Die Synapse ist ein essenzieller Verbindungspunkt, der die Übertragung von chemischen oder elektrischen Signalen zwischen Nervenzellen oder von Nervenzellen zu anderen Körperzellen ermöglicht. Synapsen spielen eine entscheidende Rolle im Nervensystem, indem sie die Kommunikation zwischen Neuronen ermöglichen und somit die Grundlage für alle neuronalen Prozesse bilden.
Arten von Synapsen
Es gibt hauptsächlich zwei Arten von Synapsen: chemische und elektrische.
Elektrische Synapsen (Gap Junctions)
Bei elektrischen Synapsen, auch Gap Junctions genannt, wird das Aktionspotenzial direkt in elektrischer Form an die nächste Nervenzelle weitergeleitet. Dies geschieht ohne die Verwendung von Neurotransmittern als Botenstoffe. Prä- und Postsynapse stehen in direktem Kontakt miteinander, wodurch die elektrische Erregungsübertragung verzögerungsfrei stattfindet. Diese Art von Synapse findet sich dort, wo eine schnelle Erregungsübertragung notwendig ist, wie z. B. beim Lidreflex oder in den Herzmuskelzellen. Die Reizweiterleitung kann in beide Richtungen (bidirektional) verlaufen.
Chemische Synapsen
Bei chemischen Synapsen erfolgt die Signalübertragung durch chemische Botenstoffe, die Neurotransmitter. Diese sind in Vesikeln verpackt. Die Erregungsweiterleitung kann nur in eine Richtung erfolgen. Chemische Synapsen sind im Nervensystem von Säugetieren weit verbreitet.
Aufbau einer chemischen Synapse
Eine chemische Synapse besteht aus drei Hauptkomponenten:
Lesen Sie auch: Synapsen verstehen: Ein Überblick
- Präsynaptische Membran: Befindet sich am Axonende eines Neurons, genauer gesagt am synaptischen Endknöpfchen. Im Endknöpfchen sind Vesikel vorhanden, die mit Neurotransmittern gefüllt sind.
- Synaptischer Spalt: Der kleine Zwischenraum zwischen den beiden kommunizierenden Neuronen.
- Postsynaptische Membran: Gehört zum Dendriten der nachfolgenden Nervenzelle und enthält Rezeptoren für die Neurotransmitter.
Ablauf der Erregungsübertragung an einer chemischen Synapse
Die Erregungsübertragung an einer chemischen Synapse ist ein komplexer Prozess, der mehrere Schritte umfasst:
- Aktionspotenzial erreicht das Endknöpfchen: Wenn ein Aktionspotenzial das Endknöpfchen der Präsynapse erreicht, kommt es zu einer Spannungsänderung.
- Öffnung von Calciumkanälen: Spannungsgesteuerte Calciumkanäle öffnen sich, und Calcium-Ionen (Ca2+) strömen in das Endknöpfchen ein, was die Membran depolarisiert.
- Freisetzung der Neurotransmitter: Die Calcium-Ionen bewirken, dass die Vesikel mit der präsynaptischen Membran verschmelzen und die Neurotransmitter in den synaptischen Spalt freisetzen.
- Diffusion der Neurotransmitter: Die Neurotransmitter diffundieren durch den synaptischen Spalt zur postsynaptischen Membran.
- Bindung an Rezeptoren: Die Neurotransmitter binden an rezeptorgesteuerte Ionenkanäle der postsynaptischen Membran.
- Ionenkanalöffnung und postsynaptisches Potential: Durch die Bindung der Neurotransmitter öffnen sich die Ionenkanäle, was zu einem Ionenstrom führt (z.B. Na+-Einstrom). Dies führt zu einer Depolarisation der postsynaptischen Membran und zur Entstehung eines postsynaptischen Potentials (PSP).
- Abbau der Neurotransmitter: Um die Signalübertragung zu beenden, werden die Neurotransmitter entweder enzymatisch abgebaut oder von der Präsynapse wieder aufgenommen (Reuptake).
Beispiel: Acetylcholin an der neuromuskulären Endplatte
Ein bekanntes Beispiel für die Erregungsübertragung ist die Verwendung von Acetylcholin als Neurotransmitter an der neuromuskulären Endplatte. Hier wird Acetylcholin freigesetzt, um eine Muskelkontraktion auszulösen.
- Freisetzung von Acetylcholin: Acetylcholin diffundiert durch den synaptischen Spalt zur postsynaptischen Membran, wo es an rezeptorgesteuerte Ionenkanäle bindet.
- Abbau von Acetylcholin: Mit der Zeit wird das Acetylcholin enzymatisch durch Acetylcholinesterase in Cholin und Acetat zerlegt.
- Wiederaufnahme und Resynthese: Cholin und Acetat werden wieder in die Präsynapse aufgenommen, wo aus ihnen erneut Acetylcholin synthetisiert und in Vesikel verpackt wird.
Exzitatorische und inhibitorische postsynaptische Potentiale (EPSP und IPSP)
Die Art des postsynaptischen Potentials hängt davon ab, welche Ionenkanäle geöffnet werden und welche Ionen ein- oder ausströmen.
Exzitatorisches postsynaptisches Potential (EPSP)
Ein EPSP entsteht, wenn sich Ionenkanäle öffnen und es zu einem Einstrom von Na+-Ionen in die postsynaptische Membran kommt. Das Potential steigt an, da die Natrium-Ionen positiv geladen sind. Wird die Spannung positiver bzw. nimmt die negative Spannung ab, spricht man von einer Depolarisation. Die ankommenden EPSPs summieren sich und werden in Form eines Aktionspotentials weitergegeben, wenn der Schwellenwert von ca. -50 mV überschritten wird.
Inhibitorisches postsynaptisches Potential (IPSP)
Bei einer hemmenden Synapse kann es zu einem inhibitorischen postsynaptischen Potential kommen. Die Spannung der Postsynapse nimmt ab, bis unter dem Wert des Ruhepotentials (ca. -70 mV) und stoppt dadurch die Erregung. Das wird auch als Hyperpolarisation bezeichnet. Ursache hierfür sind Kalium- und Chloridkanäle, die durch Neurotransmitter geöffnet werden. K+-Ionen strömen aus der Zelle heraus und Cl--Ionen in die Zelle hinein.
Lesen Sie auch: Wie funktioniert die Erregungsübertragung an Synapsen?
Bedeutung der Synapsen für das Nervensystem
Synapsen sind entscheidend für die Funktion des Nervensystems. Sie ermöglichen die Übertragung und Verarbeitung von Informationen, die für alle neuronalen Prozesse notwendig sind.
Informationsübertragung
Synapsen sorgen für die Reiz-/Erregungsweiterleitung von einem Neuron zum nächsten, wobei eine Umwandlung von elektrischer Information in chemische Information erfolgt. Pro Neuron gibt es ca. 1.000 bis 10.000 Synapsen. Die Frequenz des Aktionspotentials und damit die Stärke des ursprünglichen Reizes wird durch die Konzentration der Neurotransmitter weitergegeben.
Neuronale Verrechnung
Die Einzelsubstanzen des Neurotransmitters werden zur präsynaptischen Membran zurücktransportiert, in das Endknöpfchen aufgenommen, in den ursprünglichen Zustand zurückverwandelt und erneut verwendet. Neben Acetylcholin wird eine Reihe weiterer Neurotransmitter im ZNS (zentralen Nervensystem) benutzt. Ihre Wirkungsweise ist je nach Zelltyp, in dem sie vorkommen, unterschiedlich. Des Weiteren hängt sie maßgeblich von der Rezeptorfunktion ab.
Pharmakologische Beeinflussung der Synapsen
Die Funktion der Synapsen kann durch verschiedene Substanzen und Medikamente beeinflusst werden. Einige Substanzen können die Freisetzung von Neurotransmittern fördern, während andere die Rezeptoren blockieren oder die Wiederaufnahme hemmen können.
Beispiele für Substanzen und ihre Wirkung
- Nikotin: Aktiviert postsynaptische Rezeptoren, die auch durch Acetylcholin aktiviert werden.
- Atropin: Hemmt Acetylcholin-Rezeptoren, indem es die Bindung von Acetylcholin verhindert.
Lesen Sie auch: Die Rolle der Synapsen im Nervensystem
tags: #erregungsübertragung #synapse #einfach #erklärt