Synapse - Erregungsübertragung zwischen Nervenzellen

  • Synapsen sind "Orte extremer Annäherung" zwischen Nervenzellen, Nerven- und Muskelzellen oder Drüsenzellen und dienen der Informationsübertragung mittels Botenmolekülen, sogenannten Transmittern. Erfolgt die Übertragung durch Transmitter, so handelt es sich um chemische Synapsen.
  • Die menschliche Großhirnrinde enthält ungefähr 500 Billiarden synaptische Kontaktpunkte, wobei jede Synapse noch 10 verschiedene Zustände einnehmen kann. Daraus ergeben sich unendliche Kombinationsmöglichkeiten und damit die Möglichkeit unbegrenzter Speicherung, die der Anzahl der Atome im Universum entsprechen würde (1078).

Worum gehts?

 

Beschrieben werden die wesentlichen Bestandteile einer chemischen Synapse sowie die Übertragung der Erregung zwischen zwei Nervenzellen (Synapse).

Aufbau einer Synapse

  • Das Synapsenendknöpfchen (Präsynaptische Membran) und die Dendritenmembran (Postsynaptische Membran) der Folgezelle bilden die Synapse.
  • Die Zellen gehen keine unmittelbare Verbindung ein, es bleibt ein synaptischer Spalt von ca 20 nm.
  • Die Verbindungen können gelöst und neu verknüpft werden.
  • Überträgermoleküle (Transmitter) vermitteln zwischen den Zellen, dadurch erfolgt eine gerichtete Signalübertragung.
  • Enzyme (z.B. Acetylcholinesterase) spalten freigesetzte Transmitter, sie sind in die postsynaptischen Membran integriert oder frei beweglich.
  • Transmitter gehen keine feste Verbindung mit den Rezeptor ein, sie können somit wiederholt Ionenkanäle öffnen.
Synpase
 

Verlauf der Erregungsübertragung

  1. Ein ankommendes Aktionspotential bewirkt einen Kalziumioneneinstrom in das Synapsenendknöpfchen.
  2. Die synaptischen Vesikel mit dem Transmitter Acetylcholin verschmelzen mit der Präsynaptischen Membran, so dass Acetylcholin in den synaptischen Spalt abgegeben wird.
  3. Acetylcholin diffundiert durch den synaptischen Spalt und bindet ca. 1 ms an den Acetylcholinrezeptoren der postsynaptischen Membran: Die Natrium-Kaliumporen öffnen sich.
  4. Es kommt zu einem massiven Natrium-Ionen-Einstrom und geringerem Kalium-Ionen-Ausstrom (wird in der Animation vernachlässigt): An der postsynaptischen Membran entsteht ein Postsynaptische Potential, das am Axonhügel, wenn es einen Schwellenwert übersteigt, ein Aktionspotential auslöst.
  5. Der Transmitter Acetylcholin bindet fortlaufend an das Enzym Acetylcholinesterase und wird dadurch in Acetat (Essigsäure) und Cholin gespalten.
  6. Acetat und Cholin werden in das Synapsenendknöpfchen aufgenommen und zu Acetylcholin synthetisiert.
  7. Die Kalium-Natrium-Ionenpumpe stellt an der postsynaptischen Membran das Ruhepotential wieder her.

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Elektrische Signalübertragung

Selten sind Synapsen, bei denen die Erregung elektrisch übertragen wird. Riesenfasern beim Regenwurm, im Nervensystem von Krebsen und im Rückemark bzw. Gehirn vieler Wirbeltiere ist der Kontakt zwischen prä- und postsynaptischer Membran so eng, dass eine direkte Übertragung des Aktionspotentials möglich ist. Dabei tritt keine nennenswerte zeitliche Verzögerung auf.

 

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