ANATOMIE/PHYSIOLOGIE

Neurologie [2] - Vorgänge an den Synapsen

Vorgänge an den Synapsen

Reizt man beim Frosch die Axone eines bestimmten Nervs, der zum Herzen führt, wird der Herzschlag langsamer. Dies stellte 1921 der Grazer Pharmakologe Otto Loewi fest. Um die Ursache dafür zu finden, saugte er etwas Flüssigkeit von der Herzaußenseite in eine Pipette. Jedes Mal, wenn er einen Tropfen davon auf das Herz eines zweiten Frosches brachte, schlug es ebenfalls langsamer. Übertrug er Flüssigkeit, solange das erste Herz normal schlug, änderte sich auch der Herzschlag des zweiten nicht. Loewis Folgerung: In der Flüssigkeit befindet sich ein Stoff, der von den Axonenden abgegeben wird und den Herzschlag verlangsamt. Dieser Stoff wird nur gebildet, wenn Aktionspotentiale über die Axone zum Herzen laufen: Es ist Acetylcholin.

Je mehr Aktionspotentiale pro Zeiteinheit am Axonende ankommen, desto mehr Acetylcholin wird dort aus den Bläschen in den Endknöpfchen abgegeben. Die Erregung, die in Form von Aktionspotentialen über das Axon läuft, wird auf chemischem Wege von Zelle zu Zelle weitergegeben. Dabei kann die Wirkung des Acetylcholins je nach Wirkungsort unterschiedlich sein: Auf den Herzschlag wirkt es verlangsamend, Skelettmuskeln und Eingeweidemuskeln kontrahieren sich. Nervenzellen reagieren auf die Ausschüttung von Acetylcholin mit der Bildung von Aktionspotentialen, die dann über das Axon wandern.

Die Kontaktstellen zwischen Endknöpfchen und nachgeschalteter Zelle oder den Dendriten weiterer Nervenzellen werden als Synapsen bezeichnet; der 20-30 nm breite Spalt, der sie jeweils voneinander trennt, wird Synapsenspalt genannt.

Im elektronenoptischen Bild der Synapse zwischen zwei Nervenzellen fallen zunächst im Endknöpfchen zahlreiche Mitochondrien und Bläschen auf. Jedes dieser Bläschen enthält etwa 2 000 Acetylcholinmoleküle. Die Membran des Endknöpfchens weist Verdichtungen auf. An diese Verdichtungszone lagern sich die Synapsenbläschen an. Sobald Aktionspotentiale ankommen, öffnen sich die Bläschen in den Synapsenspalt und geben Acetylcholin ab. Die freigewordenen Acetylcholinmoleküle diffundieren in Mikrosekunden über den Synapsenspalt und werden an besondere Akzeptorstellen auf der Membran der nachgeschalteten Zelle gebunden.

Auch die Akzeptorstellen sind im Bild als Verdichtungen erkennbar. Durch die Anlagerung der Moleküle an die Akzeptorstellen ändert sich deren Struktur. Die Natriumkanäle öffnen sich, die Membran wird depolarisiert.

Die ausgeschütteten Acetylcholinmoleküle sind kurzlebig. Sofort werden sie im Synapsenspalt durch Einwirkung eines Enzyms in ihre Bausteine zerlegt. Dabei spaltet ein einziges Molekül des Enzyms Acetylcholinesterase in 1 ms 50 Acetylcholinmoleküle. Die Spaltprodukte werden in die Ausgangszelle zurücktransportiert, dort durch ein anderes Enzym wieder miteinander verbunden und in den Bläschen gespeichert.

Zusammenfassung:

An einer Synapse kann die Erregung nur in eine Richtung übertragen werden. Synapsen haben eine Ventilwirkung.

Von der Zahl der ausgeschütteten Acetylcholinmoleküle hängt es ab, wie viele Aktionspotentiale in der nachgeschalteten Nervenzelle gebildet werden.

Durch die kurze Strecke und die rasche Zerlegung der ausgeschütteten Acetylcholinmoleküle ist gewährleistet, dass die chemische Übertragung über den Synapsenspalt auch bei hoher Aktionspotentialfrequenz ohne Informationsverluste stattfindet.

Die rasche Synthese von Acetylcholin sorgt dafür, dass in den Synapsenbläschen der Endknöpfchen stets genügend Acetylcholin zur Verfügung steht.

Bilder:
Goll/Schwoerbel: Sinne, Nerven, Hormone (Cornelsen-Velhagen & Klasing)

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