(4) Synaptische Übertragung

• Übertragung von Aktionspotentialen an die nachgeschaltet Zelle

  • an Verbindungsstellen axonaler Endigungen mit Nervenfasern, Muskeln oder Drüsenzellen

    • Präsynapse (Endknöpfchen)

    • synoptischer Spalt

    • Postsynaptische Membran

• direkte Übertragung > elektrische Synpase

• indirekt durch Freisetzung chemische Substanzen > chemische Synapse

• Erregung oder Hemmung der nachgeschalteten Zellen

• oft plastisch (=lernfähig), effizientere synaptische Übertragung bei häufiger Benutzung

• Wirkungstelle zahlreicher Pharmaka und Suchtmittel

• Ionen fließen von dem Kanal der ersten Nervenzelle direkt in den Kanal der zweiten Nervenzelle (Gap Junctions)

  • Ionenstrom in beide Richtungen (bidirektional)

• Elektrische Strom wird fast ohne Zeitverzögerung weitergeleitet (Synchronisierung von Nervenzellen), sehr schnelle Übertragung

• “Vagusstoff” (Acetylcholin), erster entdecker Neurotransmitter

  • Übertragung von Nervenimpulsen durch chemischen Stoff, da Übertragung auf Präperate ohne elektrische Erregung des Vagus-Nervs

• Otto Loewi

Präsynpase

1. AP wurde ausgelöst und salatorisch über Axon bis ans Endknöpfchen geleitet

2. Depolarisation des präsynaptischen Endes führt zum Einstrom von Ca2+ Ionen

3. Exozytose in Quanten (mehrere Moleküle auf einmal), Bewegung der Vesikel zur präsynpatische Membran und Vereinigung mit dieser; Ausschüttung von Neurotransmittern in synaptischen Spalt

Synaptischer Spalt

1. Neurotransmitter diffundieren durch synaptischen Spalt und binden an Rezeptoren der postsynaptischen Membran

Postsynapse

1. Ionenkanäle öffnen sich > Ioneneinstrom

   • je nach Rezeptor öffnen sich durch Bindung mit Neurotransmitter ein spezifischer Ionenkanal (Schlüssel-Schloss-Prinzip)

2. Je nach Ladung der einströmenden Ionen wird Zelle depolarisiert (EPSP) oder hyperpolarisiert (IPSP)

3. EPSP/IPSP wandern im Soma bis zum Axonhügel

Neurotransmitter nach Signalübertragung

• Abbau überflüssiger Neurotransmitter im synaptischen Spalt durch Enzyme

• Endozytone (Recycling/Reuptake) von Neurotransmittern über vesikuläre Transporterproteine ins präsynaptische Ende

• Bindung von Neurotransmittern an Autorezeptor der präsynaptischen Membran > Feedback: Ausschüttung stoppen

• Diffusion in extrazellulären Raum

• Synthese (als finale Phase im Endknöpfchen) erfolgt häufig durch enzymatische Prozess im Soma des Neurons (Vorstufen)

• Aufnahme von Aminosäuren über Nahrung als Vorstufen von Transmittern, vor allem durch Eiweiße

• Speicherung der Transmitter in Vesikeln des Neurons

direkte, schnelle Aktivierung

• Transmitter bindet an Rezeptor (Schlüssel-Schloss-Prinzip) und verändert dessen Form

  • Moleküle als Generalschlüssel; Rezeptorstelle definiert Anbindungsstelle, nicht der Rezeptortyp

• Öffnung / Schließung von Ionenkanälen

langsame, indirekte Aktivierung

• Transmitter bindet an Rezeptor (g-Protein gekoppelt) (first messenger)

• Alpha-Untereinheit trennt sich auf Innenseite der Membran vom G-Protein

• Moduliert Aktivität des Zielmoleküls

• bindet an second messenger oder Ionenkanal und öffnet/schließt diesen

  • Interzelluläre Weiterleitung und Modulation des Signals, Zwischenstationen der Signaltransduktion

  • Modellieren Ionenkanäle oder Genexpression (Beeinflussing Transkriptionsfaktoren)

Stoffe, die an Rezeptoren gebunden werden können

• Chemische Verbindung die an einen spezifischen Rezeprot hindert (reversible oder irreversibel)

• Endogene Liganden, selbstproduziert (Transmitter, Hormone)

• Exogene Liganden, “aufgenommen” (Drogen, Medikamente)

  • können teilweise an der selben Stelle anbinden wie endogene Liganden und diese manipulieren, da ähnliche Struktur

• verschieden Wirkungsmechanismen:

  • Agonist: initiieren normale Effekte/Reaktion des Rezeptors

  • Inverser Agonist: entgegengesetzte Effekte/Reaktion des Rezeptors

  • Antagonist: besetzt, aber aktiviert den Rezeptor nicht und verhindert Aktivierung durch andere Liganden (Blockade)

= Summe von erregenden und inhibtorischen Potentialen

• Exzitatorisches Postsynaptisches Potential (EPSP)

  • entsteht an exzitatorischen Synapsen

  • Depolarisation der postsynaptischen Membran (Kurzzeitige Öffnung von Kanälen für Katione, Na+ und Intrazelluläre Veränderungen, metabotrop)

  • Schwellenüberschreitung löst AP as

  • an verschiedenen Synapsen gleichzeitig ausgelöste EPSP’s addieren sich in ihrer Amplitude

  • z.B. Acetycholin, Adrenalin, Noradrenalin, Glutamat

• Inhibitorisches Postsynaptisches Potential (IPSP)

  • entsteht an ihibitorischen Synapsen

  • Hyperpolarisierung der postsynaptischen Membran (Kuzzeitige Öffnung von Ionenkanälen, Cl- Einstrom und K+ Ausstrom, Intrazelluläre Veränderungen)

  • z.B. GABA, Glyzin

• summieren sich räumlich und/oder zeitlich (Bahnung)

  • Summieren von gleichzeitig ankommenden EPSPs und IPSPs, die an verschiedenen Stellen am Soma ankamen (räumlich)

  • Summieren von kurz nacheinander ankommenden EPSPs oder IPSPs; möglich, da Dauer länger als Refraktärphase des Neurons

Elektroenzephalogramm

• Messung elektrischen Potenzialschwankungen von Kortexneuronen (Pyramidalzellen)

• sichtbares Signal an Schädeloberfäche erfordert Aktivität mehrere tausend Neuronen (synchrone Aktivität erzeugt Oberflächensignal)

• Verarbeitungsprozesse im Gehirn, Schlaf(stadien) und Aufmerksamkeit, Epilepsie

• Analyse von

  • Spontanaktivität / Ruhe-EEG > spontane Potentiale

  • Ereignis-korrelierte Aktivität (EKP) > evozierte Potentiale

    • in Abhängigkeit einer Aufgabe entstehende Potentialänderungen (Stimulus-induziert)

• Polarität: Negatvierung vs. Positivierung

• Peaklatenz: Latenz der maximalen Amplitude