Synapse: Aufbau, Funktion und Informationsverarbeitung

Aufbau und Funktion der Synapse

Synapse: Die Synapse ist die Verbindungsstelle zwischen einem Nerv und einem Neuron, einer Muskelzelle oder einer Drüsenzelle.

Bau: Sie besteht aus dem synaptischen Spalt zwischen dem Endknöpfchen des Axons und der Membran der Folgezelle. Das Axon bildet dabei die präsynaptische Membran und die Folgezelle die postsynaptische Membran.

Vorgänge an der Synapse

• A: Ein Aktionspotenzial (AP) erreicht das Endknöpfchen. Dies führt zur Öffnung der spannungsgesteuerten Ca²⁺-Poren und einem Ca²⁺-Ioneneinstrom ins Innere des Endknöpfchens.
• B: Es folgt die Verschmelzung vieler synaptischer Bläschen mit der präsynaptischen Membran und die Ausschüttung des Transmitters Acetylcholin in den synaptischen Spalt.
• C: Die Transmittermoleküle diffundieren durch den synaptischen Spalt zur postsynaptischen Membran. Dort verbinden sie sich mit den spezifischen Rezeptoren.
• D: Dies bewirkt die Öffnung von Na⁺- und K⁺-Ionenkanälen. Es kommt zu einem Na⁺-Einstrom und einem geringen K⁺-Ausstrom, was eine Depolarisation der Membran (Endplattenpotenzial) zur Folge hat.
• E: Außerhalb des synaptischen Bereichs entsteht ein neues AP. Es erfolgt die Fortleitung über die Muskelfasern, was zur Muskelkontraktion führt.
• F: Die Acetylcholinbindung an die Rezeptoren ist reversibel, der Transmitter löst sich also wieder. Er wird vom Enzym Cholinesterase in Essigsäure und Cholin gespalten, woraufhin sich die Ionenkanäle schließen.
• G: Die Spaltstücke gelangen ins Endknöpfchen zurück. Unter ATP-Verbrauch erfolgt die Resynthese zu Acetylcholin (ACh) und die erneute Verpackung in synaptische Bläschen.

Informationsverarbeitung in Synapsen

Erregende und hemmende Synapsen

Erregende Synapsen: Ein AP, das an einer erregenden Synapse ankommt, erzeugt eine kurze Depolarisation, das erregende postsynaptische Potenzial (EPSP). An der motorischen Endplatte wird dieses als Endplattenpotenzial bezeichnet.

Hemmende Synapsen: Hier erzeugt das AP eine kurzzeitige Hyperpolarisation der Folgezelle, das inhibitorische postsynaptische Potenzial (IPSP). Dadurch wird die Ausbildung eines neuen AP erschwert. Da die Transmitterwirkung das präsynaptische AP überdauert, halten EPSP und IPSP deutlich länger an als ein einzelnes AP.

Verrechnung von Aktionspotenzialen

In einer Nervenzelle tritt sowohl im Zellkörper, in den Dendriten als auch im Axon ein Ruhepotenzial (RP) auf. Aktionspotenziale bilden sich jedoch nur im Axon aufgrund der dort vorhandenen Kanäle. EPSP und IPSP werden nicht wie APs aktiv fortgeleitet; ihre Höhe nimmt mit der Entfernung von der Synapse ab. Das Membranpotenzial (MP) von Dendriten und Zellkörpern kann also allein nur gering verändert werden.

Wird jedoch eine große Zahl an Synapsen gleichzeitig erregt, summiert sich ihre Wirkung (räumliche Summierung). Ist der zeitliche Abstand zwischen zwei APs kurz, so ist das vom ersten AP hervorgerufene EPSP noch nicht ganz abgefallen, wenn das zweite EPSP beginnt. Sie überlagern sich (zeitliche Summation). Bei einer hohen Frequenz der APs überlagern sich viele EPSPs, und die Depolarisation des Axonursprungs hält länger an. Die Veränderung des Membranpotenzials am Axonursprung ist somit eine Art Summe der zu diesem Zeitpunkt eingelaufenen Aktionspotenziale.