Acetylcholin, GABA: Funktion und Unterschiede

Die Funktionsweise der meisten Synapsen beruht auf biochemischer Signalübertragung mittels Neurotransmittern. Neurotransmitter sind heterogene biochemische Stoffe, welche die Information von einer Nervenzelle zur anderen über die Kontaktstelle der Nervenzellen, der Synapse, weitergeben. Die Neurotransmitter werden präsynaptisch ausgeschüttet und docken postsynaptisch an spezifische Rezeptoren anderer Neuronen an, wo sie erregend oder hemmend wirken. Die Neurotransmitter werden im Gehirn produziert. Durch das Andocken an einen Rezeptor können sie ihre Botschaft weiterleiten. Jeder Neurotransmitter definiert ein System - eine spezifische Maschinerie, die für Synthese, Ausschüttung, Wirkung, Wiederaufnahme und Abbau des Transmitters zuständig ist, etwa das dopaminerge System oder das cholinerge System.

Schnelle Kommunikation beruht in der Regel auf den Aminosäure-Neurotransmittern Glutamat, GABA oder Glycin, die Ionenkanäle in der Zelle aktivieren. Durch ihre längerfristige, das Gesamtsystem modulierende Wirkung haben auch Amin-Transmitter wie Serotonin und Dopamin herausragende Bedeutung. Die als „Glückshormone“ bezeichneten Stoffe Serotonin und Dopamin haben eine herausragende Bedeutung. Jeder Neurotransmitter hat seine eigenen, spezifischen Rezeptoren - und in der Regel viele verschiedene davon, die sogenannten Subtypen. Unterscheiden lassen sie sich in Laboruntersuchungen beispielsweise dadurch, wie sie auf andere chemische Verbindungen reagieren. So gibt es bei den Glutamatrezeptoren drei Subtypen. Einer davon lässt sich außer durch Glutamat auch durch eine als „AMPA“ bezeichnete Substanz aktivieren, ein anderer durch die Aminosäure NMDA und der dritte durch die so genannte Kainsäure. Solche Verbindungen, auf welche die Rezeptorsubtypen ansprechen, heißen auch Agonisten. Im Gegensatz dazu stehen die Antagonisten, die einen Rezeptor blockieren statt aktivieren. Unterscheiden lassen sich Rezeptoren auch noch durch ihren Wirkmechanismus. Alle Glutamatrezeptoren etwa, ob nun AMPA-, NMDA- und Kainat-Rezeptor, öffnen bei Aktivierung direkt einen Ionenkanal in der postsynaptischen Membran (ionotrope Rezeptoren).

Die heute bekannten Neurotransmitter lassen sich großteils in drei Substanzklassen einordnen. Die drei häufigsten Transmitter Glutamat, GABA und Glycin sind Aminosäuren - kleine Bausteine von Eiweißmolekülen, wie sie im Körper überall vorhanden sind. Serotonin, Dopamin und weitere Transmitter gehören zu den Aminen, die durch enzymatische Reaktionen aus Aminosäuren gebildet werden. Die dritte Gruppe bilden die Neuropeptide, von denen bis heute mehr als 50 entdeckt wurden. Peptide sind kurze Kettenmoleküle aus Aminosäuren und können von der Zelle genau wie Proteine (lange Aminosäureketten) entsprechend genetisch codierter Baupläne synthetisiert werden.

Die Entdeckung der chemischen Signalübertragung

Im 19. Jahrhundert lieferte die Entdeckung des synaptischen Spalts ein Indiz dafür, dass die Signalübertragung zwischen Nervenzellen chemisch erfolgen könnte. Die hohe Geschwindigkeit der Übertragung ließ viele Forscher dennoch an einen elektrischen Mechanismus glauben. Nicht so Otto Loewi. Der in Frankfurt geborene, später in die USA emigrierte Pharmakologe träumte nach eigener Aussage eines Nachts vom entscheidenden Experiment, wachte davon auf und setzte es sofort erfolgreich um. Dazu legte Loewi ein noch schlagendes Froschherz in eine Salzlösung und stimulierte elektrisch den Vagusnerv, was erwartungsgemäß den Herzschlag verlangsamte. Als Loewi dann ein zweites Froschherz in die gleiche Lösung legte, schlug auch dieses langsamer. Es musste also einen „Vagusstoff“ geben, der die neuronale Kommunikation vermittelt.

Informationsverarbeitung im Gehirn hängt davon ab, dass Netzwerke von Nervenzellen über Synapsen miteinander im Austausch stehen. Aber wie genau kommunizieren die Zellen miteinander? Lange Zeit vermuteten Forscher, dass elektrischer Strom zwischen den Zellen fließt - eine naheliegende Hypothese, schließlich wird innerhalb einer einzelnen Nervenzelle Information vor allem als elektrisches Aktionspotenzial weitergeleitet. Tatsächlich gibt es auch so genannte elektrische Synapsen, die Neuronen verbinden, die ‘gap junctions’. Allerdings sind sie in unserem Nervensystem in der Minderheit. Die meisten Synapsen kommunizieren chemisch miteinander - eine Methode, die schon vor knapp einhundert Jahren von dem Wissenschaftler Otto Loewi eindrucksvoll nachgewiesen wurde. Viele seiner Nachfolger beschäftigten sich seither mit der chemischen Übertragung von elektrischer Erregung an Synapsen und entdeckten, dass diese weit vielfältigere Möglichkeiten bieten als eine einfache elektrische Kontaktstelle. Die Botenstoffe, die an chemischen Synapsen Information übertragen, nennt man Neurotransmitter. In mühsamer Puzzlearbeit konnten Wissenschaftler bis heute Dutzende dieser Substanzen aufspüren. Sie lassen sich in unterschiedliche Klassen einteilen. Die bekanntesten sind wohl Serotonin und Dopamin, die beide auch als „Glückshormone“ gelten.

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Neurotransmitter wandern in der Regel von der Synapse des sendenden Neurons über einen synaptischen Spalt zu einer postsynaptischen Membran, die auf Axon, Dendriten oder Zellkörper einer weiteren empfangenden Nervenzelle sitzen kann. In die Synapse einlaufende elektrische Impulse (Aktionspotenziale) veranlassen die Ausschüttung der chemischen Botenstoffe aus ihren Speicherorten, den synaptischen Vesikeln. Das geschieht durch einen exocytotischen Mechanismus. Sie werden auf der Ausgangsseite, also in der Synapse, auf Vorrat gebildet und in kleinen Bläschen, den Vesikeln, gespeichert. Läuft ein Aktionspotenzial ein, entleeren sich die Vesikel in den synaptischen Spalt. An der postsynaptischen Membran passen die Transmittermoleküle zu bestimmten Rezeptor-​Proteinen wie der Schlüssel ins Schloss. Dort können sie erregend oder hemmend wirken - das hängt jeweils vom Transmitter selbst und in vielen Fällen auch vom speziellen Rezeptortyp ab. Auf jeden Fall entsteht ein Input, den das postsynaptische Neuron zusammen mit den von anderswo einlaufenden Signalen weiterverarbeiten kann.

Nach der Signalübertragung heißt es aufräumen: Damit die Synapse wieder neu funktionsfähig wird, müssen die Transmittermoleküle aus dem Spalt verschwinden. Zumindest bei denjenigen Substanzen, die für schnelle Kommunikation zuständig sind, hilft die präsynaptische Membran mit: Transportproteine sorgen für die Wiederaufnahme des Transmitters im Neuron. Dort wird er entweder wiederverwertet oder abgebaut. Jeder Transmitter braucht also eine speziell auf ihn abgestimmte Maschinerie, damit Synthese, Freisetzung, Wirkung und Wiederaufnahme reibungslos funktionieren. Da Nervenzellen jeweils auf einen oder wenige Transmitter spezialisiert sind, lassen sich jedem Botenstoff konkrete Neuronennetzwerke zuordnen. Besonders bekannte und bedeutsame Beispiele solcher Neurotransmittersysteme sind das cholinerge System rund um den Transmitter Acetylcholin, das serotonerge System mit dem Botenstoff Serotonin und analog das dopaminerge System mit den Neurotransmitter Dopamin.

Um diese drei soll es im Folgenden noch etwas genauer gehen. Eine besondere Eigenschaft dieser drei Netzwerke ist, dass sie relativ kleine Ursprungsgebiete haben, sie also nur von bestimmten, eng gefassten Neuronengruppen produziert werden. Ihr Einfluss aber reicht über 100.000 Synapsen und mehr pro beteiligtem Neuron in sehr viele verschiedene Stellen im Gehirn hinein. Hinzu kommt, dass Acetylcholin, Serotonin und Dopamin im Vergleich etwa zu Glutamat langsamer, länger anhaltend wirken, weil sie nicht nur in jeweils einer einzelnen Synapse ausgeschüttet werden, sondern diffus in einem größeren Gebiet. Sie spielen deshalb eine besondere Rolle bei der Regulierung umfassender Zustände wie Schlaf oder Gemütsverfassung.

Neurotransmittersysteme - Die Wichtigsten

Nervenzellen sind meist auf einen bzw. ganz wenige Neurontransmitter spezialisiert. Infolge dessen, werden jedem Botenstoff spezielle Neuronennetzwerke zugeschrieben. Am bekanntesten sind die Neurontransmitter Systeme wie das cholinerge System, das mit dem Transmitter Acetylcholin arbeitet, das serotonerge System mit Serotonin verbunden und das dopaminerge System welches mit dem Neurontransmitter Dopamin arbeitet.

Gemeinsam haben diese drei Netzwerke die Eigenschaft, dass sie kleine Ursprungsgebiete besitzen, also nur von ganz bestimmten Neuronengruppen produziert werden. Ihr Einfluss jedoch geht über einhunderttausend Synapsen pro beteiligtem Neuron und reicht in sehr unterschiedliche Stellen im Gehirn hinein. Wissen muss man, dass Acetylcholin, Dopamin und Serotonin verglichen mit Glutamat langsamer arbeiten und länger in ihrer Wirkung anhalten. Das kommt von der Tatsache, dass sie diffus in einem größeren Gebiet und nicht nur in einer einzelnen Synapse ausgeschüttet werden. Sie sind für die Regulierung umfassender Zustände wie Schlaf oder die Gemütsverfassung zuständig.

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Acetylcholin: Ein Multitalent

Acetylcholin wurde als erster Neurotransmitter entdeckt. Acetylcholin wurde wohl deshalb als erster Neurotransmitter entdeckt, weil er für das vegetative Nervensystem sowie an der Schnittstelle zwischen motorischen Nerven und Skelettmuskulatur eine entscheidende Rolle spielt. Aber auch im Gehirn finden sich cholinerge Neuronen. Sie können in zwei diffuse Modulationssysteme gegliedert werden. Die wichtigsten davon lassen sich zu zwei diffusen Modulationssystemen zusammenfassen.

Das eine System verbindet von der Basis des Großhirns aus den Hippocampus, Riechkolben und Neocortex. Das eine System innerviert von der Basis des Großhirns aus (zwischen und unter den Basalganglien) Hippocampus, Neocortex und Riechkolben. Diese Zellen gehören zu den ersten, die bei der Alzheimer-​Krankheit absterben. Diese Zellen spielen beim Ausbruch der Alzheimer Krankheit eine große Rolle. Sie sind die ersten, die bei der Alzheimer-Krankheit absterben. Inwieweit es darüber hinaus eine Verbindung zu der Krankheit gibt, ist unklar. Unter den zugelassenen Alzheimer-​Medikamenten, die den Verlust geistiger Fähigkeiten zumindest verzögern sollen, befinden sich aber Wirkstoffe, die den Acetylcholin-​Abbau im Gehirn verlangsamen.

Das zweite System besteht aus Zellen, die im Pons und im Tegmentum vom liegen Mittelhirns. Das zweite System besteht aus Zellen im Pons und im Tegmentum des Mittelhirns. Es wirkt in erster Reihe in den Thalamus hinein, aber auch in hohem Maße ins Großhirn. Es wirkt vor allem in den Thalamus hinein, darüber aber auch stark ins Großhirn. Beteiligt sind die cholinergen Neuronen etwa an der Steuerung von Aufmerksamkeit und der Erregbarkeit des Gehirns während Schlaf- und Wachrhythmus. Beteiligt daran sind die cholinergen Neuronen. Sie verantwortlich für die Steuerung von Aufmerksamkeit und Erregbarkeit des Gehirns im Laufe des Schlaf- und Wachrhythmuses. Darüber hinaus spielt es beim Lernen eine entscheidende Rolle. In Tierversuchen wurde deutlich, dass Acetylcholin die Weiterleitung sensorischer Reize vom Thalamus in die zuständigen Cortex-​Regionen fördert.

Acetylcholin ist ein Neurotransmitter, der im zentralen und peripheren Nervensystem vorkommt. Im zentralen Nervensystem ist er an kognitiven Prozessen beteiligt und an der Erregungsübertragung von einer Nervenzelle an die nachgeschaltete Nervenzelle. Darüber hinaus ist er an der Vermittlung der Muskelkontraktion und weiterer wichtiger Körperfunktionen beteiligt. Weiterhin ist er auch im vegetativen (dem autonomen) Nervensystem wichtig, insbesondere im Sympathikus und im Parasympathikus.

Im Sympathikus und im Parasympathikus werden Informationen über zwei Vorgänge weitergegeben. Zuerst vom prä- auf das postganglionäre Neuron und dann vom postganglionären Neuron an das Zielorgan. Acetylcholin ist sowohl im Sympathikus als auch im Parasympathikus der Neurotransmitter der präganglionären Neuronen. Im Parasympathikus übernimmt er auch die postganglionäre Erregungsübertragung.

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Acetylcholin-Mangel

Einen Acetylcholin-Mangel kannst du durch gesunde Fette ausgleichen. Fetthaltiger Fisch, Fleisch, Geflügel, Eier und fetthaltige Milchprodukte sind reich an Cholin, der Vorstufe von Acetylcholin.

Eine Beeinträchtigung der cholinergen Neurone ist maßgeblich an der Entstehung und für die Symptomatik von Demenzerkrankungen beteiligt.

GABA: Der Inhibitorische Neurotransmitter

GABA (Gamma(y)-Aminobuttersäure) ist ein inhibitorischer Neurotransmitter, der im zentralen Nervensystem vorkommt und in der Bauchspeicheldrüse den Blutzuckerspiegel reguliert. Die Abgabe des Hormons Glucagon, welches für einen Anstieg des Blutzuckerspiegels sorgt, wird gehemmt. Außerdem ist GABA durch seine hemmende Funktion auch an der Regulation des Schlafs beteiligt. Als hemmender Neurotransmitter steht die GABA-Wirkung der Glutamat-Wirkung gegenüber, sie wirken also gegensätzlich. GABA ist der wichtigste inhibitorische Neurotransmitter im ZNS, d. h. durch GABA wird die Nervenimpuls-Übertragung zwischen den Nervenzellen reduziert. GABA wird aus Glutaminsäure, unter Mitwirkung von Vitamin B6, gebildet. Es werden zwei Rezeptortypen unterschieden: GABA-A- und GABA-B-Rezeptoren. Verschiedene Psychopharmaka können den GABA-A-Rezeptor in seiner Effektivität beeinflussen. Etwa 75 Prozent der GABA-A-Rezeptoren haben eine Bindungsstelle für Benzodiazepine, was die Wirksamkeit dieser Medikamente bei Angst- und Spannungszuständen, Schlafstörungen und Krampferkrankungen erklärt.

Die Funktion von GABA im sich entwickelnden Gehirn

Jena/Tübingen - Die Funktion des Neurotransmitters Gamma-Aminobuttersäure (GABA) im lebenden Organismus gemessen haben Wissenschaftler aus Jena und Tübingen. Sie belegen, dass der im erwachsenen Gehirn hemmend wirkende Botenstoff die unreifen Nervenzellen in der frühen Hirnentwicklung aktiviert. Auf Netzwerkebene wirke GABA jedoch von Beginn an hemmend und schütze so das sich entwickelnde Gehirn vor überschießender Spontanaktivität, berichtet die Arbeitsgruppe in Nature Commu­nications.

Die Neurowissenschaftler waren sich bislang nicht einig: Ändert sich der Wirkungs­charakter des Botenstoffes GABA mit der Reifung des Gehirns? Neben Erklärungs­modellen, warum und wie sich diese Wirkung umkehrt, gab es auch Zweifel, ob dem wirklich so ist, stammen die bisherigen Ergebnisse laut der Arbeitsgruppe doch überwiegend aus Messungen an Hirnschnitten.

Knut Kirmse und Knut Holthoff von der Klinik für Neurologie des Uniklinikums Jena konnten diese Zweifel jetzt nach eigenen Angaben ausräumen. Zusammen mit Wissenschaftlern der Universität Tübingen untersuchten sie mittels spezieller Kalzium-Bildgebungstechniken sowie elektrophysiologischer Messungen die Signalprozesse in der Sehrinde von drei bis vier Tage alten Mäusen. „Damit konnten wir erstmals die depolarisierende, also aktivierende Wirkung von GABA auf die unreifen Nervenzellen im intakten Organismus nachweisen“, erklärt Holthoff.

Dabei vereine der Neurotransmitter GABA zwei gegensätzliche Prinzipien: Aktivierung und Hemmung. „GABA depolarisiert zwar die Neuronen, ist aber nicht imstande Aktionspotentiale auszulösen. Auf diese Weise wird eine überbordende Netzwerkaktivität vermieden“, so der Neurobiologe.

GABA Mangel

GABA steigt hingegen an, wenn du beispielsweise Bananen, Brokkoli, Zitrusfrüchte, Linsen, braunen Reis, Fisch, Nüsse, Haferflocken, Spinat, probiotischen Joghurt, Kefir oder Sauerkraut auf deinen Speiseplan setzt.

Unterschiede zwischen Acetylcholin und GABA

Acetylcholin und GABA sind beides wichtige Neurotransmitter, die jedoch unterschiedliche Funktionen im Nervensystem erfüllen:

• Wirkung: Acetylcholin wirkt hauptsächlich erregend, während GABA hauptsächlich hemmend wirkt.
• Funktion: Acetylcholin ist an vielen verschiedenen Funktionen beteiligt, darunter Muskelkontraktion, kognitive Prozesse und Aufmerksamkeit. GABA ist hauptsächlich an der Hemmung der Nervenimpuls-Übertragung beteiligt und reguliert den Schlaf.
• Vorkommen: Acetylcholin kommt im zentralen und peripheren Nervensystem vor, während GABA hauptsächlich im zentralen Nervensystem vorkommt.

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