Nervensystem und Synapsen: Grundlagen der Signalübertragung

Synaptische Übertragung

Der Neurotransmitter diffundiert durch den synaptischen Spalt und bindet an spezifische Rezeptoren der postsynaptischen Membran. Dies löst eine mögliche Veränderung der Membran aus (postsynaptisches Potential). Wenn die Schwelle der Erregung erreicht wird, wird die Erregung durch das gesamte postsynaptische Neuron weitergeleitet. Sobald der Neurotransmitter gewirkt hat, wird er enzymatisch inaktiviert und die Anregung verschwindet.

Arten von Synapsen

• Chemische Synapsen: Die Ankunft des Impulses am Endknöpfchen wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, das an der Synapse chemisch übertragen wird und in der postsynaptischen Nervenzelle wieder elektrisch wirkt.
• Elektrische Synapsen: Der synaptische Spalt ist hier deutlich schmaler, wodurch Nervenimpulse ohne die Intervention von Neurotransmittern direkt auf das postsynaptische Neuron übertragen werden.

Koordinierungssysteme des Körpers

Tiere besitzen zwei Systeme zur Regelung und Koordinierung, um das Gleichgewicht des Körpers zu erhalten und auf Umgebungsbedingungen zu reagieren: das Hormonsystem und das Nervensystem.

• Nervensystem: Besteht aus Nervengewebe und ist für die schnelle, kurzzeitige und spezifische Regelung der Organfunktionen durch Nervenimpulse verantwortlich.
• Hormonsystem: Besteht aus endokrinen Drüsen, die physiologische Funktionen durch die Wirkung von Hormonen regulieren, welche über das Blut transportiert werden. Diese Reaktion ist langsam, dauerhaft und variabel in ihrer Spezifität.

Das Nervensystem

Das Nervensystem dient der Aufnahme und Übermittlung von Informationen aus der externen und internen Umwelt sowie der Koordinierung und Überwachung der Körperantworten. Es besteht aus Nervengewebe, das aus Neuronen gebildet wird.

Strukturen des Nervensystems

• Rezeptoren: Sinneszellen, die oft in Sinnesorganen lokalisiert sind.
• Sensorische Nervenbahnen: Übertragen Nervenimpulse von den Rezeptoren zu den Modulatoren.
• Modulatoren: Hier werden Impulse interpretiert und präzise Anweisungen entwickelt.
• Motorische Nervenbahnen: Leiten Befehle von den Modulatoren zu den Effektoren.
• Effektoren: Empfangen die Impulse über motorische Bahnen und führen die Aktion aus.

Der Nervenimpuls

Nervenimpulse sind Signale, die Neuronen erreichen. Sie bewegen sich durch die Zellmembran des Neurons bis zum Ende des Axons, um auf eine andere Nervenzelle übertragen zu werden. Die Plasmamembran ist polarisiert, das heißt, die innere Oberfläche weist ein anderes elektrisches Potential auf als die Außenseite. Im Ruhezustand herrscht eine Dominanz negativer Ladungen im Zellinneren. Dieses Potential wird als Ruhepotential bezeichnet.

Wenn ein wirksamer Reiz auf die Nervenzelle trifft, verändert sich die Durchlässigkeit der Membran für Na+-Ionen. Dieser Vorgang, die Depolarisation, führt zu einer Veränderung des Ruhepotentials, die als Aktionspotential bekannt ist. Durch den Transport von Enzymen in der Membran werden Na+ und K+ extrahiert, um den Ausgangszustand wiederherzustellen (Repolarisation).

Damit ein Reiz wirksam ist, muss er eine Mindestintensität erreichen, die sogenannte Schwelle der Erregbarkeit. Wird diese erreicht, gilt das Alles-oder-Nichts-Prinzip: Die Geschwindigkeit der Reizübermittlung erhöht sich nicht durch eine stärkere Intensität. Nach der Erregung folgt eine Phase, in der kein neuer Impuls gestartet werden kann (Refraktärzeit), in der das Neuron seine Polarität zurückgewinnt.

Synapsen: Funktionale Kommunikation

Neuronen sind unabhängig und stehen nicht in direktem physischem Kontakt, sondern sind durch den synaptischen Spalt getrennt. Die Synapse ist der Prozess der funktionalen Kommunikation zwischen zwei Neuronen.

Elemente der Synapse

• Präsynaptische Membran: Das Ende des Axons (Terminal-Knöpfchen), von dem die Information ausgeht.
• Postsynaptischer Bereich: Der spezialisierte Teil eines anderen Neurons, das die Information empfängt.

Die Übertragung erfolgt durch chemische Stoffe, die Neurotransmitter. Diese können je nach postsynaptischem Neuron als Inhibitoren oder Aktivatoren wirken. Diese Substanzen sind in synaptischen Vesikeln in den Terminal-Knöpfchen gespeichert. Die Ankunft eines Nervenimpulses am Axon-Ende führt zur Entleerung der Vesikel in den synaptischen Spalt.