Neurobiologie
Erregungsübertragung
 – Video

Synapsen sind die Kontaktstellen von Nervenzellen zu anderen Zellen. Was genau du darunter verstehst und wie sie aufgebaut sind, erfährst du hier! Wenn du lieber zuhörst, als selber zu lesen, schau dir einfach unser Video zum Thema an!

Was sind Synapsen?

Für die Wahrnehmung unserer Umwelt benötigen wir die Nervenzellen . Sie nehmen Reize wahr und leiten sie als Erregungen in unserem Körper von einer Zelle zur nächsten weiter. Dazu sind die Nervenzellen (Neuronen) mit weiteren Nervenzellen oder anderen Zellen wie Muskel-, Sinnes- oder Drüsenzellen verknüpft. So eine Verknüpfung zur Reizweiterleitung nennst du Synapse. Du kannst dir vorstellen, dass Nervenzellen auf diese Weise miteinander kommunizieren können. Dabei erfolgt die Vermittlung von Informationen meistens nur in eine Richtung: die erste Nervenzelle redet und die zweite, benachbarte Zelle hört zu. 

Die Nervenzellen leiten die Reize in ihrem Axon (Nervenzellfortsatz) als elektrische Signale weiter. Die Signale übermitteln sie dann entweder elektrisch (elektrische Synapse) oder häufiger chemisch (chemische Synapse) – mithilfe von Botenstoffen- an die Nachbarzelle. Ein Neuron kann so mit einer oder bis zu 100.000 weiteren Zellen kommunizieren und Synapsen ausbilden. 

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Synapse
Synapse Definition

Der Begriff Synapse bezeichnet die neuronale Verknüpfung einer Nervenzelle mit einer anderen Zelle zur Informationsübertragung. Dabei werden die Erregungen entweder elektrisch oder chemisch von einer auf die andere Zelle übertragen. 

Synapsentypen

Du kannst die Synapsen je nach ihrer Übertragungsart, der Auswirkung auf die Zielzelle oder der Art der Botenstoffe in unterschiedliche Typen einteilen. 

Nach Übertragungsart

  • chemische Synapse: Kommunikation mithilfe von Botenstoffen (Neurotransmitter) 
  • elektrische Synapse: direkte Übertragung der Erregung durch elektrisches Signal

Nach der Auswirkung auf die Zielzelle: 

  • erregende Synapse: auch exzitatorische Synapse, löst ein erregendes postsynaptisches Signal (EPSP ) in der Zielzelle aus und aktiviert sie
  • hemmende Synapse: auch inhibitorische Synapse, löst ein inhibitorisches postsynaptisches Signal (IPSP ) in der Zielzelle aus und hemmt sie

Nach Art der Botenstoffe (Neurotransmitter), die das Signal übermitteln. Ein paar Beispiel dafür sind: 

  • cholinerge Synapse: Neurotransmitter Acetylcholin (Bsp.: neuromuskuläre Synapse)
  • adrenerge Synapse: Neurotransmitter Adrenalin
  • dopaminerge Synapse: Neurotransmitter Dopamin
  • glutamaterge Synapse: Neurotransmitter Glutamat

Elektrische Synapse

In einer elektrischen Synapse (auch gap junction ) wird die Erregung (Aktionspotential ) direkt in elektrischer Form zur benachbarten Zelle weitergeleitet. Dazu sind die beiden Zellen über Ionenkanäle verbunden und nur durch einen schmalen Spalt voneinander getrennt. Der Vorteil dabei ist, dass es zu keiner Verzögerung bei der Reizweiterleitung kommt und dass eine Weiterleitung in beide Richtungen (bidirektional) stattfinden kann. 

Elektrische Synapsen kommen in unserem Körper eher selten vor. Du findest sie dort, wo eine schnelle Erregungsleitung wichtig ist. Das ist zum Beispiel in den Herzmuskelzellen der Fall.

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elektrische Synapse und chemische Synapse

Chemische  Synapse 

Chemische Synapsen kommen in unserem Körper viel häufiger vor. Sie übertragen die Erregung indirekt auf die nächste Zelle, indem sie das elektrische Signal in ein chemisches umwandeln. Dazu löst das Aktionspotential die Freisetzung von Botenstoffen aus. Diese gelangen in den Zwischenraum der Synapse und binden dann an Rezeptoren an der Membran der benachbarten Zelle. So wird in der nächsten Zelle ein neues Aktionspotential erzeugt. 

Dadurch ist die Reizübertragung (synaptische Transmission) an chemischen Synapsen etwas verzögert und kann nur in eine Richtung (unidirektional) stattfinden. 

Synapse Aufbau

Den genauen Aufbau einer Synapse und ihre Funktion betrachten wir anhand von chemischen Synapsen. 

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Aufbau Synapse

Du kannst eine Synapse in drei verschiedene Bereiche einteilen: 

  • präsynaptische Membran: Axon-Ende der Sender-Nervenzelle (synaptisches Endknöpfchen); enthält Vesikel (membranumhüllte Bläschen) mit Neurotransmittern
  • synaptischer Spalt: Bereich zwischen den beiden kommunizierenden Zellen; Neurotransmitter werden darin freigesetzt
  • postsynaptische Membran: Membran der Empfänger-Zelle (Dendriten); Membran enthält Rezeptoren zur Bindung von Neurotransmittern

Synapse Funktion

Du fragst dich jetzt sicher: Wie wird das Signal nun anhand dieser Strukturen von der Sender- zur Empfängerzelle übertragen? Schauen wir uns dazu an, welche Vorgänge an der Synapse ablaufen. 

Das Signal von dem wir hier sprechen, ist ein sogenanntes Aktionspotential. Das ist ein elektrisches Signal, das durch einen Reiz ausgelöst wird. Es wird dann entlang des Axons bis ans Ende der Nervenzelle weitergeleitet. Dort erreicht es die präsynaptische Membran des Endknöpfchens und muss irgendwie an die nächste Zelle weitergeleitet werden.

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Erregungsübertragung Synapse

Die synaptische Übertragung läuft in folgenden Schritten ab: 

  1. Das Aktionspotential löst eine Veränderung der Spannung an der präsynaptischen Zellmembran aus. Das führt zur Öffnung spannungsabhängiger Calciumionenkanäle.
  2. Daher strömen positiv geladene Ca2+-Ionen in die Zelle.
  3. Der Anstieg der Calciumionenkonzentration löst die Verschmelzung der Vesikel (Bläschen) mit der Membran aus. So werden die darin enthaltenen Neurotransmitter in den synaptischen Spalt freigesetzt (= Exocytose ).
  4. Die Neurotransmitter können an der postsynaptischen Membran an für sie spezifische Rezeptoren (Andockstellen) binden. Die Rezeptoren sind mit Ionenkanälen in der Membran verbunden. Daher nennst du sie auch ionotrope Rezeptoren.
  5. Die Kanäle sind also nicht spannungsgesteuert, sondern ligandengesteuert. Das bedeutet, die Ionenkanäle öffnen sich, sobald ein Transmitter (= Ligand) an den entsprechenden Rezeptor gebunden hat. So kann es zum Beispiel zum Einstrom von Natriumionen in die Zelle oder zum Ausstrom von Kaliumionen aus der Zelle kommen.
  6. Das hat eine positive oder negative Veränderung der Spannung zur Folge (= postsynaptisches Potential). So wird entweder ein aktivierendes oder ein hemmendes Signal (EPSP und IPSP) in der postsynaptischen Zelle ausgelöst. 
  7. Die Erregung / Hemmung findet solange statt, wie die Neurotransmitter an den Rezeptoren gebunden sind. Die Bindung ist aber reversibel (umkehrbar) und die Transmitter lösen sich nach einer Weile wieder vom Rezeptor.
  8. Dann können sie wieder von der präsynaptischen Zelle aufgenommen und erneut verwendet werden. Manche Neurotransmitter werden vor der Wiederaufnahme von speziellen Enzymen im synaptischen Spalt abgebaut (z.B. Abbau von Acetylcholin zu Acetat und Cholin durch das Enzym Cholinesterase).

Synapsengifte

Es gibt verschiedene Synapsengifte, die die Reizweiterleitung an chemischen Synapsen stören oder verhindern können. Sie können die Informationsübertragung an Synapsen an unterschiedlichen Stellen hemmen. Bekannte Beispiele für solche Gifte sind Nicotin (Tabakpflanze) und Atropin (Tollkirsche). Nikotin aktiviert postsynaptische Rezeptoren, die auch durch Acetylcholin aktiviert werden. Es hat daher eine erregende Wirkung auf deinen Körper. Atropin dagegen hemmt Acetylcholin-Rezeptoren, indem es die Bindung von Acetylcholin verhindert. So weiten sich durch Atropin zum Beispiel deine Pupillen, durch eine Blockade von Muskeln im Auge. Hat das Thema Synapsengifte dein Interesse geweckt? Wenn du noch mehr darüber erfahren willst, welche Typen es gibt und wie sie wirken, dann schau dir direkt das Video dazu an!

Zum Video: Synapsengifte
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