Stelle die Erregungsübertragung an einer dopaminergen Synapse ausgehend von einem ankommenden Aktionspotenzial bis zur Entstehung eines postsynaptischen Potenzials in einem Fließschema dar. (Material 1)

Erkläre den in Abbildung 2 dargestellten Ionenstrom an Zellen mit veränderten α-Synuclein-Proteinen. (Material 1 und 2)

Stelle die Verläufe der postsynaptischen Potenziale auf Basis der in Abbildung 2 dargestellten Ionenströme graphisch dar und begründe diese. (Material 1 und 2)

Beschreibe die in Material 3 dargestellten neuronalen Verschaltungen von Betroffenen und Nicht-Betroffenen der Parkinson-Krankheit. (Material 3)

Erläutere die Auswirkungen beider Verschaltungen auf den jeweiligen Output. (Material 3)

Begründe das Zittern der Muskulatur im Ruhezustand als Symptom der Parkinson-Krankheit. (Material 3)

Stelle eine Hypothese über eine mögliche Behandlung des Zitterns der Muskulatur auf. (Material 1, 2 und 3)

Darstellen:

Aktionspotenzial erreicht Endknöpfchen → Öffnung spannungsgesteuerter Calcium-Ionenkanäle → Einstrom von Calcium-Ionen in das Endknöpfchen → Verschmelzen von synaptischen Vesikeln mit der präsynaptischen Membran → Freisetzung des enthaltenen Neurotransmitters Dopamin in den synaptischen Spalt → Bindung von Dopamin an Dopaminrezeptoren in der postsynaptischen Membran → Aktivierung von G-Proteinen → Öffnung von Kalium-Ionenkanälen → Ausstrom von Kalium-Ionen aus der Postsynapse → Entstehung eines IPSP

Erklären:

• fehlgefaltete α-Synuclein-Proteine → verminderte Freisetzung von Dopamin

• verminderte Dopaminkonzentration im synaptischen Spalt → verminderte Aktivierung der G-Proteine

• Öffnung einer geringeren Anzahl an K⁺-Ionenkanälen

• verminderter K⁺-Ionenausstrom

Darstellen:

Hinweis: Die gestrichelte Linie stellt das Ruhepotenzial dar. Die Darstellung des Wiedererreichens des Ruhepotenzials ist nicht zwingend erforderlich.

Begründen:

A: Bei von der Parkinson-Krankheit Nicht-Betroffenen kommt es zur Ausschüttung von Dopamin → K⁺-Ionenausstrom führt im Vergleich zum Ruhepotenzial zu einem negativeren postsynaptischen Potenzial → IPSP

B: Bei von der Parkinson-Krankheit Betroffenen kommt es zu einer verminderten Ausschüttung von Dopamin → verminderter K⁺-Ionenausstrom → weniger negatives postsynaptisches Potenzial im Vergleich zu von der Parkinson-Krankheit Nicht-Betroffenen → geringer ausgeprägtes IPSP

Beschreiben:

• Bei von der Parkinson-Krankheit Nicht-Betroffenen sind die Neurone des Striatums synaptisch mit Nervenzellen der Substantia nigra durch hemmende Synapsen und mit den Nervenzellen des motorischen Cortex sowie untereinander durch erregende Synapsen verbunden.

• Bei von der Parkinson-Krankheit Betroffenen fehlen die hemmenden Synapsen in der Substantia nigra. Es gibt neben der Verschaltung der Zellen im Striatum untereinander nur eine neuronale Verknüpfung zwischen dem Striatum und dem motorischen Cortex jeweils durch erregende Synapsen.

Erläutern:

• Bei Nicht-Betroffenen entstehen durch die Erregungsübertragung von Neuronen des motorischen Cortex im Striatum EPSP, wohingegen die Erregungsübertragung von Neuronen der Substantia nigra IPSP auslöst.

• Es kommt zur räumlichen Summation, wobei EPSP und IPSP an den Axonhügeln der Neurone im Striatum verrechnet werden.

• Die Neurone des Striatums sind miteinander verbunden. Dadurch können sich EPSP in Neuronen, die den Output generieren, zusätzlich verstärken.

• Überschreitet bei diesen Neuronen das Potenzial nach Verrechnung den Schwellenwert, werden Aktionspotenziale ausgelöst. → Output als neuronale oder muskuläre Aktivität im Körper

• Neurone aus der Substantia nigra erzeugen IPSP. Sie wirken somit hemmend auf Neurone des Striatums. Es entstehen so weniger Aktionspotenziale als ohne diese Verschaltung. Der Output in Form von neuronaler oder muskulärer Aktivität ist geringer.

• Bei Patienten, die von der Parkinson-Krankheit betroffen sind, fehlen die synaptischen Verbindungen von Neuronen der Substantia nigra zu Neuronen des Striatums, wodurch die IPSP bei der räumlichen Summation fehlen.

• Beim verrechneten Signal im Striatum fehlt der hemmende Einfluss. Die Aktionspotenzialfrequenz ist höher als bei von der Parkinson-Krankheit Nicht-Betroffenen. Daraus resultiert ein größerer Output in Form von neuronaler oder muskulärer Aktivität.

Begründen:

• Durch den fehlenden hemmenden Einfluss der Neurone der Substantia nigra ist das verrechnete erregende Signal, das von Neuronen des Striatums ausgeht, verstärkt.

• Dadurch werden motorische Bewegungen verstärkt bzw. in ihrer gezielten Feinabstimmung gestört, so dass typische Symptome wie das charakteristische Zittern auftreten.

Hypothese aufstellen:

• Eine Behandlungsmöglichkeit stellt die Verabreichung von Dopamin dar.

• Dieser Neurotransmitter der hemmenden Synapsen führt in höherer Konzentration zu verstärkten IPSP und dadurch zu einem verminderten Output.