Endknöpfchen und Synapse: Ein detaillierter Vergleich

Im menschlichen Körper ermöglichen Hunderte von Milliarden von Nervenzellen die Signalübertragung von den Sinnesorganen zum Gehirn und vom Gehirn zu Organen und der Körperperipherie. Diese Nervenzellen, auch Neuronen genannt, sind auf die Aufnahme, Weiterleitung und Verarbeitung von Reizen aus der Umwelt spezialisiert und bilden ein komplexes Netzwerk. Eine Schlüsselrolle bei dieser Signalübertragung spielen die Synapsen, die Verbindungsstellen zwischen den Nervenzellen darstellen.

Die Nervenzelle: Baustein des Nervensystems

Jedes Neuron besteht aus einem Zellkörper (Soma) und langen Fortsätzen, den Dendriten und Axonen. Die Dendriten empfangen Signale von anderen Zellen und leiten sie zum Zellkörper weiter. Das Axon, ein langer Fortsatz, leitet das Signal vom Zellkörper zu den Endknöpfchen, wo die Information an die nächste Zelle weitergegeben wird.

Der Axonhügel bildet den Übergang vom Soma zum Axon. Hier werden die elektrischen Signale gesammelt und summiert, bis ein bestimmtes Schwellenpotential überschritten wird. Erst dann wird ein Signal in Form eines Aktionspotentials an das Axon weitergeleitet. Das Axon ist von Stütz- oder Hüllzellen umgeben, die eine Isolationsschicht bilden und so eine schnelle und verlustfreie Weiterleitung der elektrischen Signale ermöglichen. Diese Umhüllung ist durch freiliegende Axonbereiche, die Ranvierschen Schnürringe, unterbrochen, was die Erregungsleitung zusätzlich beschleunigt.

Die Synapse: Schaltstelle der Signalübertragung

Die Synapse ist das Verbindungsstück einer Nervenzelle zu einer anderen Zelle und somit von besonderem Interesse. Sie ermöglicht die Erregungsweiterleitung durch die Umwandlung von elektrischen Informationen in chemische Informationen. Diese Umwandlung ist notwendig, da Nervenzellen in der Regel nicht elektrisch leitend miteinander verbunden sind und der synaptische Spalt überwunden werden muss.

Aufbau einer Synapse

Eine Synapse besteht aus drei Bereichen:

Lesen Sie auch: Alzheimer und Demenz im Vergleich

• Präsynapse: Der präsynaptische Teil befindet sich am Ende des Axons der sendenden Nervenzelle. Hier befinden sich die synaptischen Endknöpfchen, die Vesikel mit Neurotransmittern enthalten.
• Synaptischer Spalt: Der synaptische Spalt ist der Raum zwischen der prä- und postsynaptischen Membran.
• Postsynapse: Der postsynaptische Teil befindet sich an der Membran der empfangenden Zelle. Hier befinden sich Rezeptoren, an die die Neurotransmitter binden.

Funktion einer Synapse

1. Aktionspotential erreicht das Endknöpfchen: Ein Aktionspotential, das vom Axon kommt, depolarisiert die Membran des synaptischen Endknöpfchens.
2. Calcium-Einstrom: Spannungsgesteuerte Calcium-Ionenkanäle öffnen sich und Calciumionen (Ca2+) strömen in das Endknöpfchen. Dies führt zu einer Positivierung und Depolarisation der Membran.
3. Vesikel verschmelzen mit der Präsynapse: Das Calcium bewirkt, dass Vesikel, die mit Neurotransmittern gefüllt sind, mit der präsynaptischen Membran verschmelzen und die Neurotransmitter in den synaptischen Spalt ausschütten.
4. Diffusion der Neurotransmitter: Die Neurotransmitter diffundieren durch den synaptischen Spalt zur Postsynapse.
5. Bindung an Rezeptoren: Die Neurotransmitter binden an spezifische Rezeptoren von Ionenkanälen in der postsynaptischen Membran. Diese Kanäle sind ligandengesteuert, d.h. sie öffnen sich, sobald ein Transmitter an den entsprechenden Rezeptor gebunden hat.
6. Ionenstrom und postsynaptisches Potential: Durch die geöffneten Ionenkanäle strömen Ionen (z.B. Natrium-Ionen (Na+)) ein oder aus, was zu einer Veränderung der Spannung (Depolarisation oder Hyperpolarisation) führt. Dieses postsynaptische Potential kann erregend oder hemmend wirken.
7. Abbau der Neurotransmitter: Ein Enzym (z.B. Cholinesterase) baut den Neurotransmitter ab, indem es ihn in seine Bestandteile spaltet. Dies stoppt die Weitergabe der Erregung.
8. Wiederaufnahme der Spaltprodukte: Die Spaltprodukte (z.B. Acetat und Cholin) werden zur präsynaptischen Membran zurückgeführt, im Endknöpfchen aufgenommen und durch ein Enzym wieder zum ursprünglichen Neurotransmitter verbunden.
9. Regeneration der Neurotransmittervesikel: Die Neurotransmitter werden in Vesikeln gespeichert und stehen für die nächste Erregungsweiterleitung zur Verfügung.

Chemische und elektrische Synapsen

Es gibt zwei Haupttypen von Synapsen: chemische und elektrische.

• Chemische Synapsen: Bei chemischen Synapsen erfolgt die Übertragung der Erregung durch Neurotransmitter, chemische Botenstoffe. Die Erregungsweiterleitung kann nur in eine Richtung erfolgen. Chemische Synapsen kommen im Nervensystem von Säugetieren vor und damit auch beim Menschen.
• Elektrische Synapsen: Bei elektrischen Synapsen erfolgt die Übertragung der Erregung 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. Elektrische Synapsen finden sich überall dort, wo eine besonders rasche Reizübertragung notwendig ist.

Erregende und hemmende Synapsen

Synapsen können entweder erregend (exzitatorisch) oder hemmend (inhibitorisch) wirken.

• Erregende Synapsen: Erregende Synapsen sorgen für eine Weiterleitung von Impulsen. Durch die Bindung von Neurotransmittern an die Rezeptoren in der postsynaptischen Membran kommt es zu einer Depolarisation, wodurch die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass ein Aktionspotential ausgelöst wird.
• Hemmende Synapsen: Hemmende Synapsen vermindern die Wahrscheinlichkeit, dass ein Aktionspotential ausgelöst wird. Wenn das synaptische Endknöpfchen seine Neurotransmitter ausschüttet, binden diese sich nicht an Natriumkanäle, sondern an Kalium- oder Chloridkanäle. Wenn ein Neurotransmitter wie GABA Kaliumkanäle aktiviert, führt dies zu einem massiven Ausstrom von Kalium-Ionen. Setzen sich die Neurotransmitter dagegen an Chloridkanäle, kommt es zu einem Einstrom von Chlorid-Ionen. Die Folge ist eine Hyperpolarisierung der postsynaptischen Membran.

Rein theoretisch wirkt eine hemmende Synapse genau so stark wie eine erregende, wenn sie die gleiche Transmittermenge pro Zeit- und Flächeneinheit freisetzt. In der Praxis sieht es allerdings so aus, dass hemmende Synapsen stärker wirken als erregende. Der Grund ist meistens, dass hemmende Synapsen näher am Axonhügel der postsynaptischen Zelle liegen als erregende Synapsen.

Die neuromuskuläre Synapse

Die neuromuskuläre Synapse, auch als motorische Endplatte bekannt, ist eine spezielle Art von Synapse, die die Verbindung zwischen einer Nervenzelle und einer Muskelfaser herstellt. Das Axon der Nervenzelle endet in einem Endknöpfchen, das durch den synaptischen Spalt von der Muskelfasermembran getrennt ist. Wie bei der interneuronalen Synapse enthält das Endknöpfchen synaptische Vesikel mit Neurotransmittern. Die neuromuskuläre Synapse Funktion beginnt mit dem Eintreffen eines Aktionspotentials am Endknöpfchen. Dies führt zur Depolarisation und Öffnung von Calciumkanälen. Acetylcholin bindet an spezifische Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran der Muskelfaser. Dies führt zur Öffnung von Natriumkanälen und zur Ausbildung eines Endplattenpotentials. Nach der Signalübertragung wird Acetylcholin durch das Enzym Cholinesterase abgebaut und recycelt. Dies beendet die Erregung und bereitet die Synapse auf die nächste Übertragung vor.

Synapsengifte und ihre Wirkung

Verschiedene Synapsengifte können die Erregungsübertragung an Synapsen stören oder verhindern. Sie beeinflussen die Informationsübertragung an Synapsen an unterschiedlichen Stellen.

Lesen Sie auch: Detaillierte Gegenüberstellung

• Nikotin: Nikotin aktiviert postsynaptische Rezeptoren und öffnet dadurch Natriumkanäle. Dies hat eine erregende Wirkung auf den Körper und selbst schwächere Signale können bereits eine Depolarisation auslösen.
• Kokain: Kokain bewirkt, dass der Botenstoff Dopamin ohne ein elektrisches Signal in den synaptischen Spalt gelangt. Dopamin spielt eine Rolle bei der Motivations- und Emotionsregulation und ist auch als Botenstoff des Glücks bekannt. Die Wiederaufnahme in den präsynaptischen Teil wird außerdem verhindert. Dadurch ist ein Vielfaches der normalen Botenstoffmenge im synaptischen Spalt vorhanden und die nachfolgende Zelle wird dauergereizt.

Die Bedeutung der Synapsen für Lernen und Gedächtnis

Die Synapsen spielen eine entscheidende Rolle für Lernen und Gedächtnis. Bei Lernvorgängen kommt es zu funktionellen Veränderungen an bestimmten Synapsen, die dazu führen, dass die elektrischen Antworten in den Empfängerzellen stärker werden. Neue Verbindungen entstehen, und wenn sie nicht gebraucht werden, werden sie auch wieder abgebaut.

Lesen Sie auch: Verwirrung im Alter: Delir oder Demenz?

tags: #unterschied #endknopfchen #und #synapse