durch die Aminosäurezusammensetzung besitzen diese Proteinmoleküle hydrophile und hydophobe Stellen, die Voraussetzung für eine Lipiddurchquerung sind. Für die Natrium- und Kaliumkanäle wird angenommen, daß es sich um von Proteinmolekülen gebildete Poren handelt, welche die Membran „durchtunneln“. Für Kalium- und Natriumionen gibt es jeweils eigene Poren.

40. Wieso kommt es spontan zur Bildung einer Doppelschicht durch die Membranmoleküle ?

Lipide haben im allgemeinen die Eigenschaft, daß ein Teil des Moleküls wasserlöslich, der andere Teil wasserunlöslich ist. Bringt man z.B. einen Tropfen diese Lipids auf eine Wasseroberfläche, so breiten sich die Moleküle zu einem monomolekularen Film auf dem Wasser aus, der wasserunlösliche Teil nach oben, der wasserlösliche Teil nach unten. Innerhalb des Wassers kommt es dagegen zur Bildung eines bimolekularen Films, im die hydrophilen Teile Kontakt zu den Wassermolekülen haben.

41. Nennen sie drei Typen von Membran-Protein-Molekülen mit ihrer Funktion !

- Pumpenproteine: Sie transportieren Ionen und Moleküle entgegen dem Konzentrationsgefälle durch die Membran.
- Kanalproteine: Sie ermöglichen Ionen und Molekülen den Durchtritt durch die für sie normalerweise undurchlässigen Membran.
- Rezeptorproteine: Sie reagieren mit Molekülen (z.B. Hormone, Neurotransmitter), die das Verhalten der Zelle beeinflussen.
- Enzyme: Sie beeinflussen katalytisch chemische Reaktionen an oder in der Membran
- Strukturproteine: Sie verbinden die Zellen untereinander und halten die Struktur der Membran aufrecht.

Es können auch mehrere dieser Aufgaben von einem Molekül erfüllt werden.

42. Wieso können fettlösliche Stoffe die Zellmembran passieren ? Nennen sie ein Beispiel für einen solchen Stoff !

Fettlösliche Stoffe sind in der aus Lipiden bestehenden Zellmembran löslich und können daher durch diese diffundieren.

Beispiel: Fettsäuren, Sauerstoff, Alkohol

43. Nervenzellen haben eine bestimmte elektrische Spannung. Wie kommt diese elektrische Spannung zustande ?

An der Membran von Nervenzellen ist ein sog. Ruhepotential meßbar.

Ursache hierfür ist die ungleiche Ionenverteilung zwischen der intrazellulären und der extrazellulären Flüßigkeit.

1.Durch aktiven Transport wird im Verhältnis 3:2 laufend Na+ aus der Zelle und K+ in die Zelle gepumpt, so daß im Zellinneren die Kaliumkonzentration rund 35mal höher, die Natriumkonzentration ca. 20mal niedriger als außen ist (Natrium-Kalium-Pumpe).
2. Die Zellmembran der ruhenden Zelle ist für Natrium-Ionen wenig durchlässig, so daß der Konzentrationsunterschied durch passive Rückdiffusion nicht gleich wieder aufgehoben werden kann.

Die Membran ist unter Ruhebedingungen für Kalium-Ionen dagegen relativ gut permeabel, so daß wegen des hohen Konzentrationsunterschieds die Kalium-Ionen von innen nach außen diffundieren.

Schon die Diffusion von wenig Kalium-Ionen führt aufgrund der positiven Ladung von K+ zu einer Ladungsverzerrung (Zellinnere negativ - Zelläußere positiv) an der Membran (Diffusionspotential).

Dieses steigt so lange an, bis der weitere K+-Ausstrom durch das steigende Potential verhindert wird.

3. Da die Zellmembran auch für Clorid-Ionen (CL-) relativ gut permeabel ist, treibt das steigende Potential das Clorid aus der Zelle hinaus.

Die Zellmembran ist für negativ geladene Eiweißmoleküle (Anionen) undurchlässig, so daß der Konzentrationsunterschied durch deren Ausstrom nicht verringert werden kann.

4. Schließlich stellt sich das Ruhepotential ein.

Das negative Ruhepotential der Zelle kann daher als Folge der hohen intrazellulären Konzentration an nicht permeablen intrazellulären Anionen angesehen werden.

44. Das Ruhepotential ist bei Nervenzellen immer negativ und hat für die einzelenen Zelltypen eine charakteristische, konstante Größe. In welchem Bereich liegt ungefähr das Ruhepotential beim Menschen ?

Das Ruhepotential liegt bei - 70mV.

45. Was sind Ionen ?

Ionen sind elektrisch geladene Stoffteilchen.

46. Was würde passieren, wenn zuviel Natrium-Ionen ins Zellinnere wandern würden ?

Die Zelle würde platzen.

47. Wodurch wird das negative Ruhepotential im Zellinneren trotz eines kontinuierlichen Einstroms von Natrium-Ionen dennoch aufrecherhalten ?

Das negative Ruhepotential wird durch die hohe Konzentration an negativ geladenen nicht permeablen Anionen aufrechterhalten.

48. Wieso kann die Aufzeichnung der Nervenleitgeschwindigkeit zur Diagnose der Multiplen Sklerose dienen ?

Wenn man keine oder nur eine geringe Nervenleitgeschwindigkeit feststelt, weist das auf eine Entmarkung und damit auf MS hin, da sich die Markscheiden herdförmig ablösen und somit keine Nervenleitung mehr möglich ist.

49. Aus welchen kleineren Molekülen sind Proteine aufgebaut ?

Proteine bestehen aus mehr als 50 Aminosäuren-Molekülen (bis zu mehreren Tausend Moleküle).

Sie sind die Basiselemente der Nervenzelle und besitzen im allgemeinen eine dreidimensionale räumliche Struktur.

50. Was ist die Funktion von Enzymen ?

Enzyme beschleunigen die Reaktionsgeschwindigkeit.

51. Welche Ionen sind beim Ruhepotential beteiligt ?

Kaliumionen, Natriumionen, Clorid und Eiweißanionen.

52. Welche zwei Arten von „Kräften“ wirken auf die Ionen ?

Auf die Ionen wirkt zum einen die osmotische Kraft, da ein Konzentrationsunterschied zwischen dem Zellinneren und dem Zelläußeren besteht.

Osmose ist der Übergang des Lösungsmittels (z.B. Wasser) einer Lösung in eine stärker konzentrierte Lösung durch eine feinporige (semipermeable) Scheidewand (Membran), die zwar für das Lösungsmittel selbst, nicht aber für den gelösten Stoff durchlässig ist.

Zum anderen wirkt auf die Ionen eine elektrische Kraft, da die positiv geladenen Kaliumionen im negativ geladenen Zellinneren angezogen werden und die positiv geladenen Natriumionen im positiv geladenen Zelläußeren abgestoßen werden (unterschiedliche Spannung zieht sich an, gleiche Spannung stößt sich ab !).

53. Erklären Sie die Aufgabe der K-Na-Pumpe !

Die ATPase (= K-Na-Pumpe) ist ein Eiweißmolekül, welches zwar die Basis des Neuron darstellt, jedoch in fast allen Zelltypen des Körpers anzutreffen ist.

In der Lipiddoppelschicht der Plasmamembran werden in einem Pumpzyklus 3 Na+ Ionen gegen den Konzentrationsgradienten und Potentialgradienten aus der Zelle entfernt und 2 K+ Ionen aufgenommen.

Dabei wird 1 ATP in ADP und Phosphat P gespalten.

Genauer Mechanismus der Na-K-Pumpe:

1. Durch die Anlagerung von Na+ an das Trägermolekül Y wird die positive Ladung von Natrium neutralisiert. Der Diffusion dieser Verbindung durch die Membran steht ein geringerer Widerstand entgegen als der Diffusion des positiv geladenen Natriums, so daß der Na-Y-Komplex durch die Zellmembran nach außen wandert und dort zerfällt. => Die Konzentration von Na-Y bleibt außen klein, so daß der Ausstrom von Na-Y begünstigt ist.
2. In Gegenwart eines Enyms wird das Molekül Y in das Molekül X umgewandelt, welches die Eigenschaft hat, K+Ionen anzulagern. Es bildet sich ein K-X-Komplex, welcher entlang des Konzentrationsgradienten (außen viel K-X) durch die Zellmembran ins Zellinnere. Dort zerfällt K-X in K+ und X.
3. Unter Energieaufwand wird X in Gegenwart von ATP wieder in Y umgewandelt.

54. Erläutern Sie den Unterschied zwischen dem aktiven und passiven Ionentransport durch die Zellmembran !

Der aktive Ionentransport funktioniert auch gegen Konzentrations- und Potentialgefälle, wobei der Transport meistens nur unter Energieaufwand abläuft.

Möglich wird dieser Transport durch folgende Membranproteine:

- Ligandengesteuerte Kanäle: Ein Ligand (kleines Molekül z.B. Psychopharmaka) gliedert sich an die Membran an und Eigenschaften, die diese durchlässig machen.
- Pumpenprotein: Ka-N-Pumpe spaltet 1 ATP in 1 ADP + Phospat
- Spannungssensitiver Kanal: Änderung des Membranpotentials
- Mechanosensitiver Kanal: Mechanische Dehnung

Der passive Ionentransport funktioniert nur mit Konzentrations- und Potentialgefälle und verläuft immer ohne Energieaufwand.

Durch die Membranen verläuft der passive Stofftransport durch Diffusion auf zwei Wegen:

1. Direkt durch die Plasmamembran diffundieren Stoffe, die sowohl wasser- wie auch fettlöslich (z.B. Fettsäuren) sind, oder Stoffe, die durch Bindung an ein Trägermolekül (Carrier-Molekül) fettlöslich gemacht werden (z.B. Glucose).
2. Durch Poren ( = Kanäle) der Membranen diffundieren Ionen, Zucker, Aminosäuren, Nucleotide. Die Poren werden von in die Membranen eingelagerten Transportproteinen gebildet. Die Diffusion hängt von der Dichte der Kanäle sowie dem Zustand der Kanäle (offen/zu) ab.

Die Permeabilität für K+ ist z.B. ca 60mal höher als für Na+, da ca. 60mal mehr passive K+ Kanäle als Na+ Kanäle existieren.

Durch das Zytoplasma verlaufen ausgedehnte Membransysteme, wie das ER oder der Golgi-Apparat, durch die der Stofftransport in der Zelle abläuft.

55. Erklären Sie die elektrotonische Erregungsleitung und den Unterschied zum fortgeleiteten Aktionspotential !

Ein einmal ausgelöstes AP ist mit einem kurzzeitigen Na+ Einstrom verbunden. Es fließt also durch einen ligandengesteuerten Kanal Ionen ins Innere der Nervenzelle. Das Potential von -70mV wird dadurch depolarisiert ( -50mV). Dieser Ladungsunterschied zu den benachbarten Membranabschnitten führt zu einem Ladungsausgleich, wobei die durch die Entfernung negativer Ladung entstandenen Lücken sofort von benachbarten Ionen aufgefüllt werden. Die Lücke pflanzt sich auf diese Weise mit hoher Geschwindigkeit entlang der Zellmembran fort, ist jedoch dabei sehr verlustreich.

Im Gegensatz zum AP kommt es nicht zu einem deutlichen Ionenstrom durch die Zellmembran.

Die Weiterleitung des AP ist wesentlich langsamer, jedoch verlustärmer, so daß Signale über eine weitere Strecke hinweg übermittelt werden können.

56. An welchen Zellabschnitten findet primär elektrotonische Leitung statt ?

Die elektrotonische Leitung findet primär in der Myelinschicht statt und hat somit keinen Kontakt zur extrazellulären Flüßigkeit.

57. Was versteht man unter Hyperpolarisation und Depolarisation ?

Hyperpolarisation: Die Spannung ist geringer als das Ruhepotential

Depolarisation: Die Spannung verschiebt sich in Richung positivere Werte (z.B. von -70mV auf -60mV)

58.Was versteht man unter einem spannungssensitiven Kanal ?

Ein spannungssensitiver Kanal durch die Membran entsteht, wenn das Membranpotential geändert wird.

Ein aktiver Ionentransport wird dadurch ermöglicht.

59. Was versteht man unter der relativen Refraktärphase beim Aktionspotential und welchen Effekt hat sie ?

Die Refraktärphase beim AP setzt sich aus der absoluten und der relativen Refraktärphase zusammen.

Die absolute R.PH. ist die Phase der völligen Unerregbarkeit der Zelle und entspricht der Dauer des depolarisierten Zustands.

Die relative R.PH. ist die Zeit, bis sich die Schwelle, ab der ein AP einsetzt, wieder vom höheren Niveau auf ihren normalen Wert von -70mV eingestellt hat (Dauer der Hyperpolarisation).

Der Effekt der Refraktärphase ist die Begrenzung der maximalen Frequenz des AP in einer Zelle, damit bei andauerndem Spannungsabfall keine größeren, gefährlichen Ionenverschiebungen eintreten können. Außerdem verhindert die Refraktärzone eine Erregungausbreitung nach rückwärts.

60. Was versteht man unter Repolarisation ?

Während der Repolarisationsphase wird das Ruhemembranpotential wiederaufgebaut.

61. Beschreiben Sie die einzelnen Phasen eines Aktionspotentials !

Wird eine erregbare Zelle, also eine Nerven- oder Muskelzelle, stark genug gereizt, kommt es zu einem sog. Aktionspotential:

Durch den Reiz wird das negative Ruhemembranpotential in Richtung 0 mV verringert (Depolarisation), wobei bald ein kritischer Wert, das sog. Schwellenpotential erreicht wird.Wird diese Schwelle überschritten, öffnen sich die Na+ Tore und die Permeabilität der Membran für Natriumionen steigt auf das 500-fache, d.h. Natrium strömt lawinenartig ein. Es stellt sich das Natrium+ Gleichgewichtspotential von 40-50 mV ein.

Diejenigen wenigen Kaliumkanäle, die im Ruhezustand geschlossen sind (spannungssensitive Kanäle) öffnen sich und Kalium strömt vermehrt aus.

Die Na+ Tore werden schnell wieder geschlossen, die K-Na-Pumpe arbeitet.

Die K+ Tore bleiben etwas länger offen, es strömt mehr Kalium aus, also wird das Zellinnere negativer, es kommt zur Hyperpolarisation.

Die K+ Kanäle schließen sich wieder , der Ausgangszustand ist wiederhergestellt (Repolarisation).

62. Welche Zellen nennt man erregbar ?

Zellen, an deren Membran Aktionspotentiale ausgebildet werden können = Nervenzellen, Muskelzellen.

63. Was versteht man unter einem „Alles-oder-Nichts“Gesetz bei der Erregungsleitung ?

Dieses Gesetz besagt, daß unabhängig davon, wie stark oder schwach ein Nerz gereizt wurde, das AP hinsichtlich Amplitude und Dauer gleich verläuft, wenn es nur einmal ausgelöst wurde.

Ein Reiz löst bei einer Nervenzelle entweder kein AP oder ein maximales AP aus.

64. Was geschieht bei der Saltatorischen Erregungsleitung an den Ranvierschen Schnürringen ?

Die Ranvierschen Schnürringe sind die nicht myelinisierten Stellen des Axons. Hier kann ein Na+ Einstrom durch die Membran stattfinden und damit ein Aktionspotential ausgelöst werden, das sprunghaft (saltatorisch) von Schnürring zu Schnürring weitergeleitet wird. Die Länge eines Sprungs ist dadurch begrenzt, daß der Ausgleichsstrom mit wachsender Entfernung immer schwächer wird. Bevor er unterschwellig wird, muß das AP-Signal am unisolierten Schnürring wieder „aufgefrischt“ werden, wobei ein Zeitverlust (0,1 ms) in Kauf genommen werden muß.

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