Es werden die molekularen Grundlagen der Aktivierung von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR) dargestellt. Zudem wird die Generierung der „second Messenger“ cAMP durch die Adenylatzyklase bzw. DAG und IP3 durch die Phospholipase C und die angeschlossenen (Effektor-) Signalwege vorgestellt. Die aktivierten alpha-G-Proteine bestimmen die Qualität und Quantität der second Messenger. Es handelt sich hierbei um einen reversiblen Prozess, durch den zell- bzw. gewebespezifische Prozesse reguliert werden.
In dieser Vorlesung wird die Physiologie synaptischer Übertragung an chemischen Synapsen besprochen - basierend auf vorbereitende Lehrveranstaltungen des Moduls 4 „Signal- und Informationssysteme“. Es wird definiert, was in der Physiologie unter einer Synapse verstanden wird und der Ablauf vom präsynaptischen Aktionspotenzial bis zur Generierung eines postsynaptischen Potenzials beschrieben. Auf der postsynaptischen Seite werden dann die Definitionen für eine erregende und hemmende Synapse herausgearbeitet. Es werden hauptsächlich glutamaterge und GABAerge Synapsen in der Hirnrinde besprochen, aber auch glyzinerge Synapsen im Hirnstamm/Rückenmark und acetylcholinerge Synapsen zwischen Nerv und Muskel. Es soll auf die Konvergenz-Divergenz-Verhältnisse synaptischer Verschaltungen und die relativen Anteile hemmender und erregender Nervenzellen hingewiesen werden. Die Bedeutung der Balance zwischen Erregung und Hemmung wird besprochen - Störungen dieser Balance bilden die Grundlage für neurologische und psychiatrische Erkrankungen - und einige pharmakologische Einflussmöglichkeiten diskutiert.
Exemplarisch wird ein*e Patient*in mit fokaler Epilepsie vorgestellt, der/die das rezidivierend und paroxysmal auftretende Symptom der chronischen Erkrankung, den epileptischen Anfall, in seiner/ihrer subjektiven (Aura) und objektivierbaren (Bewusstseinsstörung) Komponente schildert. Anhand diese*r Patient*in wird die Störung des Gleichgewichts von neuronaler Erregung und Hemmung über den fokalen epileptischen Anfall dargestellt. Ferner wird das Phänomen der neuronalen Synchronisation als pathophysiologische Basis eines epileptischen Anfalls anhand des interiktalen und iktalen EEGs dargestellt. Letztlich wird eine Assoziation zwischen pathophysiologischen Grundlagen und klinischer Symptomatik des epileptischen Anfalls hergestellt.
Es werden der allgemeine Aufbau und die Funktionsprinzipien von Rezeptorkinasen (Tyrosinkinase- Rezeptor, TKR), enzymgekoppelten Rezeptoren (Ser/Thr-Kinase gekoppelte Rezeptoren) und nukleären Rezeptoren (NR) dargestellt, anhand von Beispielen erläutert und miteinander verglichen. Dabei wird neben der hormonellen auch auf die Zytokin-vermittelte Aktivierung von Zellen eingegangen.
Die Studierenden sollen die Grundlagen der Erregungsbildung und Erregungsleitung im Herzen kennen lernen. Weiterhin sollen ihnen ausgewählte Beispiele von Störungen der Erregungsbildung/-leitung vorgestellt werden. Dazu werden zunächst die Strukturen des Reizbildungs-/-leitungssystems aufgezeigt und in ihrer normalen Funktion beschrieben. Es werden Unterschiede im Aktionspotential einer Herzmuskelzelle und einer Nervenfaser dargestellt und die zugrunde liegenden Ionenmechanismen erläutert. Anschließend werden exemplarisch Störungen der Reizbildung/-leitung des Herzens vorgestellt. Dabei wird auch auf mögliche Ursachen und Folgen von Herzrhythmusstörungen eingegangen. Das Prinzip des Elektrokardiogramms als extrazelluläre Ableitungsmethode der Herzerregung wird in Grundzügen erläutert.
Stichworte zum Vorlesungsinhalt: Primärer, sekundärer, tertiärer Schrittmacher, Aktionspotential des Herzens, Refraktärzeit, Elektrokardiogramm, supraventrikuläre und ventrikuläre Herzrhythmusstörungen, atrio-ventrikuläre Überleitungsstörungen.
Stichworte zum Vorlesungsinhalt: Primärer, sekundärer, tertiärer Schrittmacher, Aktionspotential des Herzens, Refraktärzeit, Elektrokardiogramm, supraventrikuläre und ventrikuläre Herzrhythmusstörungen, atrio-ventrikuläre Überleitungsstörungen.
Im Mittelpunkt der Veranstaltung steht die Diskussion von Grundprinzipien der Ligand-Rezeptor-vermittelten Signaltransduktion sowie die vergleichende Betrachtung genereller Funktionsmechanismen von membranständigen Rezeptoren. Es sollen Effekte spezifischer Parameter und Faktoren auf die rezeptorvermittelte Signalübertragung erarbeitet und diskutiert werden. Darüber hinaus soll das Wissen über die molekulare Funktionsweise der einzelnen Rezeptortypen anhand von Beispielen erarbeitet werden.
Die Veranstaltung soll den Studierenden erste Kenntnisse der Pharmakodynamik (wie wirkt ein Arzneimittel?) bieten. Hierfür sollen biochemische Prozesse - aufgrund derer Pharmaka durch Bindung an Zielstrukturen ihre Wirkung entfalten - erläutert sowie die Arzneistoff-Rezeptor-Interaktionen, pharmakologische Möglichkeiten zur Beeinflussung von Rezeptoren (Agonisten und Antagonisten („Blocker“)) und die Beeinflussung intrazellulärer Signalwege erklärt werden.
In diesem Seminar soll herausgearbeitet werden, dass die synaptische Übertragungsstärke einer dynamischen Regulation unterliegt und dadurch zur Informationsverarbeitung beitragen kann. Eine Veränderung der synaptischen Übertragungsstärke kann durch eine Veränderung der Zahl der Freisetzungsstellen für Vesikel mit Neurotransmitter, der Freisetzungswahrscheinlichkeit pro Freisetzungsstelle und der Anzahl der postsynaptischen Rezeptoren pro Freisetzungsstelle ausgelöst werden. Zunächst sollen diese Determinanten prinzipiell dargestellt und am Beispiel der präsynaptischen Hemmung der Freisetzungswahrscheinlichkeit genauer besprochen werden.
Einige dieser Regulationsmechanismen sind pharmakologisch zugänglich und können therapeutisch genutzt werden. Dann sollen neuro-neuronale Synapsen mit der neuro-muskulären Endplatte verglichen und die besonderen Regulationsmöglichkeiten an der neuromuskulären Synapse durch Acetylcholinesterase-Hemmer besprochen werden.
Einige dieser Regulationsmechanismen sind pharmakologisch zugänglich und können therapeutisch genutzt werden. Dann sollen neuro-neuronale Synapsen mit der neuro-muskulären Endplatte verglichen und die besonderen Regulationsmöglichkeiten an der neuromuskulären Synapse durch Acetylcholinesterase-Hemmer besprochen werden.
Eine Grundvoraussetzung für die Entwicklung, Erhaltung und koordinierte Funktionsweise eines vielzelligen Organismus ist die Verständigung der einzelnen Zellen miteinander. In diesem Seminar erhalten die Studierenden einen Überblick, wie Zellen Signale über kontaktabhängige, synaptische, parakrine und endokrine Kommunikationsformen austauschen können und wie die Einzelzelle mit dem sie umgebenden Substrat (Matrix) interagieren kann. Die Bedeutung der Zell-Zell-Kommunikation soll exemplarisch vertieft werden. Dazu erfahren die Studierenden, wie sich eine einzelne Zelle über Gradienten von Botenstoffen (wie SHH, WNT, FGF) in einem dreidimensionalen Raum orientieren kann. Aufbauend auf Vorkenntnissen zur Zellmotilität aus Modul 3 „Biologie der Zelle“ wird erörtert, wie sich die Zelle durch äußere chemische Reize (Chemotaxis) angeregt (beispielsweise nach einer Knochenfraktur) in einem Matrixgerüst durch Zell-Substrat-Interaktion fortbewegen kann (Migration). Weitere durch Zell-Zell-Kommunikation gesteuerte zelluläre Verhaltensformen wie Reifen, Differenzieren, Überleben und Sterben werden in übersichtlicher Form dargestellt.