Allgemeiner Aufbau der Synapse
Eine chemische Synapse weist drei obligatorische Strukturelemente auf:
- Präsynaptische Membran ist die Membran des Axonendkörpers der übertragenden Zelle. Im Inneren dieser Terminale befinden sich Vesikel (Bläschen), die eine spezifische chemische Substanz — den Mediator — enthalten. Die Bereitstellung der Vesikel selbst und der notwendigen Mediatorbestandteile zum Axonende wird durch einen speziellen Transportmechanismus — den axoplasmatischen Fluss — sichergestellt.
- Synaptischer Spalt ist ein mikroskopischer Raum, der die kontaktierenden Neuronen bzw. ein Neuron und ein Zielorgan physikalisch trennt.
- Postsynaptische Membran ist der Membranabschnitt der aufnehmenden Zelle. Auf ihr befinden sich spezialisierte Rezeptoren, die bereit sind, den in den Spalt ausgeschütteten Mediator zu erkennen und zu binden.
Elektrische Synapsen (Ephasen)
Elektrische Synapsen, auch Ephasen oder Nexus genannt, stellen Gap Junctions (Schlussleisten-/Spaltkontakte) dar. Die Breite des synaptischen Spalts ist hier 10-mal kleiner als bei chemischen Synapsen.
Die Erregungsübertragung erfolgt in ihnen ohne Freisetzung eines Mediators — auf electricalem Wege durch lokale Ionenströme zwischen der erregten präsynaptischen und der unerregten postsynaptischen Membran. Prinzipiell unterscheidet sich dieser Mechanismus kaum von der Erregungsleitung zwischen den Ranvier-Schnürringen in myelinisierten Fasern.
Solche Kontakte lokalisieren sich im Myokard, in der glatten Muskulatur und teilweise im zentralen Nervensystem. Ihre funktionelle Hauptbesonderheit ist die bidirektionale Leitung, d. h. die Erregung kann ungehindert in beide Richtungen verlaufen.
Chemische Synapsen
Bei chemischen Kontakten erfolgt die Erregungsleitung ausschließlich mithilfe von Mediatoren. Dies ist der Hauptweg der Signalübertragung zwischen Neuronen des ZNS, in den Ganglien des Nervensystems sowie an neuroorganischen und neuromuskulären Verbindungen.
Eine besondere Art der Übertragung sind fernwirkende Synapsen (Synapsen auf Distanz). Dabei erregt der Mediator, der aus einer Zelle freigesetzt wird, durch Diffusion gleichzeitig die postsynaptischen Membranen mehrerer Zielstrukturen. Ein solches Schema ist typisch für die Ganglien des sympathischen Nervensystems (wo eine präganglionäre Faser etwa 20 Ganglienneuronen erregen kann) und einige neuroorganische Synapsen des vegetativen Nervensystems.
Morphologische und pharmakologische Klassifikation
Nach ihrem Aufbau (Morphologie) werden Synapsen in zwei große Gruppen unterteilt:
- Neuronale (zentrale und ganglionäre) Synapsen: axosomatische, axodendritische, axoaxonale und dendrodendritische.
- Neuroorganische Synapsen: neuromuskuläre und neuroglanduläre.
Nach der Art des ausgeschütteten Mediators (pharmakologische Klassifikation) unterscheidet man:
- Adrenerge;
- GABAerge;
- Serotoninerge;
- Dopaminerge;
- Glutamaterge;
- Cholinerge Synapsen (leiten Erregung mithilfe von Acetylcholin). Sie werden zusätzlich in N-cholinerge (nikotinische) und M-cholinerge (muskarinische) unterteilt.
Erregungs- und Hemmungsmechanismen
Die physiologische Klassifikation unterteilt Synapsen in exzitatorische und inhibitorische, was von den Ionenkanälen abhängt, die an der postsynaptischen Membran geöffnet werden:
- Exzitatorische Synapse: Der Mediator bindet an Rezeptoren und öffnet Kanäle für Natriumionen (Na⁺). Der Einstrom positiv geladener Natriumionen in die Zelle verursacht eine lokale Depolarisation. Infolgedessen entsteht ein EPSP — Exzitatorisches Postsynaptisches Potential.
- Inhibitorische Synapse: Der Mediator bindet an Rezeptoren und öffnet Kanäle für Chloridionen (Cl⁻). Der Einstrom negativ geladener Chloridionen verursacht eine Hyperpolarisation der Zellmembran. Es entsteht ein IPSP — Inhibitorisches Postsynaptisches Potential, was zur Unterdrückung der Erregung führt.
Kurz gefasst: Antworten auf Fragen zum Thema
Auf welchen Wegen erfolgt die Entfernung des Mediators aus dem synaptischen Spalt?
Die Entfernung des Mediators aus dem synaptischen Spalt erfolgt über zwei Hauptwege.
- Zerstörung des Moleküls — enzymatische Spaltung des Mediators. Acetylcholin wird durch Cholinesterase/Acetylcholinesterase gespalten, Noradrenalin durch COMT und MAO. Die Abbauprodukte können ins Blut aufgenommen oder via Reuptake (Wiederaufnahme) für die Synthese neuer Mediatorportionen recycelt werden.
- Wiederaufnahme (reuptake) — der Mediator wird aus dem synaptischen Spalt zurück in das präsynaptische Endbändchen aufgenommen und zur erneuten Befüllung der Vesikel verwendet.
Welche spezifischen Proteine gewährleisten die Fusion des synaptischen Vesikels mit der präsynaptischen Membran?
Die Fusion des synaptischen Vesikels mit der präsynaptischen Membran wird durch Proteine der Sekretionsmaschinerie, die den SNARE-Komplex bilden, sowie durch Kalziumsensoren gewährleistet.
- SNAP-25 — Protein der präsynaptischen Membran.
- Syntaxin — Protein der präsynaptischen Membran.
- Synaptobrevin — Protein der Vesikelmembran.
- Synaptotagmin — Kalziumsensor am Vesikel, der bei Bindung an Kalziumionen eine Konformationsänderung der Sekretionsproteine und den Beginn der Exozytose auslöst.
Um die Ionen nicht zu verwechseln: Natrium Natrium beginnt die Erregung (bildet EPSP), während Chlor Chlor hemmt (löst Hemmung aus, IPSP).
Was es zum Thema noch zu wiederholen gibt
- Mechanismen der Exozytose und Mediatorfreisetzung in den synaptischen Spalt
- Schicksal des Mediators: enzymatischer Abbau und Wiederaufnahme
- Räumliche und zeitliche Summation von EPSP und IPSP an der Neuronmembran
- Eigenschaften von Synapsen: synaptische Verzögerung, unidirektionale Leitung und Ermüdbarkeit
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