Neurobiologie - könnt ihr mir helfen?
Hallo,
wir schreiben übermorgen die Bio Arbeit und ich verstehe diese Abbildung (ist angehängt) überhaupt nicht... Konkret ist das Thema dieser Abbildung die Transduktion.
Könnt ihr mir vielleicht helfen? Eine so ausführliche wie mögliche Erläuterung/Erklärung dieser Abbildung wäre sehr, sehr hilfreich.
Bin schon total verzweifelt und möchte keine schlechte Note schreiben! Vielen Dank! :-)
3 Antworten
Ein Geruchstoff (hier Geruchsstoffmoleküle) interagieren mit spezifischen Geruchsrezeptoren. Durch diese Interaktion wird das intrazelluläre G-Protein aktiviert, das wiederum die Stimulierung von Adenylatcyclase auslöst. Adenylatcyclase ist ein Enzym der Plasmamembran welches die Umwandlung von ATP in zyklisches cAMP katalysiert. Ein erhöhter cAMP-Spiegel bewirkt eine Öffnung von Calciumkanälen -> einströmende Kationen depolarisieren die Riechzelle und führen zu einer elektrischen Antwort. Der weitere Weg über Dendrit, Zellkörper, Axon und Synapsen bis zum Gehirn ist dir bestimmt bekannt? :)
Vielen vielen Dank dir! Könntest du vielleicht noch den Graphen miteinbeziehen? Was könnte man zu den Messergebnissen der drei Graphen sagen? Das wäre wirklich sehr toll :) Vielen Dank schon einmal im Voraus!
Hi,
das Stichwort hier ist "Transduktion".
Das ist das Umwandeln einer Reizwahrnehmung (z.B. Geruchsmoleküle oder z.B. Verformung: Haarsinneszellen Innenohr) in eine Potentialänderung der Sinneszelle, d.h. dem Öffnen von Ionenkanälen in der Zellmembran und der Veränderung der Membranleitfähigkeit der Sinneszelle, so dass ab einem bestimmten Schwellenwert Aktionspotentiale ausgelöst und weitergeleitet werden.
Bin grad unterwegs, aber schau dir mal die Graphen in Ruhe an, wie die zusammenpassen. Gruß, Cliff
also dir geht es in erster Linie um die Graphen nicht wahr? dann werde ich mich insbesondere darauf beziehen...
Die Graphen aber im Zusammenhang mit der Abbildung zu hören, wäre noch besser! :-)
sorry, hat etwas gedauert... mein Bruder hatte noch was auf dem Herzen... so jetzt aber ist Ruhe und Bierchen auf :) besser spät als nie
fangen wir mal unten an, dort sieht man einen Anstieg der Konzentration eines Geruchsstoffes über die Zeit, ja, die x-Achse ist typischerweise Zeit. Also Geruchsstoffkonzentration gegen Zeit aufgetragen und die Konzentration nimmt offensichtlich stark zu. Das ist unser Reiz. Ich sagte ja, "Transduktion" heißt eine Reizwahrnehmung in eine Potentialänderung der Sinneszelle zu übersetzen.
Eine Sinneszelle ist eine spezialisierte Nervenzelle, die bestimmte Reize wahrnehmen kann. Diese hier in dem Beispiel ist auf chemische Reize spezialisiert. Die Duftmoleküle gelangen mit der Luft in die Nase und fallen dort auf die Geruchsschhleimhaut, an der bleiben sie hängen und gelangen dort zu der/n Riechzelle(n). Schlangen z.B. haben eine spezielle Tasche am Gaumendach mit einer speziellen Riechschleimhaut, der sie Duftmoleküle mit Hilfe der Zunge zuführen. Sie "züngeln" an der Luft und stecken die Zunge dann in das Maul und an diese Riechschleimhaut, um z.B. Beutegeruch ganz empfindlich wahrzunehmen, das nennt man das "Jacobsonsche Organ" http://www.spektrum.de/lexikon/biologie/jacobsonsches-organ/34804 Wir riechen weniger durch züngeln, sondern indem wir Luft mit den Duftmolekülen durch die Nase einsaugen und an die Riechschleimhaut heranführen.
Gut, Mitte: An der Sinneszelle wird mittels Elektroden eine Ableitung vorgenommen, um die Spannungsverhältnisse über die Biomembran der Zelle zu messen. Die Ladung ist innen und außen nicht gleich verteilt, sondern es besteht ein Unterschied, so dass man in Ruhelage der Zelle ca. -70 Millivolt (mV) messen kann (Graph Mitte). Das sind realistische Werte für ein sog. Ruhepotential der Sinneszelle oder einer Nervenzelle.
Der Anstieg der Geruchsstoffkonzentration, äußert sich ganz offensichtlich in einer Veränderung des Ruhepotentials, es beginnt von seinen -70 mV anzusteigen, positiver zu werden, Richtung 0 mV, diesen Vorgang der "Störung" des Ruhepotentials hier ganz offenbar durch eine chemische Reizwahrnehmung (Geruch) ausgelöst, nennt man bei Nervenzellen gemeinhin Depolarisation. Bei Sinneszellen spricht man von einer Auslenkung des Ruhepotentials auch von dem sog. "Rezeptorpotential". Das lassen wir mal so als Begriff stehen. Wichtig ist nicht der Begriff sondern was er meint: Die Verminderung des Ruhepotentials, die man im Graphen Mitte sieht.
D.h. die elektrische Polarisierung der Membrabn wird durch die Wahrnehmung der Geruchsmoleküle vermindert (in Richtung 0 mV). Irgendwo dort bei ca. -40 mV liegt eine Impulsschwelle, wenn diese durch die Depolarisation erreicht wird, kommt es zu einem Ereignis in Graph 3 (oben).
Dort sieht man ein Stakkato an Nervenimpulsen, sog. Aktionspotentiale. Wird das Ruhepotential der Sinneszelle auf die Impulsschwelle depolarisiert (Mitte), löst dies eine schlagartige elektrische Umpolung der Membran aus, d.h. das was vorher begonnen wurde, wird durch das schlagartiges Öffnen von spannungsabhängigen Ionenkanälen positiv verstärkt. Die Öffnen wenn diese besagte Impulsschwelle erreicht wird. Da schlägt es einmal richtig kurz in die Ladunsgverteilung der Membran innen/ außen rein, weil spezielle Natrium-Kanäle öffnen und immer wen die Membran durchlässig für Ladungsträger wird (Ionen), dann kann sich die Ladungsverteilung blitzschnell ändern.
Aktionspotentiale (Graph oben) werden also nach einem Alles-oder-Nichts-Prinzip generiert, nämlich dann, wenn das Ruhepotential ausreichend depolarisiert wird, dann "funkt" die Sinneszelle ihre stereotypen "Morsezeichen" los, die über Nervenfortsätze (Axon) weitergeleitet werden können. Diese Nervenimpulse nennt man Aktionspotentiale. Diese Aktionspotentiale werden hier über den Fortsatz der Sinneszelle (Axon) in Richtung nachgeschalteter neuronaler Strukturen, früher sagte man "Zentren" (Riechzentrum, Riechbahn) in Richtung Gehirn weitergeleitet.
Rechts ist nur ein halbes Bild zu sehen, aber das wurde ja auch schon angesprochen. Wichtig ist hier, dass es für jeden Geruchsstoff einen speziellen Rezeptor in der Membran gibt, der den Transduktionsprozess in Gang setzt und zum Öffnen von Ionenkanälen führt, die das Ruhepotential aus dem Gleichgewicht bringen (-70 mV ---> Richtung 0 mV). So fängt jede Transduktion an. Bei Haarsinneszellen, sind es Haarfortsätze, die durch Schallwellen etwas ausgelenkt werden. Das mechanische Abbiegen des Haarforsatzes einer solchen Hörsinneszelle, öffnet unmittelbar Ionenkanäle und depolarisiert das Ruhepotential.
Das funktioniert aber jeweils nur für spezielle Reize, für die solche Sinneszellen angepasst sind. Man könnte eine Riechzelle z.B. anschreien so lange man wollte, es würde sie nicht besonders jucken. Die denkt, kein adäquater Reiz? Leck mich... D.h. Schall ist bei Geruchsrezeptoren definitiv der falsche Reiz, um sie anzusprechen.
Hoffe ich konnte etwas Licht hinein bringen, Gruß, Cliff
ja sicher können wir auch auf die rechte Abbildung eingehen.
Die wurde ja schon dankenswerterweise beschrieben.
Die Kontaktstelle zum Reiz (Geruchsmolekül) für die Reizwahrnehmung ist das Geruchsrezeptorprotein. Ohne Rezeptor keine Geruchswahrnehmung. Der steht also ganz am Anfang der Reizwahrnehmung beim Riechen und eigentlich setzte er einen relativ alten Signaltransferweg in Gang, der ist jetzt ein bischen kompliziert, nämlich er ist G-Proteingekoppelt was zur Aktivierung von Adenylat-Zyklase führt, worauf der interne messenger cAMP generiert wird und jetzt kommt das Wesentliche: auch wenn es noch 20 weitere Zwischenschritte gäbe, die sind nicht so wichtig, wie der letzte, das cAMP öffnet (das ist nicht mehr im Bild zu sehen, aber du wirst es sicher sehen können) ligandengesteuerte Ionenkanäle und sorgt für einen Ioneneinstrom von positiv geladenen Ca-Ionen (Kationen) in die Zelle. Dieser Ioneneinstrom bringt das Ruhepotential auf positivere Werte (Graph Mitte), erfolgt dies bis zur Impulsschwelle (ca. -40mV), öffenen spannungsabhängige weitere Ionenkanäle, die ab dieser Schwelle einfach aufmachen, egal was ist, welcher Geruch, was ist los, spielt keine Rolle, wird die Schwelle erreicht, machen die spannungsabhängigen volles Programm Schleusen auf. Das lässt sich nicht mehr aufhalten und führt zu Aktionspotentialen, die über Nervenfortsätze weitergeleitet werden, indem nämlich in der Nachbarschaft der Membran ebenfalls spannungsabhängige Ionenkanäle ansprechen und öffen, dann wandert der Nervenimpuls ein Stückchen weiter und dann werden in der Nachbarschaft weitere spannungsabhängige Ionenkanäle angesprochen und geöffnet u.s.w. so rast dieser Nervenimpuls einmal in Gang gesetzt, über das Axon zu nächsten Nervenzelle u.s.w. Gruß
so jetzt hab ich nochmal einen schönen Rezeptor für dich, eine Cuticula-Borste eines Spinnenbeins unter dem Elektronen-Mikroskop https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/ac/Trichobothrium.jpg ein sog. Trichobothrium https://de.wikipedia.org/wiki/Trichobothrium
die Dicke beträgt ca. 4-5 μm. Siehst du, wie das Haar in eine großzügige Öffnung der Cuticula eingelassen ist? Diese lässt ringsum noch einen Spalt Platz, so dass es noch Spiel hat, wie ein Schaltknüppel.
Das ist ein Sinneshaar, wie es am am Bein von Insekten, z.B. Spinnen angetroffen wird.
Wird dieses Haar nur ganz geringfügig abgebogen, z.B. durch Luftströmung (anpusten der Spinne) oder sonstige Berührung, kommt es in der Sinneszelle (unter der Cuticula) zum Öffnen von Ionenkanälen der Zellmembran, einer Depolarisation des Ruhepotentials, bis zur Impulsschwelle und am Axon der Sinneszelle, die dieses Haar trägt, zu einer Impulsrate von Aktionspotentialen Richtung Nervensystem. Das ist Mechano-Transduktion (im Vergleich zur chemo-Transduktion beim Riechen).
Die Reizenergie (Abbiegen des Haares) wird in elektrische Energie umgewandelt nämlich über eine Änderung der Leitfähigkeit der Sinneszellmembran für bestimmte Kationen und der sich anschließende Ioneneinstrom führt zur Auslenkung des Ruhepotentials und in der Folge zur Auslösung von Nervenimpulsen (Aktionspotentialen).
Das sind Tasthaare, die so empfindlich sein können, dass sogar Schallwellen wahrgenommen werden. D.h. die Spinnen "hören mit den Beinen" ;) Das kann man nicht mit unserem Ohr vergleichen, aber es versetzt das Tier in die Lage, seine Umwelt sehr empfindlich wahrzunehmen, auch wenn es sie vielleicht nicht überblicken kann, es "weiß" das etwas passiert. Ich hoffe, ich konnte dir weiterhelfen mit den Beiträgen. Gruß & N8, Cliff
Vielen Dank für die tolle Erläuterung! Du hattest mich wohl falsch verstanden... Die rechte Abbildung habe ich bereits verstanden, es sollte nur die Linke erklärt werden. :-) Danke dir trotzdem!!! Wenn es eine Aufgabe in der Klausur wäre, was würdest du zu der linken Abbildung dann insgesamt schreiben? So kurz und knapp wie's nur geht.. :-)
Also ich möchte ungern alles nochmal schreiben. Es orientiert sich an der Fragestellung und dann, dass die Lösung plausibel erscheint, mit deinen eigenen Worten, also auch für einen Unbeteiligten Sinn ergibt.
Orientiere dich an der Beobachtung, beschreibe die Graphen, was man auf ihnen sieht, was dort aufgetragen wurde, z.B. Konzentration gegen Zeit, was sieht man, was zeigen die Achsen an, z.B. Spannung in Millivolt gegen Zeit, was sieht man, u.s.w. und nach dem beschreiben, gehst du zum erklären über oder zum schlussfolgern, warum sind Ergebnisse so ausgefallen, worauf deutet das hin, was kann man daraus schließen u.s.w. Weiß nicht, halbe bis 3/4tel Seite vielleicht. Es orientiert sich übergeordnet immer an der Fragestellung, die ja hier fehlt. Da sind Verben drin, die einen klaren Arbeitsauftrag geben, "beschreibe", "erkläre", "zeichne", "vergleiche", "stelle dar" u.s.w. das ist das A und O da steht genau drin, wie das ausgestaltet sein soll und daran hältst du dich, bis es verständlich genug ist, dass es auch ein Unbeteiligter verstehen könnte. Du schaffst das schon ;) Good luck, Cliff
"was würdest du zu der linken Abbildung dann insgesamt schreiben? So kurz und knapp wie's nur geht.. :-)"
etwa so:
Im unteren Graph ist die Konzentration eines Geruchsstoffes (y-Achse) gegen die Zeit (x-Achse) dargestellt. Daraus ist zu entnehmen, dass die Konzentration des Geruchsstoffes innerhalb von ca. 0,5 Sekunden bis auf ein höheres Niveau ansteigt.
Der mittlere Graph zeigt die Messkurve einer Ableitung des Membranpotentials der Sinneszelle, die Geruchsstoffe wahrnehmen kann (Riechzelle), mittels Ableitelektrode an den Cilien. Das Messergebnis wird in Millivolt (mV) gegen die Zeit aufgetragen.
Der Anfangswert der Messkurve liegt bei ca. -70 mV, steigt danach an, mit einem Maximum bei ca. -10 mV und fällt dann wieder ab, um nach ca. 1,5 Sekunden den ursprünglichen Wert von -70 mV wieder zu erreichen. Der Anfangswert von -70 mV ist typisch für das Ruhepotential einer Sinneszelle und entspricht daher den Erwartungen an eine solche Messung.
Der Verlauf der Messkurve lässt vermuten, dass es einen ursächlichen Zusammenhang zwischen dem Anstieg der Geruchsstoffkonzentration und der Änderung des Ruhepotentials der Sinneszelle zu geben scheint, der das Ruhepotential der Sinneszelle zumindest vorübergehend auf ca. -10 mV vermindern kann.
Dies bedeutet eine Verminderung der Polarisierung der Membran der Sinneszelle, welche in der Regel durch das Öffnen von Ionenkanälen erreicht wird, die einen Einstrom positiv geladener Ionen (Kationen) in die Zelle ermöglichen und so das Membranpotential positiver machen. (in diesem Fall Calcium-Ionen, links aber nicht gezeigt).
Am Axon der Sinneszelle erfolgt eine zweite Ableitung des Membranpotentials der Sinneszelle (oberer Graph), mit gleicher Auftragung der Messergebnisse, wie beim mittleren Graphen.
Hier erkennt man zahlreiche kurze Messwertspitzen bis in den positiven Bereich des Membranpotentials, mit einem peak bei jeweils ca. +20 mV, die in rascher Folge nacheinander auftreten, sobald das Ruhepotential in einem gewissen Maß vermindert wurde (Graph Mitte). Diese peaks lassen auf ein schlagartige elektrische Umpolung der Axonmembran schließen.
Der beobachtete Messwertverlauf im oberen Graph entspricht dem Erscheinungsbild nach typischerweise einer Folge von Aktionspotentialen am Axon einer Nervenzelle.
Daraus ist zu schließen, dass die Depolarisation des Ruhepotentials (Graph Mitte), offenbar ausreichend war, um diese Aktionspotentiale auszulösen.
Zum Auslösen von Aktionspotentialen muss das Membranpotential bis zu einer Impulsschwelle vermindert werden, was die Geruchsstoffmoleküle in der Sinneszelle offenbar bewirkt haben.
Insgesamt beschreiben die drei Graphen den Vorgang einer chemischen Transduktion einer Sinneszelle, am Beispiel einer Riechzelle der Nasenschleimhaut, bei der die Wahrnehmung von Geruchsstoffmolekülen in elektrische Energie umgewandelt wird und zwar in zwei gekoppelten Teilprozessen:
1. eine Änderung des Ruhepotentials der Zelle, welches bei Sinneszellen dann auch als "Rezeptorpotential" bezeichnet wird durch Bindung des Geruchsstoffs an eine dafür vorhandenen Membranrezeptor der Sinneszelle im Bereich der Cilien.
2. die Generierung einer Serie von Aktionspotentialen am Axon, hervorgerufen durch das Erreichen einer Impulsschwelle des Membranpotentials, welches nach dem "Alles-oder-Nichts-Prinzip" eine Serie blitzartiger Membranumpolungen der Axonmembran hervorruft, die als Nervenimpulse über die Axonmembran sich in Richtung nachgeschalterer neuronaler Strukturen (weitere Nervenzellen bzw. Gehirn) weiter fortpflanzen können.
Dann teu teu teu, Gruß
Wenn du das Thema an sich nicht verstehst, dann schau mal ob TheSimpleBiology auf YouTube ein Video dazu gemacht hat :)
Hallo! Vielen Dank für dein Kommentar... Ich steh allerdings auf dem Schlauch, da ich dieses Thema eben nicht verstanden habe. Könntest du mir vielleicht helfen und mir die Graphen in Verbindung mit der Abbildung erläutern? Vielen Dank schon einmal im Voraus :-)