4. Vorlesung (ChatGPT): Neurotransmitter Grundlagen

Ein Neurotransmitter (NT) ist ein chemischer Botenstoff, der die elektrische Signalweiterleitung zwischen Neuronen ermöglicht.

• NT wird vom präsynaptischen Neuron ausgeschüttet, sobald ein Aktionspotential ankommt.

• Er gelangt in den synaptischen Spalt und dockt an Rezeptoren des postsynaptischen Neurons an.

• Dadurch öffnen sich Ionenkanäle → es entstehen EPSP (erregend) oder IPSP (hemmend).

• Rezeptoren sind spezifische Proteine mit einer Bindungsstelle.

• Ein Neurotransmitter passt nur zu einem passenden Rezeptor → Schlüssel-Schloss-Prinzip.

• Manche NT können auch an verschiedene Subtypen eines Rezeptors binden.

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Dies erklärt, warum bestimmte Medikamente nur auf bestimmte Rezeptoren wirken, andere aber breiter.

• NT dockt direkt an ein Kanalprotein → Ioneneinstrom beginnt sofort.

• Direkte Wirkung, extrem schnell: < 1 ms.

• NT bindet an einen Membranrezeptor, der ein G-Protein aktiviert.

• Eine Untereinheit wirkt als second messenger und öffnet Ionenkanäle.

• Wirkung: indirekt und langsamer (Sekunden bis Minuten).

• NT öffnet Na⁺-Kanäle → Na⁺ strömt in die postsynaptische Zelle.

• Folge: Depolarisation → erhöhte Wahrscheinlichkeit, dass ein neues Aktionspotential entsteht (erregend).

• NT öffnet K⁺-Kanäle (K⁺ strömt aus) oder Cl⁻-Kanäle (Cl⁻ strömt ein).

• Folge: Hyperpolarisation → verringerte Wahrscheinlichkeit eines Aktionspotentials (hemmend).

Zwei Hauptwege der Deaktivierung:

1. Wiederaufnahme in Vesikel des präsynaptischen Neurons.

2. Enzymatischer Abbau im synaptischen Spalt.

• 4 niedermolekulare Klassen (relativ kleine Moleküle)

• 1 hochmolekulare Klasse (große Moleküle = Neuropeptide)

• Sie zählen zu den niedermolekularen Neurotransmittern.

• Wichtigste Vertreter: Glutamat (erregend) und GABA (hemmend).

• Glutamat wirkt exzitatorisch (erregend) → löst EPSP aus.

• Ablauf:

  1. Aktionspotential erreicht präsynaptisches Neuron.

  2. Vesikel verschmelzen → Glutamat wird freigesetzt.

  3. Dockt an Glutamatrezeptoren (ionotrop) der Postsynapse.

  4. Na⁺ strömt ein → Depolarisation.

• Zentrales Nervensystem (ZNS): beteiligt an fast allen Hirnfunktionen:

  • Sinneswahrnehmung

  • Bewegungssteuerung

  • Lernen

  • Gedächtnis

• Peripheres Nervensystem (PNS): z. B. Magen, Darm, Haut, Muskel

Zwei Hauptwege:

1. Nahrung → Fleisch, Fisch, Hülsenfrüchte, Tomaten, Parmesan (als Natriumsalz = Geschmacksverstärker z. B. in Chips)

2. Blutbahn → Über Blut-Hirn-Schranke zu Astrozyten → Umwandlung in Glutamin → Transport ins Neuron → Rückwandlung in Glutamat

• GABA = Gamma-Aminobuttersäure

• Wichtigster inhibitorischer (hemmender) Neurotransmitter im ZNS

• Gegenspieler von Glutamat

1. Glutamat-Aufnahme über die Blutbahn → Astrozyt

2. Umwandlung in Glutamin → Transport ins Neuron

3. Dort: Rückwandlung zu Glutamat

4. Unter Energieaufwand: Glutamat → GABA (Energie kommt aus den Mitochondrien)

5. Verpackung in Vesikel

• Inhibitorisch (hemmend)

• Ablauf:

  1. Aktionspotential erreicht präsynaptisches Neuron

  2. Vesikel setzen GABA frei

  3. GABA dockt an GABA-Rezeptoren (ionotrop + metabotrop)

  4. Folge: Cl⁻-Einstrom oder K⁺-Ausstrom

  5. → IPSP entsteht → Hemmung des Neurons

• Hemmt die Aktivität anderer Nervenzellen → regulierende Funktion

• Kommt überall dort vor, wo auch Glutamat vorkommt

• Balance im Nervensystem: GABA hemmt, Glutamat erregt

• Chorea Huntington = neurodegenerative, erbliche Erkrankung

• Ursache: erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Glutamat

• Folgen: • Psychisch: reizbar, aggressiv, enthemmt • Motorisch: unwillkürliche Bewegungen, Grimassieren, abgehackte Sprache

• Problem: zu viel Erregung, Inhibition durch GABA fehlt

• Krankheit ist mit GABA-Mangel verbunden

• Aber: orale oder intravenöse Gabe von GABA ist wirkungslos → Grund: flexible chemische Struktur von GABA → wird schnell abgebaut

• Lösung: Entwicklung von GABA-Analoga im Labor (stabilere Substanzen)

• Monoamine entstehen aus bestimmten Aminosäuren.

• Untergruppen:

  1. Catecholamine (Dopamin, Noradrenalin, Adrenalin) – gebildet aus Tyrosin

  2. Indolamine (Serotonin, Melatonin) – gebildet aus Tryptophan

• Aufnahme über die Nahrung (z. B. Käse, Fleisch, Fisch, Eier).

• Tyrosin liegt in Lebensmitteln fast immer als Proteinbestandteil (L-Tyrosin) vor, nicht frei.

• Vor allem hemmende Wirkung

• Wichtige Funktionen:

  • Bewegungssteuerung

  • Belohnungssystem (Motivation, Drogenwirkung)

  • Arbeitsgedächtnis

1. Synthese: Tyrosin → L-Dopa → Dopamin (in der Nervenzelle)

2. Verpackung in Vesikel

3. Bei Aktionspotential: Vesikel verschmelzen → Dopamin wird freigesetzt

4. Dockt an metabotrope Dopamin-Rezeptoren → meist Cl⁻-Einstrom → IPSP

• Bewegungsstörungen:

  • Tremor (Zittern) auch in Ruhe

  • Schlurfender Gang, kleine gebogene Schritte

• Therapie: Gabe von L-Dopa (Vorstufe von Dopamin)

  • → kann in Dopamin umgewandelt werden

  • → zu viel L-Dopa → psychotische Symptome

• Ursache: Dopamin-Überschuss

• Symptom: Halluzinationen

• Therapie: Dopamin-Antagonisten (z. B. Neuroleptika, Chlorpromazin) → blockieren Rezeptoren → verhindern Dopaminwirkung

• Achtung: zu wenig Dopamin durch Medikamente → Bewegungsstörungen möglich

• Beide wirken erregend und hemmend

• ZNS:

  • Noradrenalin: Blutdruckregulation

  • Adrenalin: Aufmerksamkeit, Motivation, Emotion

• PNS (Sympathikus): wirken als Stresshormone

• Beide gehören zu den Indolaminen.

• Synthese aus Tryptophan (Aminosäure).

• Umwandlung: Tryptophan → 5-HTP → Serotonin (bzw. später Melatonin).

• Kakao & Milch enthalten Tryptophan.

• In Nervenzellen wird es zu Serotonin umgewandelt.

• Serotonin beeinflusst Stimmung & Emotion.

• Serotonin-Neurone sitzen in den Raphekernen des Hirnstamms.

• Axone innervieren fast alle Hirnregionen.

• Funktionen im ZNS:

  • Schmerzempfinden

  • Schlaf-/Wachrhythmus

  • Gemütszustand/Emotion

• Zu wenig Serotonin im Spalt → Risiko für Depression.

• Therapie: SSRI (Selektive Serotonin-Wiederaufnahme-Hemmer) → verhindern Wiederaufnahme in präsynaptisches Neuron → mehr Serotonin bleibt länger wirksam im synaptischen Spalt.

• Beispiele: Fluoxetin (Prozac, Fluctin)

• Synthese erfolgt in der Nervenzelle aus Cholin.

• Cholinquellen:

  • besonders reich: Eigelb, Rinder- & Schweineleber

  • gering: Getreide, Sojabohnen, Gemüse, Nüsse

• Ablauf:

  1. ACh wird in Vesikel verpackt

  2. Bei Aktionspotential: Freisetzung in den synaptischen Spalt

  3. Dockt an postsynaptische Rezeptoren → Na⁺-Einstrom

• Vor allem erregend

• Beteiligung an:

  • Gedächtnis

  • Aufmerksamkeit

  • Wachzustand

  • Kognition

• Vor allem erregend

• Funktionen:

  • Signalübertragung zwischen Nerven und Muskeln

  • Beteiligung am vegetativen Nervensystem (z. B. Steuerung innerer Organe)

• Beispiel: Vermittlung von Gefäßerweiterung (über NO = Stickstoffmonoxid).

• Neuropeptide = hochmolekular → sehr große Moleküle (Proteine).

• Es gibt ca. 100 verschiedene Neuropeptide.

• Wirkung: • Im ZNS/PNS: als Neurotransmitter • An anderen Körperstellen: als Hormone

1. Vorstufen entstehen im Zellkern & rauen ER.

2. Verpackung am Golgi-Apparat in große Vesikel.

3. Transport über Mikrotubuli ins Axon.

4. Endgültige Reifung/Synthese durch Enzyme in den synaptischen Endknöpfchen.

• Vor allem hemmende Wirkung:

  • Schmerzlinderung

  • Hungerlinderung

  • Euphorie

• Beispiel: „Runner’s High“

  • → nach Sport Ausschüttung von Endorphinen

  • → Ruhe, Gelassenheit, Wohlbefinden

  • → sogar Sucht nach mehr Sport möglich.