Nervengifte, auch bekannt als Synapsengifte, sind Substanzen, die die Erregungsübertragung zwischen Nervenzellen stören. Sie können an verschiedenen Stellen der Synapse wirken und unterschiedliche Auswirkungen auf den Körper haben. Diese Gifte finden sich hauptsächlich im Tier- und Pflanzenreich und können sowohl exogener als auch endogener Natur sein. Exogene Neurotoxine werden aus der Umwelt aufgenommen, während endogene Neurotoxine im Körper selbst hergestellt werden.
Die Synapse: Angriffspunkt der Nervengifte
Die Synapse ist die Struktur, die die Kommunikation zwischen zwei Nervenzellen oder zwischen einer Nervenzelle und einer Muskelzelle ermöglicht. Dieser Bereich besteht aus der präsynaptischen Membran, dem synaptischen Spalt und der postsynaptischen Membran. Neurotoxine entfalten ihre Wirkung, indem sie in diese Prozesse eingreifen.
Präsynaptische Wirkung
Einige Nervengifte wirken auf die präsynaptische Membran, wo sich Calciumionenkanäle befinden. Diese Kanäle öffnen und schließen sich, um den Einstrom von Calciumionen zu regulieren, was für die Freisetzung von Neurotransmittern notwendig ist.
- α-Latrotoxin (Gift der schwarzen Witwe): Dieses Toxin führt zu einem übermäßigen Einstrom von Calciumionen in die präsynaptische Zelle. Dies bewirkt die Entleerung aller vorhandenen Vesikel in den synaptischen Spalt, was zu einer Dauererregung der nachfolgenden Nervenzelle führt. Die Folge sind Muskelkrämpfe.
- Botulinumtoxin (Botox): Dieses Bakteriengift verhindert die Vesikelfusion, also das Verschmelzen der Vesikel mit der präsynaptischen Membran. Dadurch kann der Neurotransmitter Acetylcholin nicht freigesetzt werden, was vor allem in Synapsen zwischen Nerven- und Muskelzellen stattfindet. Das Bakterium Clostridium botulinum findet sich vor allem in verdorbenem Essen.
- Tetrodotoxin (Gift des Kugelfisches): Tetrodotoxin blockiert die spannungsabhängigen Natriumkanäle, wodurch die Wiederaufnahme von Neurotransmittern verhindert wird. Dies führt zu einer schlaffen Lähmung, da keine Signale mehr weitergegeben werden können.
Wirkung im synaptischen Spalt
Im synaptischen Spalt befinden sich Enzyme, die Neurotransmitter abbauen und somit ihre Wirkungsdauer regulieren.
- Insektizid E 605 (Parathion): Dieses Insektizid hemmt die Aktivität der Acetylcholinesterase, eines Enzyms, das Acetylcholin in Acetat und Cholin spaltet. Dadurch bleibt Acetylcholin länger im synaptischen Spalt und erregt die postsynaptische Zelle dauerhaft. Dies führt zu Muskelkrämpfen und kann zum Tod durch Atemlähmung führen.
- Gift der Grünen Mamba: Dieses Gift hemmt die Acetylcholinesterase allosterisch, was ebenfalls zu einer verlängerten Wirkung von Acetylcholin führt.
Postsynaptische Wirkung
Die postsynaptische Membran enthält spezielle Rezeptoren, an die Neurotransmitter binden können. Durch diese Bindung öffnen sich Ionenkanäle, durch die Ionen in die Nervenzelle ein- oder ausströmen.
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- Curare: Dieses Gift blockiert die Acetylcholin-Rezeptoren und verhindert, dass Acetylcholin selbst binden kann. Dadurch bleiben die Kanäle geschlossen und es können keine Natriumionen in die Zelle strömen. Die Curare-Wirkung führt dazu, dass kein Signal weitergeleitet wird und die Muskeln erschlaffen. Schließlich kommt es zum Atemstillstand. Indigene Völker Südamerikas tränkten ihre Pfeile für die Jagd damit.
- Batrachotoxin (Gift des Schrecklichen Pfeilgiftfroschs): Dieses Toxin bindet an den Acetylcholin-Rezeptor und verhindert das Schließen der Natriumkanäle. Dadurch wird der Natriumeinstrom erhöht, was zu einer Dauererregung der Muskelzellen führt.
- Atropin (Gift der Tollkirsche): Atropin hat eine ähnliche Struktur wie Acetylcholin und wirkt daher als kompetitiver Hemmstoff. Es setzt sich in die Rezeptoren der Natriumkanäle der postsynaptischen Membran und verhindert so deren Öffnung durch Acetylcholin. Atropin wirkt vor allem auf Acetylcholin-Rezeptoren in Synapsen des Herzens, der Eingeweide und der Irismuskel des Auges.
Beispiele für Nervengifte und ihre Wirkungen
Atropin
Atropin ist ein Neurotoxin, das natürlicherweise in der Tollkirsche (Atropa belladonna) vorkommt. Der Name "belladonna" bedeutet übersetzt "Schöne Frau", da es früher zur Erweiterung der Pupillen verwendet wurde. Atropin blockiert Acetylcholin-Rezeptoren, was zu einer Hemmung des parasympathischen Nervensystems führt. Dies hat zur Folge, dass der Körper in einen "Kampf-oder-Flucht"-Zustand versetzt wird, mit erhöhtem Herzschlag, geweiteten Pupillen und verminderter Verdauungsleistung.
Botulinumtoxin (Botox)
Botulinumtoxin ist das stärkste bekannte Gift und wird von Bakterien wie Clostridium botulinum produziert, die in verdorbenem Fleisch vorkommen können. Es verhindert die Freisetzung von Acetylcholin an der präsynaptischen Membran, was zu einer schlaffen Lähmung führt. In stark verdünnter Form wird es als Botox zur Faltenbehandlung eingesetzt.
Curare
Curare wird von indigenen Völkern Südamerikas aus bestimmten Lianen gewonnen und als Pfeilgift verwendet. Es blockiert kompetitiv die Acetylcholin-Rezeptoren an der motorischen Endplatte, was zu einer Muskelerschlaffung und schließlich zum Atemstillstand führt.
Alpha-Latrotoxin
Alpha-Latrotoxin ist das Gift der Schwarzen Witwe, einer Spinne. Es bewirkt eine sofortige Entleerung aller synaptischen Vesikel der motorischen Endplatten, was zu einer Dauererregung und Muskelkrämpfen führt. Der Tod kann durch Herzversagen eintreten.
Muskarin
Muskarin ist ein Gift des Fliegenpilzes, das wie Acetylcholin wirkt und an dessen Rezeptoren andockt. Da es jedoch nicht von der Acetylcholinesterase abgebaut werden kann, verbleibt es im Rezeptor und verursacht Magenkrämpfe und Atemlähmung. In geringen Dosen kann es jedoch auch eine halluzinogene Wirkung haben.
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Nikotin
Nikotin, das Gift der Tabakpflanze, wirkt wie Acetylcholin, kann aber von der Cholinesterase nicht abgebaut werden. Es wirkt über GABA- und Glycin-Rezeptoren und kann sowohl aktivierende als auch hemmende Wirkungen haben.
Alkylphosphate
Alkylphosphate sind organische Phosphatverbindungen, die in Kampfgasen und Insektiziden wie E 605 vorkommen. Sie hemmen die Cholinesterase, was zu einer Dauererregung der Muskeln und zum Tod durch Atemlähmung führt.
Schlaffe und starre Lähmung
Nervengifte können entweder eine schlaffe oder eine starre Lähmung verursachen.
- Schlaffe Lähmung: Hier wird die Erregungsweiterleitung blockiert, was dazu führt, dass eine Muskelkontraktion nicht stattfindet und der Muskel schlaff bleibt. Beispiele hierfür sind Botulinumtoxin und Curare.
- Starre Lähmung: Hier kommt es zu einer Dauererregung, bei der der Muskel durchgängig kontrahiert ist und starr wird. Beispiele hierfür sind Alpha-Latrotoxin und E 605.
Neurotoxine und ihre vielfältigen Wirkmechanismen
Neurotoxine sind vielfältige Substanzen, die auf unterschiedliche Weise in die Funktion von Nervenzellen eingreifen können. Ihre Wirkungen reichen von der Blockierung der Neurotransmitterfreisetzung bis zur dauerhaften Aktivierung von Rezeptoren. Das Verständnis dieser Mechanismen ist entscheidend für die Entwicklung von Gegengiften und Therapien bei Vergiftungen.
Synapsengifte in der Forschung
Synapsengifte spielen auch eine wichtige Rolle in der Forschung. Sie werden eingesetzt, um die Funktion von Synapsen und Neurotransmittern zu untersuchen und neue Medikamente zu entwickeln. Beispielsweise wird Botulinumtoxin in der Medizin zur Behandlung von Muskelkrämpfen und anderen neurologischen Erkrankungen eingesetzt.
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