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Synapsenvorgänge

Merke

Synapse:

sorgt für die Reizweiterleitung von einem Neuron zum nächsten, wobei eine Umwandlung von elektrische in chemische Information erfolgt.

Eine Synapse bildet das Verbindungsstück, über das eine Nervenzelle mit anderen Zellen (weitere Nervenzellen, aber auch Sinneszellen, Drüsenzellen, Muskelzellen) in Kontakt steht. Die neuromuskuläre Synapse an der motorischen Endplatte des Axons ist ein typisches Beispiel. Sie verbindet das Axon eines Muskelneurons mit einer Muskelfaser. Synapsen sorgen auch für die Reiz-/Erregungsweiterleitung von einem Neuron zum nächsten, wobei eine Umwandlung von elektrischer Informationen in chemische Information erfolgt. Diese Verbindungen zwischen Neuronen, sogenannte interneuronale Synapsen, können auf mehrere Arten ausgestaltet sein: Verbindungen können zwischen Axon, Dendriten und Somata bestehen.

Je nach Funktionalität unterscheidet man im Allgemeinen zwei Typen von Synapsen:

  1. Chemische Synapse:
    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.
  2. Elektrische Synapse:
    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.

Die Elektrische Synapse spielt im Schulunterricht meist keine Rolle!

Merke

Neuromuskuläre Synapsen

= Synapse zwischen dem Axon eines Muskelneurons und einer Muskelfaser

Vorgänge an der Synapse

  1. Das Endknöpfchen enthält Vesikel (Bläschen) mit Neurotransmitter (z.B. Acetylcholin).
  2. Das Signal (Aktionspotential) erreicht das Ende der Axonmembran -> Spannungsänderung!
  3. Spannungsabhängige Ca2+-Kanäle öffnen sich.
  4. Ca2+-Ionen strömen in das Endknöpfchen -> Positivierung -> Depolarisation der Membran!
  5. Mit Neurotransmitter gefüllte Vesikel wandern intrazellulär zur Präsynapse und verschmelzen dort mit der Membran. Ihr Inhalt wird in den synaptischen Spalt freigesetzt.
  6. Der Neurotransmitter diffundiert durch den synaptischen Spalt zur Postsynapse.
  7. Der Neurotransmitter bindet an Rezeptoren der postsynaptischen Membran und ruft eine spezifische Wirkung hervor. (siehe zusätzlich untere Abbildung*)
  8. Ein spezielles Enzym baut den Transmitter ab: Acetylcholin wird z.B. von der Cholinesterase in zwei transportable Bestandteile, Acetat und Cholin, gespalten.
  9. Die Produkte der Spaltung diffundieren zurück in die Präsynapse: Acetat und Cholin werden zurück zur präsynaptischen Membran transportiert und dort aktiv aufgenommen.
  10. Regeneration der Neurotransmittervesikel für das nächste Aktionspotential: Im Endknöpfchen werden Acetat und Cholin wieder zu Acetylcholin regeneriert.
  11. Der Zyklus kann erneut beginnen.

*Verschiedene Rezeptortypen können in der postsynaptischen Membran lokalisiert sein:

  • ionotrop: Der Neurotransmitter bindet an einen Rezeptor, der gleichzeitig als Ionenkanal fungiert. Dieser Ionenkanal öffnet sich und lässt Ionen einfließen.
  • metabotrop: Der Neurotransmitter bindet an einen Rezeptor, der das Signal weitergibt, welches zur Bildung eines Second Messengers führt. Dieser Second Messenger führt zu einem Effekt; z.B. Einbau von bestimmten Ionenkanälen (z.B. Vorgang beim Lernen).
chemische Vorgänge an der Synapse - für Details siehe bitte Text
chemische Vorgänge an der Synapse - für Details siehe bitte Text

Video: Synapsenvorgänge

Synapsen: sorgen für die Weitergabe der Information von einem Neuron zum nächsten. Dabei erfolgt eine Umwandlung der elektrischen Information in chemische.

Merke

Calciumionen-Einstrom => Ionenveränderung führt zur Signalweitergabe!

Informationsübertragung am Endköpfchen des Neurons

Die klassische Synapse ist die Acetylcholin-abhängige Synapse. Acetylcholin führt zur Öffnung von acetylenabhängigen Kanälen an der Postsynapse, die zu einem Natriumeinstrom und einer Depolarisation dort führen. Bei einer neuromuskulären Synapse führt der Transmitter zur Erregung der verbundenen motorischen Endplatte und damit zu einer Muskelkontraktion.

Merke

Informationsübertragung am Endköpfchen des Neurons: Pro Neuron gibt es ca. 1.000 bis 10.000 Synapsen.

Ionotrope Rezeptoren: Der Rezeptor ist gleichzeitig ein Ionenkanal, z.B. Acetylcholinrezeptor.

Chemische Vorgänge an den Synapsen

Das elektrische Signal wird in der präsynaptischen Membran in ein chemisches Signal umgewandelt. Wenn ein Aktionspotential die Membran des synaptischen Endköpfchens depolarisiert, erfolgt der Einstrom von Calciumionen. Dies löst die Fusion der synaptischen Vesikel mit der Synapsenmembran (präsynaptische Membran) aus. Die Vesikel setzen enthaltene Neurotransmitter frei, die über den synaptischen Spalt zur postsynaptischen Membran diffundieren. Dort binden sie an bestimmte Rezeptoren und öffnen dadurch spezielle Ionenkanäle (z.B. Natrium-Kanäle). Dies ermöglicht den Einstrom von Natriumionen und damit die Depolarisation der postsynaptischen Membran. Enzymatischer Abbau des Neurotransmitters führt zum Abbruch der Signalweitergabe.

Die Frequenz des Aktionspotentials und damit die Stärke des ursprünglichen Reizes wird durch die Konzentration der Neurotransmitter weitergegeben. Die Einzelsubstanzen des Neurotransmitters werden zur präsynaptischen Membran zurücktransportiert, in das Endknöpfchen aufgenommen, in den ursprünglichen Zustand zurückverwandelt und erneut verwendet. Neben Acetylcholin wird eine Reihe weiterer Neurotransmitter im ZNS (zentralen Nervensystem) benutzt. Ihre Wirkungsweise ist je nach Zelltyp, in dem sie vorkommen, unterschiedlich. Des Weiteren hängt sie maßgeblich von der Rezeptorfunktion ab.

Anmerkung:

Die in der postsynaptischen Membran eingelagerten Ionenkanäle sind zumeist ligandabhängig (ionotrop). Der Ligand (hier Neurotransmitter) bindet an den Kanal. Erst wenn Neurotransmitter gebunden wurde, öffnet der Kanal und es kommt zum Einstrom der für diesen Kanal spezifischen Ionenart. Wie in Abbildung oben zu erkennen ist, besitzt der ligandenabhänige Natrium-Kanal zwei Bindestellen für Acetylcholin. Im Vergleich dazu finden sich in der Axonmembran spannungsabhängige Ionenkanäle.

Multiple-Choice
Zu welchen Typ von Ionenkanal zählen Sie die Calicium-Ionenkanäle in den Endköpfchen eines Neurons?
0/0
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Hinweis:

Bitte kreuzen Sie die richtigen Aussagen an. Es können auch mehrere Aussagen richtig oder alle falsch sein. Nur wenn alle richtigen Aussagen angekreuzt und alle falschen Aussagen nicht angekreuzt wurden, ist die Aufgabe erfolgreich gelöst.

Kommentare zum Thema: Synapsenvorgänge

  • La Monica schrieb am 02.11.2014 um 20:09 Uhr
    Auf dem Bild ist oben ein strich zur Membran ohne beschriftung. Mitte rechts steht "präsynaptische" . Da fehlt anscheinen noch das Wort "Membran" und ein strich zur Zeichnung.
Bild von Autor Dr. Martina Henn-Sax

Autor: Dr. Martina Henn-Sax

Dieses Dokument Synapsenvorgänge ist Teil eines interaktiven Online-Kurses zum Thema Neurobiologie.

Dr. Martina Henn-Sax verfügt über langjährige Erfahrung auf diesem Themengebiet.
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