Erregungsübertragung an Synapsen: Chemisch und Elektrisch

Die chemische Erregungsübertragung an der Synapse

Erreicht ein Aktionspotential ein synaptisches Endknöpfchen, dann öffnen sich durch die Spannungsänderung die Calciumkanäle, und Ca²⁺-Ionen strömen in das synaptische Endknöpfchen ein. Infolgedessen werden die mit Neurotransmittern gefüllten Vesikel in Richtung des synaptischen Spalts gedrückt. Dort verschmelzen die Vesikel mit der präsynaptischen Membran und geben die Neurotransmitter in den synaptischen Spalt frei. Diese wandern durch den synaptischen Spalt und binden an die Rezeptoren der postsynaptischen Membran an.

Rezeptoren und Ionenkanäle

Rezeptoren und Ionenkanäle sind miteinander so verbunden, dass sich die Ionenkanäle öffnen, wenn ein Rezeptor von einem Neurotransmitter belegt wird. So kommt es zu einem Einstrom von Na⁺-Ionen in die postsynaptische Membran. Dies wiederum sorgt für eine positive Depolarisation im Dendriten und damit zu einer Weiterleitung der elektrischen Erregung im Folgeneuron. Wird der Schwellenwert am Axonhügel überschritten, kommt es zu einem weiteren Aktionspotential und der Vorgang wiederholt sich.

Abbau der Neurotransmitter durch Enzyme

Währenddessen sorgen bestimmte Enzyme für den Abbau der freigesetzten Neurotransmitter im synaptischen Spalt. Die gespaltenen Neurotransmitter diffundieren wieder zurück in die Endknöpfchen und werden von der Zelle „recycelt“. Je länger der Abbau der freigesetzten Neurotransmitter dauert, desto länger dauert auch die weitergegebene Erregung an. Deshalb ist der Abbau der Neurotransmitter durch die Enzyme so wichtig, andernfalls würde die Erregung dauerhaft anhalten und der Körper verkrampfen.

Man kann also festhalten: Aus einer elektrischen Erregung wird im synaptischen Spalt ein chemisches Signal (Neurotransmitter), das im Folgedendriten wieder für eine elektrische Erregung sorgt.

Die motorische Endplatte

Die Abbildung oben zeigt beispielhaft die Erregungsübertragung von zwei Nervenzellen. Im Falle, dass eine Nervenzelle an eine Muskelzelle grenzt, existiert statt einer postsynaptischen Membran eine sogenannte motorische Endplatte (Abbildung rechts; T = synaptisches Endknöpfchen, M = Muskelfaser). Der entsprechende Neurotransmitter für derartige Vorgänge zwischen Nerven- und Muskelzellen heißt Acetylcholin. Das „finale“ Aktionspotential löst dann keine Weiterleitung des Reizes mehr aus, sondern eine Muskelkontraktion.

Distanz und Reizstärke im synaptischen Spalt

Zwar ist der Interzellularraum an dieser Stelle nur ein ungefähr 20 nm schmaler Spaltraum, doch die Distanz ist damit schon zu weit, um von elektrischen Signalen übersprungen zu werden. Besonders starke Reize lösen besonders viele und dicht aufeinanderfolgende Aktionspotentiale aus.

Elektrische Synapsen: Schnelle Signalübertragung

Bei den elektrischen Synapsen sind die Membranen an bestimmten Stellen so dicht zusammen, dass über eine Plasmabrücke durch spezielle Ionenkanäle die Ladung direkt von einer Zelle zur anderen Zelle übergehen kann. Dadurch ist eine schnelle und ungehinderte Signalübertragung gewährleistet. Man nennt die elektrischen Synapsen auch Gap Junctions.

Struktur der Gap Junctions

Solche Gap Junctions bestehen aus einem Komplex kleiner Kanäle, die die beiden Membranen fest verbinden. Die Kanäle werden von hexagonal angeordneten Proteinen (Connexine) gebildet, die eine Röhre (Connexon) von ca. 2 nm Durchmesser bilden. Somit hat das Cytoplasma beider Zellen Kontakt miteinander, und die Ladungsträger der elektrischen Signale in Neuronen können problemlos in die nächste Zelle diffundieren und dort eine Depolarisierung erzeugen.

Chemische Synapsen im Vergleich

Bei den chemischen Synapsen gibt es keinen Kontakt zwischen den beiden Zellen. Zwischen ihnen befindet sich der synaptische Spalt. Die präsynaptische Zelle produziert auf eine Erregung hin Überträgerstoffe (Neurotransmitter), die die postsynaptische Zelle beeinflussen.