Synapse Funktion leicht erklärt

Die Synapse ist eine spezialisierte Struktur im Nervensystem, die eine entscheidende Rolle bei der Kommunikation zwischen Nervenzellen (Neuronen) und anderen Zellen spielt. Ohne Synapsen könnten unsere Nervenzellen nicht miteinander in Verbindung treten, was sie zu einem fundamentalen Bestandteil des Nervensystems macht. Die Synapse ermöglicht es einem Neuron, ein elektrisches oder chemisches Signal an ein anderes Neuron oder eine Effektorzelle weiterzugeben. Die synaptische Verbindung ermöglicht eine hohe Flexibilität und Plastizität des Gehirns. Das Nervensystem kann sich ständig an neue Erfahrungen, Lernvorgänge und Veränderungen anpassen.

Was ist eine Synapse?

Im Nervensystem wird die Kontaktstelle, an der eine Nervenzelle ein Signal an eine andere Zelle weitergibt, als Synapse bezeichnet. Diese Kontaktstelle ist keine starre Verbindung, sondern ein hochdynamischer Bereich, der Reize gezielt weiterleitet, filtert, verstärkt oder hemmt. Synapsen finden sich überall dort, wo Nervenzellen Reizinformationen weiterleiten. 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.

Die Anzahl der Verbindungsstellen der Neuronen im menschlichen Gehirn ist nahezu unmöglich zu erfassen.

Die Bestandteile einer Synapse

Eine typische Synapse besteht aus drei Hauptteilen:

1. Präsynaptische Membran: Hier (im Synapsenendknöpfchen eines Neurons) findest du die chemischen Kanäle. Das Neuron, welches das Signal an ein anderes Neuron sendet, wird als präsynaptisches Neuron bezeichnet. Das präsynaptische Element enthält Vesikel mit Neurotransmittern und spannungsabhängige Calciumkanäle.
2. Synaptischer Spalt: Das ist der Bereich, an dem zwei Zellen aufeinander treffen. Nervensystem: Histologie ist der sogenannte synaptische Spalt. Der winzige Zwischenraum (etwa 20-50 Nanometer breit) trennt das Endknöpfchen von der nächsten Zelle.
3. Postsynaptische Membran: Hier treffen die Neurotransmitter auf den Dendriten einer neuen Zelle. Das Neuron, das das Signal empfängt, wird als die Bezeichnung postsynaptisches Neuron trägt.

Die postsynaptische Membran gehört zum Dendriten der nachfolgenden Nervenzelle. Neben diesen Hauptbestandteilen existiert noch eine Vielzahl regulierender Proteine, Enzyme und Transportmechanismen, die für Präzision und Selektivität in der Signalübertragung sorgen.

Lesen Sie auch: Synaptische Auswirkungen von Strychnin

Arten von Synapsen

Biologen unterscheiden hauptsächlich chemische und elektrische Synapsen. Man unterscheidet zwischen elektrischen und chemischen Synapsen. Synapsen findest du an den unteren Enden der Nervenzelle im Gehirn. Die Hauptaufgabe der Endknöpfchen ist die Weiterleitung von Reizen.

Chemische Synapse

Bei der chemischen Synapse erfolgt die Informationsübertragung durch Neurotransmitter, die den synaptischen Spalt überqueren und an Rezeptoren der Zielzelle binden. An einer chemischen Synapse werden elektrische Signale als erstes in chemische Signale umgewandelt. Chemische Synapsen arbeiten mit Neurotransmittern und sind die Mehrheit im menschlichen Gehirn. Sie sind oft nur in eine Richtung leitend (unidirektional).

Die Übertragung der Erregung erfolgt durch einen Neurotransmitter, einem chemischen Botenstoff. Die Erregungsweiterleitung kann nur in eine Richtung erfolgen. Diese Synapse herrscht bei Säugetieren vor und wird in diesem Kapitel behandelt.

Elektrische Synapse

Elektrische Synapsen leiten durch Ionenkanäle das elektrische Signal sofort weiter. Im Gegensatz dazu ist die elektrische Synapse direkter verbunden - hier fließen Ionen durch Gap Junctions direkt von einer Zelle zur anderen, was eine viel schnellere Übertragung ermöglicht. Elektrische Synapsen kommen seltener vor, sind aber wichtig für schnelle Reaktionen. Elektrische Synapsen bestehen aus Gap Junctions, bei denen Ionen direkt von einer Zelle zur anderen fließen können. Sie sind sehr schnell und ermöglichen auch eine bidirektionale Signalübertragung.

Die Übertragung der Erregung erfolgt an zwei eng aneinanderliegenden Membranen über spezielle Ionenkanäle, den Konnexionen. Es findet ein direkter Austausch von Ladungsträgern statt, die zur Erzeugung eines Aktionspotentials führen. Die Erregungsweiterleitung kann in beide Richtungen erfolgen. Die Synapsen finden sich überall dort, wo eine besonders rasche Reizübertragung notwendig ist.

Lesen Sie auch: Grundlagen der Signalübertragung an Synapsen

Erregende und hemmende Synapsen

Biologen unterscheiden außerdem erregende und hemmende Typen voneinander. Erregende Synapsen sorgen für eine Depolarisation (Erregung) der Zielzelle - typisches Beispiel: Glutamat wirkt stimulierend im Gehirn. Hemmende Synapsen dagegen hyperpolarisieren ihre Zielzelle, bremsen also den Signalfluss - wie GABA oder Glycin. Hemmende Varianten erzeugen hingegen ein inhibitorisches postsynaptisches Signal (IPSP) aus.

Wie funktioniert die Erregungsübertragung an der chemischen Synapse?

Die Synapse Funktion ist entscheidend für die Reizweiterleitung und Erregungsweiterleitung von einem Neuron zum nächsten. Die Synapsen sorgen für die Erregungsweiterleitung durch die Umwandlung von elektrischen Informationen in chemische Informationen. Diese Synapse wird daher auch chemische Synapse genannt. Die Übertragung der Erregung wird mittels chemischer Botenstoffen, den sogenannten Neurotransmittern, realisiert. Dabei läuft die Weiterleitung der Reize immer nur in eine Richtung ab. Chemische Synapsen kommen im Nervensystem von Säugetieren vor und damit auch beim Menschen.

1. Das Aktionspotential gelangt über das Axon der Nervenzelle an die präsynaptische Membran. Ein Aktionspotential erreicht das Endknöpfchen (Synapse) $\rightarrow$ Spannungsänderung!
2. Die Spannung führt dazu, dass die Calcium-Ionenkanäle geöffnet werden. Dadurch können Ca+-Ionen in die Zelle strömen. Spannungsabhängige Calcium-Kanäle öffnen sich. Calcium(Ca2+)-Ionen strömen in das Endknöpfchen $\rightarrow$ Positivierung $\rightarrow$ Depolarisation der Membran!
3. Die erhöhte Calcium-Konzentration in der Zelle führt dazu, dass die Vesikel mit der präsynaptischen Membran verschmelzen. Mit Neurotransmitter gefüllte Vesikel bewegen sich darauf hin zur Präsynapse, und verschmelzen dort mit ihr. Die Neurotransmitter werden dadurch in den synaptischen Spalt ausgeschüttet.
4. Die freigesetzten Neurotransmitter binden sich nun an die Rezeptoren der Ionenkanäle. Der Neurotransmitter diffundiert durch den synaptischen Spalt zur Postsynapse. Der Neurotransmitter (Ligand) bindet an ligandengesteuerte Kanäle in der postsynaptischen Membran. Diese öffnen sich daraufhin (Ioneneinstrom, z.B. Na+).
5. Nach einer Weile lösen sich die Neurotransmitter wieder von den Rezeptoren.
6. Das Acetylcholin wird durch Enzyme im synaptischen Spalt abgebaut. Enzym baut den Transmitter ab: Acetylcholin wird z.B. von der Cholinesterase in zwei transportable Bestandteile, Acetat und Cholin, gespalten.
7. Acetat und Cholin $\rightarrow$ zurück zur präsynaptischen Membran $\rightarrow$ aktiv aufgenommen. Regeneration der Neurotransmittervesikel für das nächste Aktionspotential: Acetat und Cholin $\rightarrow$ Acetylcholin.

Bedeutung der Synapse

Die Synapse ist viel mehr als nur ein schlichter Verbindungsdraht zwischen Nervenzellen. Sie ist ein Wunderwerk präziser Biologie - hochspezialisiert, flexibel, und letztlich die Grundlage für alles, was wir denken, erinnern, fühlen und lernen. Die Hauptaufgabe der Endknöpfchen ist die Weiterleitung von Reizen. Sie ermöglicht die Weiterleitung von Informationen in Form von elektrischen oder chemischen Signalen. Synapsen bilden das Fundament für alle Funktionen des Nervensystems: Sie verknüpfen Milliarden von Nervenzellen zu Netzwerken und ermöglichen Wahrnehmung, Bewegung, Denken und Lernen. Sie bestimmen, wie Informationen im Gehirn fließen und verarbeitet werden.

Flexibilität und Plastizität

Die synaptische Verbindung ermöglicht eine hohe Flexibilität und Plastizität des Gehirns. Das Nervensystem kann sich ständig an neue Erfahrungen, Lernvorgänge und Veränderungen anpassen. Die synaptische Spalt ermöglicht es, unerwünschte Signale oder Störungen zu filtern. Die synaptische Übertragung erlaubt es dem Gehirn, die Stärke der Verbindungen und damit die Reizübertragung zu modulieren. Dies spielt eine wichtige Rolle in der Regulierung von Gehirnfunktionen.

Spezifität

Die synaptische Übertragung ermöglicht eine spezifische und zielgerichtete Kommunikation zwischen Nervenzellen.

Lesen Sie auch: Deine Razer-Tastatur optimal einrichten mit Synapse

Synaptische Dysfunktion und Krankheiten

Nicht immer funktioniert die synaptische Übertragung reibungslos.

• Myasthenia gravis: Autoimmunerkrankung, die durch eine Produktion von Autoantikörpern gegen Acetylcholinrezeptoren auf der postsynaptischen Membran gekennzeichnet ist. Rezeptoren blockiert sind, wird die Muskelkontraktion gehemmt. Betroffene berichten von Erschöpfung und Müdigkeit am Ende des Tages.
• Parkinson-Krankheit: neurodegenerative Erkrankung, bei der die Produktion von Dopamin durch Zerstörung der produzierenden Zellen in der Substantia nigra vermindert ist.
• Tetanustoxin: Verhinderung der Freisetzung des hemmenden Neurotransmitters GABA. Muskelphysiologie der Skelettmuskulatur, die sich durch Krämpfe zeigt. Besonders betroffen ist die Kiefermuskulatur. Dadurch entsteht das klassische Zeichen der Kieferklemme. Im Verlauf wird zudem die Atemmuskulatur gelähmt.
• Botulismus: Botulinumtoxin gehört zu den giftigsten bekannten Proteinen. Clostridien produziert. Wenn Botulinumtoxin an die synaptischen Vesikelproteine und Ganglioside bindet, verhindert es die Freisetzung von Acetylcholin, einem stimulierenden Neurotransmitter.
• Autismus-Spektrum-Störung: neurologische Entwicklungsstörung, die durch reduzierte soziale Fähigkeiten, eingeschränkte Interessen und soziale Interaktionen sowie sich wiederholende und stereotype Verhaltensweisen gekennzeichnet ist. Diese Störung wird aufgrund der großen Variabilität in der Ausprägung und Symptomatik als „Spektrum“ bezeichnet. Autismus-Spektrum-Störung leiden unter schweren Beeinträchtigungen der Sprachfähigkeit und des Intellekts, während andere einen normalen oder sogar fortgeschrittenen Intellekt aufweisen.
• Chorea Huntington: progressive neurodegenerative Erkrankung mit autosomal-dominanter Vererbung. Sie wird durch vervielfältigte CAG-Triplett-Wiederholungen (Cytosin-Adenin-Guanin) im Huntingtin-Gen (HTT) verursacht. Zum klinischen Erscheinungsbild im Erwachsenenalter gehören eine Bewegungsstörung, die als Chorea bezeichnet wird. Es handelt sich dabei um abrupte, unwillkürliche Bewegungen des Gesichts, des Rumpfes und der Extremitäten.
• Schizophrenie: schwere chronische psychische Störung. Schizophrenie ist gekennzeichnet durch das Vorhandensein psychotischer Symptome, desorganisierten Sprechens oder Verhaltens, Affektverflachung, Avolition, Anhedonie, verminderte Aufmerksamkeitsfähigkeit und Alogie.
• Depressionen wiederum werden u. a.

tags: #synapse #funktion #leicht #erklärt