Die Synapse ist ein entscheidender Punkt der Reizweiterleitung im Nervensystem. Nervengifte, auch Synapsengifte genannt, sind Substanzen, die gezielt in diesen natürlichen Ablauf der Erregungsübertragung zwischen Nervenzellen eingreifen. Sie können an verschiedenen Stellen der Synapse wirken und die Signalübertragung stören. Diese Gifte finden sich sowohl im Tier- als auch im Pflanzenreich, wo sie zur Verteidigung, zum Töten von Beutetieren oder zum Schutz eingesetzt werden. Ihre Wirkungsweise ist vielfältig und kann fatale Folgen haben.
Grundlagen der synaptischen Übertragung
Um die Wirkung von Nervengiften zu verstehen, ist es wichtig, die Grundlagen der synaptischen Übertragung zu kennen.
Eine Synapse besteht aus drei Hauptabschnitten:
- Präsynapse: Das Neuron, von dem die Information kommt.
- Synaptischer Spalt: Der Raum zwischen der präsynaptischen und der postsynaptischen Membran.
- Postsynapse: Die Zelle, die die Information empfängt (Nervenzelle, Muskelzelle oder Drüsenzelle).
Die Signalübertragung an der Synapse erfolgt in folgenden Schritten:
- Ein Aktionspotenzial erreicht das Axonendknöpfchen der präsynaptischen Zelle.
- Calciumkanäle in der präsynaptischen Membran öffnen sich, und Calciumionen strömen in das Zellinnere.
- Mit Neurotransmittern (z.B. Acetylcholin) gefüllte Vesikel wandern zum synaptischen Spalt.
- Die Vesikel verschmelzen mit der präsynaptischen Membran (Vesikelfusion) und setzen die Neurotransmitter in den synaptischen Spalt frei.
- Die Neurotransmitter diffundieren durch den synaptischen Spalt und binden an Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran.
- Die Bindung der Neurotransmitter an die Rezeptoren führt zur Öffnung von Ionenkanälen in der postsynaptischen Zelle.
- Ionen strömen in die postsynaptische Zelle, was zu einer Veränderung des Membranpotenzials führt (Depolarisation oder Hyperpolarisation).
- Wenn die Depolarisation ausreichend stark ist, wird ein neues Aktionspotenzial in der postsynaptischen Zelle ausgelöst, und das Signal wird weitergeleitet.
- Die Neurotransmitter lösen sich von den Rezeptoren, werden entweder enzymatisch abgebaut (z.B. durch Acetylcholinesterase) oder von der präsynaptischen Zelle wieder aufgenommen (Reuptake), um die Signalübertragung zu beenden.
Synapsen können Muskelzellen nicht nur anregen, sondern auch hemmen. Solche mit hemmender Wirkung hyperpolarisieren durch Öffnen der Kalium- und Chlorid-Kanäle der postsynaptischen Membran.
Lesen Sie auch: Synaptische Auswirkungen von Strychnin
Wirkungsweisen von Nervengiften
Nervengifte können an verschiedenen Stellen der Synapse in diesen Ablauf eingreifen und die Signalübertragung stören. Die Wirkungsweise eines Neurotoxins im Körper hängt vom Wirkort in der Synapse ab. Hier sind einige Beispiele für verschiedene Wirkungsweisen:
1. Beeinflussung der Neurotransmitterausschüttung
Einige Nervengifte verhindern die Ausschüttung von Neurotransmittern aus der präsynaptischen Zelle.
- Botulinumtoxin (Botox): Dieses Gift, produziert von Bakterien der Gattung Clostridium, verhindert die Vesikelfusion und somit die Freisetzung von Acetylcholin in den synaptischen Spalt. Es wirkt vor allem in Synapsen zwischen Nerven- und Muskelzellen und führt zu einer schlaffen Lähmung der Muskulatur. Botulinumtoxin wird in der Medizin zur Behandlung von Muskelkrämpfen und Dystonien eingesetzt, sowie in der Kosmetik zur Faltenbehandlung. Die Vergiftung mit Botulinumtoxinen wird Botulismus genannt und ist eine gefürchtete Lebensmittelvergiftung. Ein wichtiges Indiz bei Konserven ist die Wölbung der Konservendeckel nach außen durch den entstehenden Innendruck.
- α-Latrotoxin: Dieses Gift aus dem Gift der Schwarzen Witwe (Spinne) bewirkt eine schlagartige und unkontrollierte Entleerung der synaptischen Vesikel in den synaptischen Spalt. Dadurch wird die nachfolgende Nervenzelle dauerhaft aktiviert, was zu Muskelkrämpfen führt.
2. Beeinflussung des Neurotransmitterabbaus
Einige Nervengifte hemmen die Enzyme, die für den Abbau von Neurotransmittern im synaptischen Spalt verantwortlich sind.
- Alkylphosphate: Diese organischen Phosphatverbindungen, die in Insektiziden (z.B. E 605) und Nervenkampfstoffen vorkommen, hemmen die Acetylcholinesterase, das Enzym, das Acetylcholin abbaut. Dadurch verbleibt Acetylcholin länger im synaptischen Spalt und stimuliert die postsynaptische Zelle übermäßig, was zu Muskelkrämpfen und Atemlähmung führen kann.
3. Beeinflussung der Neurotransmitterrezeptoren
Einige Nervengifte beeinflussen die Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran, an die die Neurotransmitter binden.
- Curare: Dieses Pflanzengift, das von indigenen Völkern Südamerikas als Pfeilgift verwendet wurde, blockiert kompetitiv die Acetylcholinrezeptoren an den motorischen Endplatten. Dadurch kann Acetylcholin nicht an die Rezeptoren binden, und es wird kein Aktionspotenzial in der Muskelzelle ausgelöst. Dies führt zu einer schlaffen Lähmung und zum Tod durch Atemlähmung.
- Atropin: Dieses Gift aus der Tollkirsche (Belladonna) blockiert ebenfalls kompetitiv die Acetylcholinrezeptoren, insbesondere in den Synapsen des Herzens, der Eingeweide und des Irismuskels. Dies führt zu einer Beschleunigung der Herzfrequenz, einer Verringerung der Schweiß- und Speichelbildung, einer Hemmung der Verdauungstätigkeit und einer Pupillenerweiterung. In hohen Dosen kann Atropin Halluzinationen, Bewusstlosigkeit und Atemlähmung verursachen.
- Muskarin: Dieses Pilzgift, das im Fliegenpilz und anderen Pilzarten vorkommt, wirkt wie Acetylcholin und bindet an die muskarinischen Acetylcholinrezeptoren. Im Gegensatz zu Acetylcholin wird Muskarin jedoch nicht abgebaut und verbleibt dauerhaft an den Rezeptoren, was zu einer anhaltenden Stimulation der postsynaptischen Zelle führt. Typische Symptome einer Muskarinvergiftung sind Sehstörungen, Tränen- und Speichelfluss, Schweißsekretion, Erbrechen, Durchfall, Magen-Darm-Störungen, Zittern und Kopfschmerzen.
- Batrachotoxin: Dieses Gift des Schrecklichen Pfeilgiftfroschs bindet ebenfalls an die Acetylcholinrezeptoren der postsynaptischen Membran, führt aber zu einer permanenten Aktivierung, indem es die Natriumkanäle dauerhaft geöffnet hält. Dadurch werden die Muskelzellen übermäßig stimuliert, was zu Muskelkrämpfen und Atemlähmung führen kann.
- Tetrodotoxin (TTX): Dieses Gift, das im Kugelfisch vorkommt, blockiert spannungsgesteuerte Natriumkanäle in der Nervenzellmembran. Dadurch wird die Erregungsleitung in Nerven und Muskeln verhindert, was zu Lähmungserscheinungen, Atemlähmung und Herzversagen führen kann.
4. Beeinflussung der Ionenkanäle
Einige Nervengifte beeinflussen direkt die Ionenkanäle in der postsynaptischen Membran.
Lesen Sie auch: Grundlagen der Signalübertragung an Synapsen
- Tetrodotoxin (TTX): Dieses Gift, das im Kugelfisch vorkommt, blockiert spannungsgesteuerte Natriumkanäle in der Nervenzellmembran. Dadurch wird die Erregungsleitung in Nerven und Muskeln verhindert, was zu Lähmungserscheinungen, Atemlähmung und Herzversagen führen kann.
Tabelle: Übersicht über Nervengifte und ihre Wirkung
| Gift | Quelle | Wirkungsweise | Symptome |
|---|---|---|---|
| Botulinumtoxin (Botox) | Clostridium botulinum (Bakterium) | Hemmt die Vesikelfusion und somit die Freisetzung von Acetylcholin. | Schlaffe Lähmung, Schluck-, Sprech- und Sehstörungen, Atemlähmung. |
| α-Latrotoxin | Schwarze Witwe (Spinne) | Bewirkt eine schlagartige Entleerung der synaptischen Vesikel. | Muskelkrämpfe, Leibschmerzen, Schweißausbrüche, Schlafstörungen, Bluthochdruck, Krämpfe, Herzversagen. |
| Alkylphosphate | Insektizide, Nervenkampfstoffe | Hemmen die Acetylcholinesterase. | Muskelkrämpfe, Atemlähmung. |
| Curare | Lianenpflanzen in Südamerika | Blockiert kompetitiv die Acetylcholinrezeptoren. | Schlaffe Lähmung, Atemlähmung. |
| Atropin | Tollkirsche (Belladonna) | Blockiert kompetitiv die Acetylcholinrezeptoren. | Beschleunigte Herzfrequenz, verringerte Schweiß- und Speichelbildung, Pupillenerweiterung, Halluzinationen, Bewusstlosigkeit, Atemlähmung. |
| Muskarin | Fliegenpilz, andere Pilze | Wirkt wie Acetylcholin und bindet an muskarinische Acetylcholinrezeptoren, wird aber nicht abgebaut. | Sehstörungen, Tränen- und Speichelfluss, Schweißsekretion, Erbrechen, Durchfall, Magen-Darm-Störungen, Zittern, Kopfschmerzen, verlangsamter Puls, niedriger Blutdruck, Atemnot. |
| Batrachotoxin | Schrecklicher Pfeilgiftfrosch | Führt zu einer permanenten Aktivierung der Acetylcholinrezeptoren, indem es die Natriumkanäle dauerhaft geöffnet hält. | Muskelkrämpfe, Atemlähmung. |
| Tetrodotoxin (TTX) | Kugelfisch | Blockiert spannungsgesteuerte Natriumkanäle. | Lähmungserscheinungen, Taubheitsgefühl, Verdauungsbeschwerden, Atemlähmung, Kreislaufversagen, Bewusstseinsstörungen, Herzversagen. |
Bedeutung für Medizin und Forschung
Obwohl Nervengifte oft tödlich sind, haben sie auch wichtige Anwendungen in der Medizin und Forschung gefunden.
- Botulinumtoxin (Botox): Wird zur Behandlung von Muskelkrämpfen, Dystonien, Migräne und zur Faltenbehandlung eingesetzt.
- Curare: Wurde früher als Muskelrelaxans bei Operationen verwendet.
- Atropin: Wird bei der Behandlung von Bradykardie (verlangsamter Herzfrequenz) und als Gegenmittel bei Vergiftungen mit Cholinesterasehemmern eingesetzt.
Darüber hinaus werden Nervengifte in der Forschung eingesetzt, um die Funktion von Synapsen und Neurotransmittern zu untersuchen.
Lesen Sie auch: Deine Razer-Tastatur optimal einrichten mit Synapse
tags: #nervengifte #synapse #tabelle