Wo wird das EPSP gebildet?
Die Potentialgenerierung findet in der chemischen Synapse statt, die aus mehreren strukturellen Elementen besteht:
- Präsynaptische Membran — gekennzeichnet durch das Vorhandensein gitterartiger Verdickungen und hexagonaler Räume zwischen ihnen.
- Exozytosezone — der Ort der Fusion eines synaptischen Vesikels mit der präsynaptischen Membran, durch den der Neurotransmitter in den synaptischen Spalt freigesetzt wird.
- Synaptischer Spalt — der interzelluläre Raum, durch den die Neuroteilchen durch passive Diffusion wandern.
- Postsynaptische Membran — der empfangende Teil der Synapse, der spezifische Rezeptoren enthält. Genau hier rufen Ionenströme eine Änderung des Membranpotentials und die Bildung des EPSP hervor.
- Synaptische Vesikel — speichern die Neurotransmittermoleküle in der präsynaptischen Terminale.
Stadien und Entstehungsmechanismus
Der Prozess der synaptischen Übertragung an einer exzitatorischen Synapse umfasst eine strenge Sequenz von Ereignissen:
- Ankunft der Erregung: Das Aktionspotential (AP) erreicht das präsynaptische Ende.
- Calciumeinstrom: Calciumkanäle öffnen sich, und $Ca^{2+}$-Ionen strömen in das Innere der Terminale.
- Exozytose: Unter dem Einfluss von $Ca^{2+}$ fusionieren synaptische Vesikel mit der präsynaptischen Membran und schütten Portionen (Quanten) des exzitatorischen Neurotransmitters in den synaptischen Spalt aus.
- Rezeption: Der Neurotransmitter bindet an Protein-Lipid-Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran.
- Depolarisation: Poren für Natriumionen ($Na^+$) öffnen sich. Der Einstrom von $Na^+$ (und in einigen Fällen auch von $Ca^{2+}$) in die Zelle verursacht eine lokale Depolarisation — das EPSP entsteht.
Der Erregungsmechanismus hängt stark von den Besonderheiten der postsynaptischen chemischen Reaktionen ab, die sich sogar bis auf den genetischen Apparat der Kernneurone ausdehnen können (Genexpression).
Rezeptortypen und Übertragungsgeschwindigkeit
Die Geschwindigkeit der EPSP-Entwicklung hängt vom Wirkungsmechanismus der beteiligten Rezeptoren ab:
- Ligandengesteuerte (neurotransmittergesteuerte) Ionenkanäle — sorgen für eine schnelle Wirkung. Der Kanal öffnet sich sofort bei Bindung an den Liganden. Beispiel: schnelles EPSP bei der Wirkung von Acetylcholin auf nikotinische (N-) Cholinozeptoren.
- G-Protein-gekoppelte Rezeptoren — wirken viel langsamer und lösen eine Kaskade intrazellulärer Signalübertragungen aus. Beispiel: langsames EPSP in sympathischen Ganglien, das minutenlang anhalten kann.
Ein spezieller Mechanismus wird bei NMDA-Rezeptoren in glutamatergen Synapsen beobachtet: Sie befinden sich unter einem Magnesiumblock. Die entstehende Membrandepolarisation beseitigt diesen Block und macht die Rezeptoren permeabel.
Physiologische Rolle und Effekte
Das Hauptresultat der Arbeit einer exzitatorischen Synapse ist die Weiterleitung des Signals im neuronalen Netzwerk. Lokale Ströme aus EPSPs summieren sich und lösen bei Erreichen des Schwellenwerts ein Aktionspotential in benachbarten Membranabschnitten aus.
Darüber hinaus liegt die EPSP-Generierung den wichtigsten Funktionen des ZNS zugrunde:
- Kurzzeitgedächtnis: Basiert auf der Zirkulation (Reverberation) der Erregung durch einen geschlossenen Neuronenkreis, was durch die EPSP-Generierung in den Neuronen der Kette aufrechtzuerhalten wird.
- Nachwirkung: Die Fortsetzung der reflexartigen Reaktion nach Beendigung des Reizeinflusses kann durch hochamplitudige polysynaptische EPSPs gewährleistet werden.
- Elektrische Prozesse in Ganglien: In sympathischen Ganglien des vegetativen Nervensystems wird ein charakteristischer Potentialwechsel registriert: Ein schnelles EPSP wird von einem langsamen IPSP abgelöst, gefolgt von einem langanhaltenden langsamen EPSP.
Fragen aus Vorlesungen und Prüfungen
Wovon hängt die EPSP-Amplitude ab?
Die Potentialgröße variiert zwischen 1 und 50 mV und hängt von der Menge des ausgeschütteten Neurotransmitters ab. Ein Vesikel (Neurotransmitter-Quant) verändert die Membranladung um 0,1 mV.
Worin unterscheidet sich das EPSP vom IPSP?
Das EPSP verursacht eine Membrandepolarisation und begünstigt die Erregungsleitung (Generierung eines Aktionspotentials). Das IPSP (inhibitorisches postsynaptisches Potential) verursacht eine Hyperpolarisation, erschwert das Erreichen des Schwellenwerts und blockiert die Signalweiterleitung.
Welche Neurotransmitter rufen ein EPSP hervor?
Zu den wichtigsten exzitatorischen Neurotransmittern gehören Glutamat, Acetylcholin und Noradrenalin. Ihre Wirkung auf die postsynaptische Membran ruft eine Depolarisation und die Bildung des EPSP hervor.
Was es zum Thema noch zu wiederholen gibt
- Inhibitorisches postsynaptisches Potential (IPSP)
- Aktionspotential (AP)
- Synaptische Übertragung
- Reverberation der Erregung
- NMDA-Rezeptoren
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