Synapsen sind essenzielle Verbindungsstellen im Nervensystem. Sie ermöglichen die Reizweiterleitung und Signalübertragung zwischen Nervenzellen oder zwischen Nervenzellen und Sinnes-, Muskel- oder Drüsenzellen. Aber was genau ist eine Synapse und wie funktioniert sie? Dieser Artikel erklärt die Synapsenfunktion auf einfache Weise, sodass auch Kinder sie verstehen können.
Was ist eine Synapse?
Eine Synapse ist der Verbindungsbereich zwischen zwei Zellen, meist Nervenzellen. Ihre Funktion ist das Übertragen von chemischen oder elektrischen Signalen von einer Nervenzelle zu ihrer Nachbarzelle. Man kann sich eine Synapse wie eine Brücke zwischen zwei Neuronen vorstellen. Es gibt verschiedene Arten von Synapsen, aber im Wesentlichen bestehen sie aus drei Teilen:
- Präsynapse: Die präsynaptische Zelle ist das Neuron, von dem die Information kommt. Hier befindet sich das synaptische Endknöpfchen.
- Synaptischer Spalt: Der synaptische Spalt ist der Raum zwischen der präsynaptischen und der postsynaptischen Membran.
- Postsynapse: Die postsynaptische Zelle ist die Empfängerin der Informationsübertragung in einer Synapse.
Wie funktioniert die Signalübertragung an der Synapse?
Die Signalübertragung an einer Synapse ist ein komplexer, aber faszinierender Prozess. Hier ist eine vereinfachte Erklärung:
- Aktionspotenzial erreicht das Endknöpfchen: Wird eine Nervenzelle erregt, wird diese Erregung innerhalb des Neurons als Aktionspotenzial elektrisch vom Zellkörper über das Axon bis zum synaptischen Endknöpfchen weitergeleitet. Das Aktionspotenzial wandert immer vom Axonhügel über das Axon bis zum Endknöpfchen.
- Calcium-Ionen strömen ein: Erreicht ein Aktionspotenzial das Endknöpfchen, öffnen sich Ionenkanäle in der Zellmembran. Der Anstieg der Ionenkonzentration in den Nervenzellen bewirkt, dass die Vesikel mit der präsynaptischen Membran verschmelzen.
- Neurotransmitter werden freigesetzt: Im Endknöpfchen befinden sich Vesikel mit Botenstoffen, den Neurotransmittern. Durch den Calciumeinstrom verschmelzen die Vesikel mit der präsynaptischen Membran und entlassen die Neurotransmitter in den synaptischen Spalt.
- Neurotransmitter binden an Rezeptoren: Die Neurotransmitter gelangen daraufhin in den synaptischen Spalt und binden an Rezeptoren in der postsynaptischen Membran. Diese Bindung hat zur Folge, dass sich in der postsynaptischen Zelle Ionenkanäle öffnen und ein Aktionspotenzial ausgelöst wird.
- Signalübertragung: Durch das Öffnen der Ionenkanäle in der postsynaptischen Membran wird ein neues Aktionspotenzial ausgelöst oder die Zelle gehemmt. Dieser Ein- und Ausstrom hat eine positive oder negative Veränderung der Spannung zur Folge (= postsynaptisches Potential). Die Erregung / Hemmung findet solange statt, wie die Neurotransmitter an den Rezeptoren gebunden sind.
- Entfernung der Neurotransmitter: Die Neurotransmitter lösen sich von den Rezeptoren, werden enzymatisch zerlegt und wieder von der präsynaptischen Zelle aufgenommen. Die Neurotransmitter werden enzymatisch abgebaut (z. B. die die Reizweiterleitung an chemischen Synapsen stören oder verhindern können. Sie hemmen dann die Informationsübertragung an Synapsen an unterschiedlichen Stellen. Das Enzym Cholinesterase spaltet Acetylcholin beispielsweise in Cholin und Essigsäure (Acetat). Acetat und Cholin werden zur präsynaptischen Membran zurückgeführt $\rightarrow$ aktiv aufgenommen. Regeneration der Neurotransmittervesikel für das nächste Aktionspotential: Acetat und Cholin $\rightarrow$ Acetylcholin.
Arten von Synapsen
Es gibt verschiedene Arten von Synapsen, die sich hauptsächlich in der Art der Signalübertragung unterscheiden:
- Chemische Synapsen: Sie sind die häufigste Form. Hier erfolgt die Signalübertragung durch Neurotransmitter.
- Elektrische Synapsen: Hier wird die Erregung direkt von Nervenzelle zu Nervenzelle durch elektrische Signale übermittelt. Elektrische Synapsen kommen in unserem Körper eher selten vor. Du findest sie dort, wo eine schnelle Erregungsleitung wichtig ist.
Auch nach dem Botenstoff lassen sich verschiedene Arten von Synapsen unterscheiden. Cholinerge Synapsen verwenden Acetylcholin als Neurotransmitter. Glutamat ist der wichtigste exzitatorische Neurotransmitter im zentralen Nervensystem. Die GABAerge Synapse nutzt γ-Aminobuttersäure (GABA) als Transmitter und ist der wichtigste hemmende Mechanismus im ZNS. Glycin ist ein weiterer hemmender Transmitter, der vor allem im Rückenmark und Hirnstamm aktiv ist. Dopamin ist ein biogenes Amin mit vielfältigen Wirkungen im ZNS. Serotonin (5-Hydroxytryptamin, 5-HT) ist ein weiterer modulierender Neurotransmitter mit essentieller Bedeutung für Stimmung, Schlaf-Wach-Rhythmus, Appetit und Schmerzverarbeitung. Adrenerge Synapsen verwenden Noradrenalin (Norepinephrin) oder Adrenalin (Epinephrin). Neuropeptide wirken meist als Co-Transmitter und modulieren die Wirkung klassischer Transmitter.
Lesen Sie auch: Synaptische Auswirkungen von Strychnin
Synaptische Plastizität
Synapsen sind nicht statisch, sondern unterliegen ständigen Veränderungen. Sie können verstärkt, neu gebildet oder umgebaut werden (synaptische Plastizität). Dementsprechend schwankt die Anzahl der Synapsen im menschlichen Körper.Gedächtnisprozesse verändern das Gehirn auf Zellebene: Bei der Langzeitpotenzierung vergrößern sich Synapsen, wenn ein Inhalt ins Langzeitgedächtnis übertragen wird.
Bedeutung der Synapsen
Die Synapsen spielen eine entscheidende Rolle für die Funktion unseres Nervensystems. Sie ermöglichen:
- Reizweiterleitung: Die Synapse Funktion ist entscheidend für die Reizweiterleitung und Erregungsweiterleitung von einem Neuron zum nächsten.
- Informationsverarbeitung: Die besondere Struktur und Wirkweise ermöglicht nicht nur eine präzise Signalübertragung, sondern auch eine feine Modulation der neuronalen Kommunikation, was sie grundlegend für höhere Hirnfunktionen wie Lernen, Gedächtnis oder Wahrnehmung macht.
- Anpassungsfähigkeit: Die synaptische Plastizität ermöglicht es dem Gehirn, sich an neue Erfahrungen anzupassen und zu lernen.
Störungen der Synapsenfunktion
Wenn Synapsen nicht richtig funktionieren, ist die Informationsübertragung gestört. Das kann zu Erkrankungen führen. Viele Krankheiten des Gehirns haben ihre Ursache in der Störung der synaptischen Übertragung, z. B. Depressionen oder andere mentale Erkrankungen. Medikamente können die Abläufe an den Synapsen wieder ins Gleichgewicht bringen.
Die Wirkung von einigen Giften beruht darauf, dass die Substanzen die normalen Prozesse an der Synapse stören. Beispielsweise verhindert das Botulinumtoxin (Botox), dass die Vesikel mit den Neurotransmittern mit der präsynaptischen Membran verschmelzen können. Ein anderes Beispiel ist Curare. Dieses Gift wurde von Ureinwohnern Südamerikas zum Jagen verwendet. Curare blockiert an Synapsen zwischen Nerven- und Muskelzellen die Rezeptoren auf der postsynaptischen Seite, sodass die Neurotransmitter nicht mehr binden können. Es aktiviert postsynaptische Rezeptoren, die auch durch Acetylcholin aktiviert werden. Atropin dagegen hemmt Acetylcholin-Rezeptoren, indem es die Bindung von Acetylcholin verhindert.
Lesen Sie auch: Grundlagen der Signalübertragung an Synapsen
Lesen Sie auch: Deine Razer-Tastatur optimal einrichten mit Synapse