Biologie - Neurobiologie, Stoffwechsel und Verhalten (Fach) / Neuro Altklausuren (Lektion)

Zusammenfassung von Altklausuren

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• In welchen Zusammenhängen ist eine schnelle Fortleitung neuronaler Erregung biologisch sinnvoll oder lebenswichtig, und durch welche Mechanismen können Neurone eine schnelle Erregungsleitung bewerkstelligen? Nennen Sie jeweils Beispiele für Wirbellos - Vergrößerung Axondurchmesser: Wirbellos: Tintenfisch - Myelinisierung → Wirbellos: Regenwurm; Wirbeltier: Mensch - elektrische Synapsen - geringe Anzahl von Synapsen in der Reflexbahn: Wirbellos: Regenwurm - z.B. Fluchtreaktionen
• Beschreiben Sie die wichtigsten Vorgänge bei der Kontraktion von Muskeln unter der Kontrolle des Nervensystems (von der präsynaptischen Erregung des Motoneurons bis zur Muskelkontraktion). - präsynaptische Erregung --> Transmitter freigesetzt --> bindet an entsprechenden Rezeptormoleküle auf der postsynaptischen Muskelmembran - Bildung eines EPSP und Auslösung eines Muskel-APs, welches sich vom Ort der neuromuskulären Synapse über die Muskelmembran bis ins T-System ausbreitet - dort spannungsabhängige Aktivierung von Molekülen, die in Kontakt zu spannungsabhängigen Calciumkanälen des sarkosplasmatischen Retikulums stehen - Freisetzung von Calcium des SR, welche nun am Tropomyosin-Troponin-Komplex auf den Actinmolekül der Freigabe der Bindungsstelle für den Myosinkopf bewirken - Actomyosinbindung und Beginn des Querbrückenzyklus (unter Beteiligung von ATP und Magnesium) - Querbrückenzyklus: Actinfilamente gleiten zwischen die Myosinmoleküle und bilden Querbrücken, die immer wieder zyklisch geknüpft und gelöst werden --> dabei Verkürzung der Sarkomerlänge und damit Länge des gesamten Muskels
• Chemische und elektrische Synapsen a) Durch was kennzeichnen sich elektrische und chemische Synapsen? b) Nennen Sie Beispiele für das Vorkommen chemischer und elektrischer Synapsen. c) Vor- und Nachteil chemischer und elektrischer Synapsen? - chemische Synapsen: Übertragung durch chemische Signale, durch Ausschüttung von Neurotransmitter, modulierbar, langsam, Beispiel bei Gedächtnis - elektrische Synapsen: APs werden direkt von Zelle zu Zelle geleitet, gap-junctions, schnell, nicht modulierbar, Beispiel Herzmuskel
• Wir können kein bläuliches Gelb, kein gelbliches Blau, kein rötliches Grün und kein grünliches Rot wahrnehmen. a) Welche Theorie erklärt diese Tatsache? b) Auf welchen Ebenen der visuellen Verarbeitung findet man die der Theorie zugrunde liegende a) Gegenfarbtheorie b) Neuronen c) Skizze siehe Praktikumsaufzeichnung Seite 7 d) Lab-Farbraum
• Erläutern Sie die Veränderungen der Ionenleitfähigkeiten während eines Aktionspotentials. Wie messen Sie diese Veränderungen und wie stellen Sie fest, welches Ion beteiligt ist? --> gesamtes AP erklären - Natriumeinstrom --> Depolarisation --> Membranportential steigt fast bis auf Natrium-Gleichgewichtspotential --> Zeitlich versetzte Öffnung von Kaliumkanälen --> Kaliumausstrom --> Repolarisation --> schnelle Schließung der Natriumkanäle und langsame Schließung der Kaliumkanäle --> Nachhyperpolarisation --> Natrium/Kalium-Pumpe bringt Membranpotential wieder auf Ruhepotential - Feststellen durch Gifte: TTX blockiert Natriumkanäle, TEA blockiert Kaliumkanäle - Veränderungen der Ionenleitfähigkeiten werden durch Messung des Umkehrpotentials gemessen
• Was ist Adaptation und welche Mechanismen liegen ihr zugrunde? Welche biologische Funktion übernimmt Adaptation? - abnehmende Reaktion der Neuronen auf anhaltende Reize - weiterhin empfindlich, Ausschaltung von „unnützen“ Reizen
• Mit welcher Methode und mit welchen Ergebnissen haben Hodgkin und Huxley die Ströme des Aktionspotentials im Tintenfischaxon beschrieben? - intrazelluläre Ableitung des Riesenaxons - zeigten Spannungsverlauf - die dem Aktionspotential zugrunde liegenden Ströme und Leitfähigkeitsänderungen der Membran ionenspezifisch - entwickeln Voltage-Clamp-Technik --> kontrollierte Anwendung von Testspannungen zur genauen quantitativen Charakterisierung der Ionenströme sowie ihrer Zeitverläufe - Ionen fließen passiv nach elektromotorischer Kraft
• Welche visuelle Illusion ist beim Herrmann'schen Gitter zu sehen und worauf beruht diese? - gegenseitige laterale Inhibition der Gegenfarbenneuronen
• Nennen Sie 3 Transmitter und die Eigenschaften ihrer Rezeptoren (Ionenströme, postsynaptisches Potential). Einer der drei Rezeptoren soll ein metabotroper Rezeptor sein. (auch Ort und Funktion) - Transmitter: Acetylcholin, Rezeptor: Muskarinsäure (metabotrop), in Neuromuskulatur d. Wirbeltiere - Transmitter: Glutamat, Rezeptor: NMDA (ionotrop), in Neuromuskulatur der Wirbellosen - Transmitter: GABA, Rezeptoren: GABAa (ionotroph) und GABAb (metabotrop) - Insulin, Dopamin in Gehirnneuronen
• Nennen Sie die Regionen im Gehirn des Menschen, die für folgende kognitive Vorgänge vor allem zuständig sind: bewusstwerdendes Sehen, Sprache verstehen, Wahrnehmung einer mechanischen Stimulation der Körperoberfläche. (Wenn Sie die anatomischen Begri - bewusstwerdendes Sehen: visueller Kortex - Sprache verstehen: Sprachzentrum - mechanische Stimulation der Körperoberfläche: sensorischer KOrtex
• Erläutern Sie den Zusammenhang zwischen Kennlinie eines Rezeptors und der psychophysischen Grundfunktion (Weber-Fechner-Regel). (3 P.) - beschreibt den quantitiativen Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße eines Systems (Reizintensität gegen Amplitude des Rezeptorpotentials aufgetragen) - meist Amplitude des Rezeptorpotentials protportional zum Logarithmus der Reizintensität - dynamischer Bereich: Reizintensitätsbereich, in dem ein Rezeptor ohne den Sättigungsbereich zu erreichen, mit Frequenzmodulation antworten kann - Sinneszellen reagieren auf spezifische physikalische Reize --> wandeln diese in elektrochemische Energie um (Transduktion) - Erzeugung eines graduierten Rezeptorpotentials (Amplitudenmodulation), lokale Verädnerung des Membranpootentials, passive Ausbreitung über Sinneszelle (Reizintensität und zeitlicher Verlauf in Dauer und Amplitude des Potentials kodiert) - Rezeptorpotential kann AP-Salve auslösen (Transformation) --> Amplitude des Rezeptorpotentials durch Frequenz der AP kodiert (Frequenzmodulation) --> Sinneszellen sind Verstärker - Weber-Fechner-Regel: beschreibt den nötigen Unterschied zwischen Reizintensität und Schwellenintensität, damit Reiz wahrgenommen wird
• Um welchen Betrag ändert sich das Ruhepotential einer Nervenzelle, wenn Sie die extrazelluläre Kaliumkonzentration um den Faktor 10 erhöhen? Ruhepotential bei 58 mV
• Von welchen Faktoren hängt die Amplitude eines extrazellulär abgeleiteten Aktionspotentials ab? - von der relativen Refraktärzeit - von dem Neuron - von der Entfernung des Neurons zur Elektrode - von den Ioenkonzentrationen innen und außen
• Wie ist es möglich, daß ein gegebener Neurotransmitter (z.B. Glutamat od. Acetylcholin?) einen exzitatorischen Effekt an der einen Synapse und einen inhibitorischen Effekt an einer anderen Synapse bewirken kann? Nennen Sie ein Beispiel ob ein Neurotransmitter erregend oder hemmend wirkt, hängt nur von der Art der postsynaptischen Rezeptormoleküle ab
• Erklären Sie, warum das Membranpotential während eines Aktionspotentials in den positiven Bereich steigt und geben Sie an, welchen Wert das Potential maximal erreichen kann - Depolarisation durch Natriumeinstrom - maximales Potenzial bei Gleichgewichtspotential von Natrium
• Erklären Sie, warum das Membranpotential während eines Aktionspotentials in den positiven Bereich steigt und geben Sie an, welchen Wert das Potential maximal erreichen kann - Depolarisation durch Natriumeinstrom - maximales Potenzial bei Gleichgewichtspotential von Natrium
• Erklären Sie die Mechanismen, die der Refraktärzeit zugrunde liegen. - absolute Refraktärzeit: h-Tor der Natriumkanäle zu, Natriumkanäle damit nicht aktivierbar, h-Tor öffnet sich erst bei niedrigeren Membranpotentialen - relative Refraktärzeit: Nachhyperpolarisation, Schwelle zum Auslösen des AP weit entfernt
• Definieren Sie Aktionspotential-Schwelle Membranpotential, ab welchem es zur Auslösung eines Aktionspotentials kommt
• Wodurch ist die Aktionspotential generierende Zone gekennzeichnet? - Axonhügel - nur hier die entsprechenden Kanäle
• Definieren Sie elektromotorische Kraft - Differenz zwischen Membranspannung und Gleichgewichtspotential eines Ions, diese multipliziert mit der Leitfähigkeit - bestimmt Richtung des Ionenstroms
• Sie schauen einige Zeit auf einen Flecken mit verschiedenen Farben (rot, grün, blau, gelb), dann anschließend auf eine gleichmäßig graue Fläche; was sehen Sie, worauf beruht das Phänomen neuronal und was sagt Ihnen das über die Verschaltungen im Farb - Gegenfarbtheorie - Reizung des eines Neurons führt zur Inhibition des anderen
• Axonhügel: Funktion? Unterschied zwischen Membran der Dendriten und Membran des Axonhügels? - am Axonhügel AP-Auslösung - nur dort die entsprechenden Kanäle
• Erklären Sie, was sukzessiver und simultaner Farbkontrast sind. - simultaner Farbkontrast: spiegelt die Verschaltung visueller Neurone im Sehkortex wider  Farbkontrastüberhöhung großflächiger Effekt - sukzessiver Farbkontrast: beruht auf der selektiven spektralen Adaptation von Gegenfarbenneuronen der Retina, die durch das Fixieren von Reizlichtern entsteht --> Nachbilder
• Glia: 2 Arten von Gliazellen und ihre Funktion? - Oligodendrocyten: Hüllzellen um Axone im ZNS - Astrocyten: im Gehirn, hauptsächlich Ernährung - Schwann'sche Zellen: Myelinscheide um periphere Axone - Ependymzellen: Auskleidung des Gehirns, Blut-Hirn-Schranke - Mikroglia: Immunsystem des Gehirns, Fresszellen, entstehen aus Monocyten des Knochenmarks)
• Bestimmung absoluter und relativer Refraktärzeit - absolut: kein neues AP möglich - relativ: höhere Schwelle für AP-Auslösung und niedrigere Amplitude
• Erklärung: peripheres NS, zentrales NS, autonomes NS, enterisches NS, Nervensystem. - Nervensystem: Gesamtheit aller Nervenzellen im Organismus - Zentrales Nervensystem: Gehirn und Rückenmark - periphere Nervensystem: Sinneszellen, sensorische und afferente Neurone - autonomes Nervensystem: Sympathikus und Parasympathikus - enterisches Nervensystem: Nervensystem des Darms
• Welche Eigenschaften eines Neurons beschreiben die Zeitkonstante τ und die Längenkonstante λ und welche Bedeutung haben Sie bei der Fortleitungsgeschwindigkeit von Aktionspotentialen? - τ: Zeitpunkt, bei der 63 % der Spannung über einer Membran aufgebaut ist (je kleiner τ, desto schneller die Fortleitung) - λ: Strecke nach der 37 % eines Signals noch übrig ist (je größer λ, desto schneller die Fortleitung)
• Welche Aussage ist richtig? An einer inhibitorisch wirkenden Synapse: a) bewirkt eine präsynaptische Depolarisation eine postsynaptische Hyperpolarisation? b) bewirkt eine präsynaptische Depolarisation eine postsynaptische Depolarisation? c) wird a) bewirkt eine präsynaptische Depolarisation eine postsynaptische Hyperpolarisation? richitg b) bewirkt eine präsynaptische Depolarisation eine postsynaptische Depolarisation? falsch c) wird bei präsynaptischer Depolarisation kein Transmitter ausgeschüttet falsch d) bewirkt eine präsynaptische Hyperpolarisation eine postsynaptische Depolarisation falsch e) bewirkt der Transmitter an der postsynaptischen Membran die Hemmung aller Ionenströme falsch
• Wo und wie entstehen graduierte Potentiale und wie werden sie weitergeleitet? - bei chemischen Synapsen - Menge der einlaufenden APs in Menge von Transmitter übersetzt - Rezeptorpotentiale sind graduiert
• Erläutern Sie kurz was synaptische Integration ist. = Summation - räumlich und zeitlich
• Was versteht man unter einem ionotropen und einem metabotropen Rezeptor? ionotrop: Ionenkanal, öffnet sich bei Ligandenbindung, Änderung des Membranpotenzials der Postsynapse   metabotrop: führt zur Auslösung von Signalkaskade über second messenger
• Was versteht man unter der „Quantennatur“ der Transmitterfreisetzung und wie kann man diese nachweisen? - Quanten: eine bestimmte Portion verpackte Neurotransmitter - bei jeder Exocytose wir die gleiche Menge an Transmitter freigegeben
• Wie kommt eine hemmende und eine erregende Transmitterwirkung zustande? - erregend: Auslösung einer Depolarisation  Bildung von EPSP die Erregbarkeit des nachfolgenden Neurons wird erhöht APs werden ausgelöst Beispiel: Glutamat und Acetylcholin - hemmend: Auslösung von Hyperpolarisation Bildung IPSP Erregbarkeit des nachfolgenden Neurons wird vermindert keine APs Beispiele: GABA und Glycin
• Welche Parameter bestimmen die Fortleitungsgeschwindigkeit im Nervensystem? - Parameter: Membranpotential (Vm) Membranwiderstand (Rm) Membrankapazität (Cm)  Längswiederstand (ri) - Erhöhung der Erregungsleitung: Vergrößerung Axondurchmesser Myelinisierung elektrische Synapsen geringe Anzahl von Synapsen in der Reflexbahn - Prinzipien: Membranpotential ändert sich bei Stromfluss verzögerte Änderung des Membranpotentials hängt von der Zeitkonstante ab τ=rm⋅cm je größer Mebranpotential, desto länger dauert die Membranpotentialänderung je größer das Verhältnis von rm und ri ist, desto größer ist die Spannungsänderung in einem bestimmten Abstand vom Ort der Strominjektion (Formel)
• Was versteht man unter passiver Erregungsleitung und warum hängt davon die Leitgeschwindigkeit für Aktionspotentiale ab? - passive Erregungsleitung ist eine schnelle Weiterleitung des APs mit Verlust an Amplitude - Länge der passiven Erregungsleitung abhängig vom Membranwiderstand und der Kapazität - passive Erregungsleitung funktioniert wesentlich schneller als Neubildung von Aktionspotentialen  --> je länger passive Strecke sein kann, desto schneller
• . Erklären Sie die folgenden Ableitmethoden: extrazellulare bipolare Ableitung, intrazellulare Ableitung, Spannungsklemme. - extrazellulär bipolar: 2 Elektroden außerhalb der Zelle, differentielle Ableitung - intrazellulär: 1 Elektrode in die Zelle eingestochen, man erhält Aufzeichnung, die direkt wie ein AP aussieht - Spannungsklemme: kontrollierte Anwendungen von Testspannungen zur genauen quantitativen Charakterisierung der Ionenströme sowie ihrer Zeitverläufe; Spannung wird auf selben Wert gehalten; ändert sie sich, fließt Strom, der sie wieder auf Sollwert bringt --> indirekte Messung von Membranreaktionen
• Nennen Sie die relativen Permeabilitäten für Natrium, Kalium und Chlorid während des Ruhepotentials. Wie ändert sich das Ruhepotential (De- oder Hyperpolarisation), wenn die Permeabilität für Chlorid zunimmt? - Kalium:Natrium:Chlorid - 1:0,04:0,25 - bei Chlorideinstrom Hyperpolarisation
• Berechnen Sie das Gleichgewichtspotential für Chlorid, wobei das Verhältnis zwischen Außen- und Innenkonzentration bei 10:1 bei Zimmertemperatur liegt. S. 19 Frage 45
• Erklären Sie die Vorgänge während der Signalübertragung an einer chemischen Synapse - Aktionspotential kommt in Präsynapse an --> Depolarisation --> führt zum Einstrom von Calcium  --> Bildung von Vesikeln mit Neurotransmitter --> Freisetzung der Vesikel über Exocytose in den synaptischen Spalt --> Diffusion des Transmitters zur Postsynapse --> Bindung an Rezeptoren --> Auslösung EPSP oder IPSP
• Nennen Sie die unterschiedlichen Rezeptortypen. - nach Funktion: erregend und hemmend - nach Aufbau: ionotrob und metabotrob
• Nennen Sie mindestens 5 Transmitter aus mindestens 3 Stoffklassen. - Acetylcholin: Protein - Glutamat: Aminosäure - Insulin: Peptid - NO: Gas - Adrenalin: biogenes Amin
• Von welchen Faktoren hängt die Amplitude eines EPSP ab? - Anzahl der geöffneten Natriumkanäle
• Welche Konzentrationen der K+, Na+ und Cl--Ionen herrschen in Neuronen während des Ruhepotentials? Welche Membranspannung herrscht während des Ruhepotentials? - K+: 400 mmol/l - Na+: 50 mmol/l - Cl-: 40 mmol/l - Ruhepotential: ca. -70 mV
• Was versteht man unter dem Gleichgewichtspotential eines Ions? - Ionenflüsse im Gleichgewicht - keine Nettobewegung von Ionen
• Welche Arten von Ionenkanälen gibt es? - Ionenkanäle sind in der Zellmembran sitzende periphere Proteine, die dank ihrer hydrophilen Eigenschaften Poren bilden, durch die das entsprechende Ion mit seiner Hydrathülle genau durchpasst - Kalium-, Natrium-, Calcium-, Chlorid-, unspez. Kationen-, Anionenkanäle
• Was sind die Voraussetzungen für die Ausbildung eines Ruhepotentials? - Natrium/Kalium-Pumpe - selektive Ionenkanäle - Semipermeabilität der Membran - Konzentrationsunterschiede zwischen den Ionen innen und außen
• Welche Ionenkanäle sind für das Aktionspotential verantwortlich? Natrium- und Kaliumkanäle
• Welche Ströme fließen während des Aktionspotentials? - Ruhestrom: gleich starker Ein- und Ausstrom von Kalium - Depolarisation: Natriumeinstrom - Repolarisation: verzögerter Kaliumausstrom - Hyperpolarisation: anhaltend stärkere Kaliumleitfähigkeit - Öffnen von spannungsabhängigen Natriumkanälen und dadurch große Leitfähigkeit für Natriumionen --> Umpolarisation des Membranpotentials bis zum Erreichen des Natriumgleichgewichtspotentials --> Inaktivierug der spannungsabhängigen atriumkanäle und Anstieg der Kaliumleitfähigkeit
• Erklären Sie die Ursache für die absolute und relative Refraktärzeit? - absolut: Inaktivierung und Nicht-Aktivierbarkeit der Natriumkanäle - relativ: Hyperpolarisation, noch erhöhte Kaliumleitfähigkeit, Membranpotenzial negativer als beim Ruhepotential, Schwelle zum Auslösen AP weiter entfernt
• Wie wirkt sich die Refraktärzeit auf die maximal mögliche Frequenz von Aktionspotentialen aus? absolute Refraktärzeit begrenzt Frequenz

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