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Neurotransmitter

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Neurotransmitter Powered By Docstoc
					G-Block: Genetische Methoden der Sinnesphysiologie
Dozenten:    Prof. Dr. Störtkuhl / Dr. Richardt
Referent:    Darius Harwardt
17.09.2009




                            Neurotransmitter
                  Inhalt
• Elektrische und chemische Synapsen
• Signalweiterleitung durch
  Neurotransmitter
• Acetylcholin
• Biogene Amine
• Aminosäuren als Neurotransmitter
• Gasförmige Neurotransmitter
         Neuronale Signalübertragung
• Elektrische Signalübertragung entlang
  von Axonen

• Kettenreaktion entlang der
  Membranbereiche


• Sonderfall: Synapsenverbindung

  - Zwei Neuronen

  - Motoneuron und Muskel

  - sens. Rezeptorzellen und Neuronen

  - Neuronen und Drüsenzellen
                            Bild: http://www.morphonix.com/software/education/science/brain/game/specimens/neuron_parts.html
             Elektrische Synapsen
• Direkter Übergang des
  Aktionspotentials durch Gap
  Junctions (kanalbildene
  Proteinkomplexe)

• Schnelle Signalübertragung für
  stereotype, synchrone
  Bewegungen (Herzmuskel) oder
  Fluchtreflexe

• Chemische Synapsen jedoch
  weitaus häufiger als elektrische
  Synapsen
                             Bild: http://www.colorado.edu/intphys/Class/IPHY3730/image/figure3-6.jpg
               Chemische Synapse
• AP führt zu Depolarisation

• Calcium-Einstrom über
  spannungsabhängige
  Calciumkanäle

• Calcium-Ionen: Exocytose
  der synaptischen Vesikel

• Ausschüttung von
  Neurotransmittern

• Diffusion der
  Neurotransmitter an
  postsynaptische Membran
                               Bild: Campbell / Reece: Biologie, 4. Auflage 2006
      Ligandengesteuerte Rezeptoren

• Öffnen der Ionenkanäle und
  Einstrom bestimmter Ionen
  durch postsynaptische
  Membran

• Ligandengesteuerte / ionotrope
  Rezeptoren: Schnelle Reaktion

• De- oder Hyperpolarisation der
  postsynaptischen Zelle

• Enzymatischer Abbau der
  Neurotransmitter
        G-Protein gesteuerte Rezeptoren
                                                   Präsynaptische Membran

• Induktion einer Signalkaskade,         Neurotransmitter
  welche den Ionenkanal öffnet und
  De- oder Hyperpolarisation bewirkt

• Regulation und Amplifikation über
  Signalkaskade / metabotrop                    G-          Postsyn.
                                              Protein       Membran

• Wesentlich langsamer und                                     Ionenkanal
  variabler als direkte
  Signalweiterleitung, nicht eindeutig
  hemmend oder erregend
                                                Signalkaskade
Neurotransmitter: Beispiele




              Bild: http://biotech.stofair.se/common/archive/images/26080.gif
                       Acetylcholin
• Neurotransmitter synthetisiert aus
  Acetyl-CoA und Cholin

• Enzymatische Synthese in Endigungen
  der präsynaptischen Axone (Cholin-
  Acetyltransferase frei im Cytoplasma der
  entsprechenden Nervenendigungen)

• Reaktion mit verschiedenen
  postsynaptischen Rezeptoren

• Zwei Haupttypen von Rezeptoren


                              Bilder: Stryer, Lubert: Biochemie, 1994 S. 1053; www.chemgapedia.de
                          Acetylcholin
• Nikotinischer Rezeptor: Ionotrop (direkte
  Steuerung des Natrium-Kalium-Kanals)

• z.B. In Skelettmuskulatur
  (Excitatorischer Wirkung von Acetylcholin)

• Muscarinischer Rezeptor: Metabotrop,
  Signalkaskade über G-Protein / Second
  Messenger

• Muscarinischer Rezeptor wirkt z.B. im
  Herzmuskel inhibierend durch K+-Ausstrom,
  Verminderung von Stärke und Frequenz

• Excitatorische Wirkung z.B. in den
  Speicheldrüsen, zahlreiche Funktionen im Gehirn


                               Bild: http://www.ferienhaus-baumann.de/incentive-hp/biochemie/bilder/!abb67.gif
                                    Acetylcholin
• Acetylcholinesterase katalysiert den Abbau von
  Acetylcholin zu Cholin und Acetat (Essigsäure)

• Hemmstoffe dieses Enzymes können als
  Medikament oder Gift eingesetzt werden

• Andere bekannte Gifte (wie Curare) wirken auf
  den Acetylcholinrezeptor (Inhibierung)

• Das Gift der Hornisse ist v.a. wegen der sehr
  hohen Acetylcholinkonzentration sehr
  schmerzhaft

• Acetylcholinmangel wird u.a. als Ursache für
  Alzheimer vermutet, auch Depressionen oder
  Manie können damit zusammenhängen
           Bilder: http://de.wikipedia.org/wiki/Hornissengift; http://webs.wichita.edu/anthropology/faculty/robarchek/darts.JPG
      Biogene Amine (Monoamine)
• Heterogene Gruppe von Stoffen, die durch Decarboxylierung
  von Aminosäuren entstehen

• Beispiel Adrenalin und Noradrenalin

• Beispiel Serotonin und Dopamin

• Doppelfunktionen: Neurotransmitter und Hormon

• Wirken häufig im ZNS, Rezeptoren fast immer
  G-Protein gekoppelt
         Adrenalin und Noradrenalin
• Synthese aus Tyrosin

• Noradrenalin: Wirkung im Gehirn und im autonomen Bereich des PNS

• Noradrenalin: Exitatorische Wirkung sowohl
  im Gehirn (Aufmerksamkeit, Wachgefühl) als
  auch im PNS (Herzfrequenz, Blutdruck,
  „Kampf-oder-Flucht“-Reaktion)

• Adrenalin: Hauptfunktion als Hormon.
  Als Neurotransmitter wirkt es in Teilbereichen
  des Gehirnes (vermutlich Blutdruckregulation)

• Bildung durch Methylierung von Noradrenalin


                                                           Bild: www.wikipedia.de
               Dopamin und Serotonin
•   Dopamin : Synthese aus Tyrosin

•   Dopamin: Wichtige Funktionen im ZNS (Bewegungs- u.
    Verhaltensplanung, Gedächtnis, Gefühl) >
    G-Protein gesteuerter Rezeptor

•   Serotonin: Synthese aus Tryptophan

•   Wichtigste Funktionen im ZNS: Schlaf, Thermoregulation,
    Blutdruck, „Glücksgefühl“

•   Äußert vielfältige Funktionen (auch außerhalb des ZNS),
    verschiedene Rezeptoren, wichtigster Rezeptor auch G-
    Protein-gekoppelt

•   Halluzinogene wie etwa LSD wirken auf Serotonin-
    Rezeptoren

                                            Bild: http://www.zum.de/Faecher/Materialien/beck/12/bs12-32.htm
    Aminosäuren als Neurotransmitter
• Gamma-Aminobuttersäure (GABA): Synthese aus Glutamat

• Wichtigster inhibitorischer Transmitter, wichtigster Rezeptor
  (Gaba-a) öffnet Chloridkanäle, Vorkommen u.a. im ZNS

• Zur Linderung z.B. von epileptischen Anfällen; in Schlaf- oder
  Beruhigungsmitteln

• Alkohol bindet an einen GABA-Rezeptor (beruhigende
  Wirkung)

• Aminosäure Glycin ebenfalls primär hemmend
  (Chlorid-Kanäle), wirkt etwa bei Regulation von
  Bewegungsabläufen
     Aminosäuren als Neurotransmitter
• Glutamat (Vorstufe der hemmenden GABA)
  führt selbst zur Erregung, einer der
  wichtigsten Neurotransmitter im ZNS

• Verschiedene ionotrope Glutamat-
  Rezeptoren (AMPA, NMDA, Kainat-),
  zusätzlich auch G-Protein-gekoppelte
  Rezeptoren

• Aspartat: Erregender Transmitter
  über NMDA-Rezeptoren

• Glutamat und Aspartat erregende
  Transmitter in ca. der Hälfte aller Neuronen
  des ZNS
                       Bild: http://www.uni-kl.de/FB-Biologie/AG-Friauf/seminar/link5/bilder/Folie14.png
         Aminosäureketten / Neuropeptide

• Beispiel: Endorphine (endogene Morphine)
  binden an sog. Opiatrezeptoren (hauptsächlich
  im ZNS)

• Regulieren Hungerempfinden, Atmung,
  „Glücksgefühle“, Wirkung v.a. als Analgetikum
  relevant (natürliche Schmerzmittel)

• Morphium und Heroin ähneln den Endorphinen
  strukturell und binden an deren Rezeptoren

• Endorphine interagieren stimulierend mit dem
  Neurotransmitter Dopamin (erhöhte
  Ausschüttung in synaptischen Spalt)
                             http://www.launc.tased.edu.au/online/sciences/agsci/alkalo/molecul/Morphin.gif
                             http://www.zum.de/Faecher/Materialien/beck/12/bs12-32.htm
       Gasförmige Neurotransmitter
• NO relaxiert glatte Muskelzellen und erweitert
  Blutgefäße

• Etwa bei sexuellen Erregung notwendig:
  Viagra inhibiert ein NO-hemmendes Enzym

• Wirkung von Nitroglyerin zur Behandlung von
  Angina Pectoris : Funktion als NO-Donor

• NO-Ausschüttung in Blutgefäßen kann durch Acetylcholin stimuliert
  werden

• Gasförmige Transmitter können nicht in Vesikeln gespeichert
  werden: Synthese der Transmitter bei Bedarf und sofortiger Abbau
  nach Wirkung
Vielen Dank für die
 Aufmerksamkeit
                                              Literatur
•   Campbell, Neill A. u. Reece, Jane B:: Biologie, Heidelberg [u.a.] 2003
•   Kretschmann, Hans-Joachim [u.a.]: Klinische Neuroanatomie und kranielle Bilddiagnostik,
    Stuttgart [u.a.] 2007.
•   Stryer, Lubert: Biochemie, Heidelberg [u.a.] 1994
•   Zalpour, Christoph [Hg.]: Anatomie. Physiologie, München [u.a.] 2006




    Straube, Andreas: Stickstoffoxid (NO), ein Neurotransmitter mit vielen Gesichtern, Münster
    2003 (in: http://www.medizinfo.de/schmerz/berichte/kongress2003/stickstoff.shtml)
•   http://de.brainexplorer.org/neurological_control/Neurological_Neurotransmitters.shtml
•   http://www.zum.de/Faecher/Materialien/beck/12/bs12-32.htm
•   www.wikipedia.de
•   www.chemgapedia.de
•   http://www.sinnesphysiologie.de/trans/transin.htm
•   http://www.angst-depressionen.com/Orthomolekulare_Medizin/Neurotransmitter/Neurotransmitter_Nervensystem.html
         Definition Neurotransmitter
• Substanz kommt in den präsynaptischen Endknöpfchen
  vor

• Enzyme zur Synthese kommen in der präsynaptischen
  Zelle vor

• Substanz wird in Reaktion auf ein AP aus der
  präsynaptischen Zelle ausgeschüttet

• Es existieren spezifische Rezeptoren an der
  postsynaptischen Membran

• Mikroinjektion der Substanz in synaptischen Spalt muss
  gleiche Reaktion wie Erregung präsynaptischer
  Nervenzelle hervorrufen

• Blockade der Substanz verhindert Veränderung der
  postsynaptischen Potentials
                                        Bild: http://biotech.stofair.se/common/archive/images/26080.gif
                                 Fazit
• Chemische Signalübertragung: Regulationselemente
  und Signalkaskaden


• Spezifische Rezeptorenbindung und –reaktion


• Unterschiedliche Effekte des gleichen Neurotransmitters
  abhängig vom Zelltyp / Rezeptor


• Verschiedene Substanzen können ähnliche Wirkungen
  auslösen

• Drogenwirkung häufig durch Beeinflussung von
  Neurotransmittern / Rezeptoren

• Wissen um Wirkungsweisen kann medizinisch genutzt
  werden

				
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