Zellphysiologie

• Na+/K+-ATPase: Transport von Na und K (primär-aktiv)

  • Kommt in jeder Zelle vor
  • Ca. 30% des Energieumsatzes wird davon verbraucht
  • Tod: ausbleiben der Funktion der Na/K-ATPase; gleiche Konzentration Na+ und K+ innen und außen
  • Besteht aus alpha- und beta- Untereinheiten
  • In einem Pumpzyklus werden 2 K+ von außen nach innen und 3 Na+ von innen nach außen befördert
  • Hält Asymmetrie der Ionenkonzentration von K+ und Na+ aufrecht
  • Zellmembran wird dadurch innen negativ polarisiert
• Transporter

  • Sekundär-aktiver Transport: durch elektrochemisches Na+-Gefälle (SGLT1 in Niere; SGLT2 in Darm für Glucoseresorption)
  • Symporter: 2 Ionen/Moleküle werden gemeinsam transportiert à elektroneutral (Ionen sind ausgeglichen) oder elektrogen (Ladung fließt über Membran)
  • Antiporter (elektroneutral): ein Ion rein, ein Ion raus -> Protonenaustauscher
  • Tertiär-aktiver Symport (elektrogen): Peptidaktiv à Transport Peptid an Proton gekoppelt und Protontransport an Na/K-ATPase gekoppelt
  • Passiver Transport beruht auf Diffussion
• Endozytose

  • Aufnahme größerer Moleküle/Zellteile/Zellen
• Membranpotential

  • Innen negativ, außen positiv
  • Nernst-Gleichung für Betrachtung der Ionenverteilung
  • Leitfähigkeit besteht wenn Kaliumkanal (allg. Kanal) geöffnet ist
  • Ruhemembranpotential: -60mV bis -90mV
  • Hyperpolarisation: K+-Einstrom wenn Ik negativ
  • Depolarisation: K+-Ausstrom wenn Ik positiv
• Ionenkanäle

  • Kanalopatie: Erberkrankung bei denen Ionenkanäle nicht mehr richtig funktionieren
  • Einteilung nach Kationen (selektive und unselektive) und Anionen
  • Steuerung durch Membranpotential -> meist über Depolarisation
  • Steuerung durch äußere Liganden -> z.B. Acetylcholin, GABA (wirkt dämpfend)
  • Steuerung durch intrazelluläre Signalstoffe
  • Steuerung durch intrazelluläre Metabolite -> z.B. für Schmecken von Säure
  • Steuerung durch Zellmembrandehnung -> z.B. Blutdruckregulation
• Ca2+ als Botenstoff

  • Viele intrazelluläre Signalwege werden durch Ca2+ reguliert
  • Ca2+ kann indem es an Calmodulin bindet Signale aussenden -> z.B. Muskelkontraktion
• Entstehung Ruhemembranpotential

  • Passive Ionenverteilung: Proteine in der Zelle sind negativ geladen
  • Aktive Na+-K+-Pumpe
  • K+-Diffusionspotenzial: als einzige K+-Kanäle bei Ruhe geöffnet -> innen wird Membranpotential negativer
  • Potenzial treibt Cl- von intrazellulär nach extrazellulär
  • Endzustand: Ruhemembranpotenzial -> Große Triebkraft für Natrium
• Aktionspotential (Nervenzellen)

  • Zunächst Vordepolarisation zu Depolarisation bis in positiven Bereich, danach schnell Repolarisation ebenfalls überschießend
  • Wenn bestimmtes Schwellenpotential überschritten ist, werden Na+-Kanäle geöffnet -> Natriumeinfluss
  • Schnell werden Na+-Kanäle wieder geschlossen
  • K+-Kanäle öffnen bei Überschießen und wandern nach außen à bei Hyperpolarisation schließen Kanäle wieder
• Spannungsabhängiger Na+-Kanal

  • Kommt nur in Muskelzellen vor
  • Bei Ruhepotential geschlossen, aber aktivierbar
  • Durch Depolarisation öffnet sich der Kanal -> noch mehr Depolarisiert
  • Kanal schließt und ist erst wieder aktivierbar, wenn Ruhepotenzial wieder erreicht ist
  • Gift des Kugelfisches hemmt Kanal -> Lähmung (Atemlähmung)
• Kontinuierliche/saltatorische Erregungsweiterleitung

  • Kontinuierliche Weiterleitung: wenn Vordepolarisation stattgefunden hat, öffnen Na+-Kanäle -> dadurch werden nächste Kanäle Vordepolarisiert und Prozess wiederholt sich
  • Saltatorische Weiterleitung: Nervenfasern besitzen Isolierung (Myelin) mit Unterbrechungen (Ranviersche Schnürringe); dadurch wird Weiterleitung schneller, da längere Wege zwischen einzelnen Kanälen
• Chemische Synapse: beruht auf Neurotransmittern

  • Elektrische Synapse: Kommunikationskontakt zwischen zwei Zellen
  • Nach Depolarisation öffnen Ca2+-Kanäle à Einstrom
  • Einstrom löst Verschmelzen von Vesikeln aus à Verschmelzen der Vesikel mit Membran
  • Transmitter werden ausgeschüttet, diffundieren durch synaptischen Spalt und binden an Rezeptoren an postsynaptische Zelle
  • Ionotroper Rezeptor: Ionenkanal, der durch Neurotransmitter aktiviert wird
  • Metabotroper Rezeptor: Rezeptor selbst ist kein Ionenkanal, aber es werden trotzdem Ionen Transportiert, da dieser Signalkaskade auslöst
• Neurotransmitter

  • Acetylcholin: kann an 2 Sorten von Rezeptoren binden

  §  Muskarinerk

  §  Nikotinerk

  §  Nervengifte sind häufig Acetylcholin-Esterase-Hemmer

  • Serotonin: Depression kommt häufig durch Serotoninmangel zustande; Glückshormon
  • Glutamat: für die meisten Sinnessysteme verwendet
  • Adrenalin: Neurotransmitter des Sympaticus
  • Opioide: Schmerzbehandlung (z.B. Morphium, Diacetylmorphin = Heroin)