4. Vorlesung: Neurotransmitter

• Ein NT ist ein Botenstoff, der in den synaptischen Spalt abgegeben wird und damit die elektrische weiterleitung zwichen zwei Neuronen chemisch überbrückt

• NT wird von einem päsynaptischen Neuron ausgeschüttet, wenn dies ein Aktionspotential erhalten hat

• NT dockt an läst Rezeptren am Dendriten eines postsynaptischen Neurons und öffnet damit Ionenkanäle

  • EPSP/IPSP’s erfolgen

• Rezeptorandockung

  • Aktivierung des Rezeptors

• Rezeptor

  • spezifisches Protein in der Zellmembran mit einer Bindungsstelle für einen Neurotransmitter

• NT dockt an Rezeptoren am Dendriten eines psotsynaptischen Neurons

• Schlüssel-Schloss-Prinzip:

  • Andockung nur dann, wenn NT und Rezeptor zusammenpassen

    • NT passt auch oft an Subtypen eines speziellen Rezeptors

• Transmitterabhängige Kanäle

  • Ionotrope Kanäle

    • Andocken des Neurotransmitter am Kanalprotein läst Ionen-Einstrom aus

    • Direkte Wirkung

      • Schnell <1ms

  • Metabotrope Ionen Kanäle

    • Andocken des NT an einem Membranrezeptor führt zu Lösung einer Untereinheit des G-Proteins

    • Die Untereinheit (= second messenger) dockt an einen Ionenkanal. Dieser öffnet sich für Ionen.

    • => indirekte und relativ langsame Wirkung des NT

      • Sekunden bis Minuten

• Bei Manchen NT

  • EPSP (exzitatorisches postsynaptisches Potential)

    • erregend

  • IPSP (inhibitorisches postsynaptisches Potential)

• Nach Abdocken an die Rezeptoren (Proteinkanäle) der postsynaptischen Membran, werden die NT wieder freigegeben.

• Vesikel nehmen sie wieder auf oder sie werden enzymatisch abgebaut

• 4 Niedermolekulare Klassen (d.h. relativ kleine Moleküle)

  • Aminosäüren

    • zb Glutatmat, GABA

  • Monoamine

    • z.B. Dopamin, Adrenalin

  • Acetylcholin

  • Unkonventionelle Neurotransmitter

    • zb Stickstoffmonoxid

• 1 hochmolekulare Klasse

  • Neuropeptide

    • zb Hypophysen

• Wichtigster exzitatorischer NT im ZNS der Säugetiere

• exzitatorisch = erregend (EPSP)

• Beim ankommenden Aktionspotential verschmelzen Vesikel, die NT Glutamat tragen, mit der Zellmembran

  • Glutamat gelangt in den synaptischen Spalt

  • Glutamat setzt sich an Glutamatrezeptoren Des Denddriten (Postsynapse) des Neuron 2

  • Rezeptor öffnet sich und Na+ kann einfließen (ionotrop)

  • Ein EPSP entsteht

• Wo wirkt es?

  • an fast allen Hirnfunktionen (ZNS) der Säugetiere beteiligt

    • Sinneswahrnehmng

    • Bewegungsteuerung

    • Lernen

    • Gedächtnis

  • Aber auch im periphere Nervensystem

    • Magen

    • Darm

    • Haut

    • Muskel

• Wie kommt es zu den Neuronen?

  • Aufnahme mit der Nahrung

    • Fleisch, Fisch, Hülsenfrüchte, Tomaten, Parmesan

    • (Als Natriumsalz kommt es zb auch in Chips vor = Geschmacksverstärker)

  • dann Aufnahme über die Blutbahn

    • Blut Hirn Schranke => Astrozyten

      • Umwandlung in Glutamin, welches dann zum Neuron transport wird und zurück in Glutamat gewandelt wird

• wichtigster inhibitorischer NT im ZNS der Säugetiere

• inhibitorische = hemmend

• Beim ankommenden Aktionspotential verschmelzen Vesikel, die NT GABA tragen, mit der Zellmembran

  • GABA gelangt in den synaptischen Spalt

  • GABA setzt sich an GABA-Rezeptoren des Dendriten (Postsynapse) des Neuron 2

  • GABA-Rezeptoren (iono- und metabotrop) führen zu Cl- Einstrom bzw. K+ Austrom

  • Ein IPSP entsteht => hemmend

• Wie kommt es zu den Neuronen

  • Aufnahme von Glutamat über die Blutbahn => Bluthirnschranke => Astrozyt

  • Im Astrozyten

    • Umwandlung in Glutamin und Transport ins Neuron

  • Im Neuron

    • Umwandlung in Glutamat

    • Glutamat wird unter Energieaufwand in GABA umgewandelt

      • Die nötige Energie wird von den Mitochondiren (Kraftwerk der Zelle) geliefert

    • Verpackung in Vesikel-Bläschen

    • Nach Einsatz: Aufnahme in Astrozyten und Umwandlung in Glutamat

• Wo wirkt es?

  • ZNS

  • dort wo auch Glutamat vorkommt (Gegenspieler)

  • hemmt und reguliert dadurch Aktivität andere Nervenzellen

    • körpereigenes Beruhigungsmittel

    • Kommt überall dort vor, wo auch Glutamat vorkommt (da direkt aus diesem unter Energieaufwand abgewandelt)

    • Gegenspieler von Glutamat

• Chorea Huntington

  • Neurodegenerative erbliche Erkrankung

    • erhöhte Empflindlichkeit gegenüber Glutamat

  • Folge

    • Psychische Störungen

      • reizbar, aggressiv, enthemmt, unwilkürliche Bewegungen, Grimassieren, abgehackte Sprache

  • zu viel Erregung, weil Inhibition fehlt

• Warum kann GABA-Einnahme nicht Chorea Huntington heilen?

  • Chorea Huntington ist mit GABA-Mangel verbunden

  • Obwohl bekannt ist, dass erhöhte GABA-Konzentation die Zuckungen/Krämpfe verhindert, blieb die intravenöse als auch orale Aufnahme von GABA wirkungslos

    • Grund ist wahrscheinlich die flexible chemische Struktur von GABA (kann schneller um-/abgebaut werden)

  • Als Lösung werden im Labor künstliche Substanzen hergestellt, die GABA in der funktion ähneln sollen (GABA-Analoge)

• Aminosäure Tyrosin

  • 2 Gruppen

    • Catcheolamine

      • Dopamin

      • Adrenalin

      • Noradrenalin

• Aminosäure Tryptophan

  • Synthese erfolgt in der Nervenzelle

    • Serotonin

    • Melantonin

• Monoamin

  • Catcheolamin

• Wirkung

  • ZNS

    • Bewegungssteuerung

    • Belohnungssystem

    • Motivation

    • Arbeitsgedächtnis

  • PNS

    • Steuer- und Regelvorgänge (u.a. Durchblutung der Organe)

• Biosynthese aus Tyrosin in L-Dopa & Dopamin erfolgt in der Nervenzelle selber

• Dopamin wird in Vesikel verpackt

• Vesikel verschmelzen mit der präsynaptischen Membran, wenn Aktionpotential ankommt (Ca2+ Einstrom)

• Postsynaptische Membran:

  • Dopamin dockt an metatrope Dopaminrezeptoren

    • meist Cl- Einstrom

      • IPSP

• Parkinson

  • Folge von Dopamin-Mangel

  • Tremor

    • Da Die Bewegung nicht mehr richtig kontrolliert werden kann

      • zittern der Hände

      • Schlurfende Gangart

  • Abhilfe

    • Gabe von L-Dopa

      • Kann vom Körper in Dopamin umgewandelt werden, da direkte Vorstufe in Synthese

      • Zuviel L-Dopa

        • psychotische Symptome (Achtung!)

• Schizophrenie

  • Folge von Dopamin-Überschuss

  • Symptom

    • halluzinationen

  • Abhilfe

    • Gabe von Dopamin Antagonisten

      • z.B. Neuroleptika

      • Achtung!

        • Bei zu wenig Dopamin treten auch hier Bewegungsstörung auf.

      • Beispiel

        • Dopamin Antagonist Chlorpromazin besetzt für die Dopamin vorgesehenden Rezeptoren und schließt die Ionenkanäle

        • Dopamin zerfällt im synaptischen Spalt in wirkungslose Dopamin-Metabolite

• Monoamine

  • Catcheolamine

• Beide sowohl erregend als auch hemmend

• ZNS

  • Noradrenalin

    • Blutdruckregulation

  • Adrenalin

    • Aufmerksamkeit

    • Motivation

    • Emotion

• PNS

  • “Stresshormone” im sympathischen Nervensystem

• Sojabohnen

• Reis

• Käse

• Kürbiskerne

• Kuhmilch

• Kakao und Milch enthalten Tryptophan

  • Umwandlung in der Nervenzelle zu Serotonin

    • (Warum Schokolade angeblich glücklich machen soll)

• Sojabohnen

• Haferflocken

• Kuhmilch

• Reis

• Hühnerei

Serotonin

• erregend und hemmend

• ZNS

  • Serotonin als NT ist nur in Neuronen nachweisbar, deren Zellkörper in den so genannten Raphekernen im Hirnstamm sitzen

  • Von dort innervieren sie mit ihren Axonen praktisch alle Regionen des Gehirns und beeinflussen etwa Schmerzempfinden, Schlaf- und Wachrhythmus und den Gemütszustand/Emotion.

• Fehlfunktion

  • Depression

    • Zu wenig Serotonin im synaptischen Spalt

    • Gegenmassnahme

      • SSRI =Selective Serotonin Reuptake Inhibition

        • Serotonin-Wiederaufnahme-Hemmer

          • damit das Serotonin nicht o schnell wieder agebaut wird

• hochmolekular

  • sehr große Moleküle

• Es gibt an die 100 verschiedene Neuropeptide

  • Viele dieser Peptide wirken an den Synapsen des ZNS/PNS als Neurotransmitter

    • an anderen Stellen des Körpers als Hormone

• Synthese

  • Neuropeptide (=Proteine!) sind sehr groß

  • Vorstufe wird im Zellkern und rauem ER generiert

  • Proteinbausteine werden dann am Golgieapparat verpackt (große Vesikel) und über Mikrotubuli durch das Axon transportiert

  • In den synaptischen Endknöpfchen erfolgt dann in den Vesikeln durch Enzyme die endgültige Neuropeptid-Synthese

• Beispiel

  • Endorphine (endogene Opiate)

  • vor allem hemmende Wirkung

    • Schmerz-, Hungerlinderung

    • Eurphorie

  • z.B.

    • Runners High

      • nach dem Sport wird vermehrt Endorphin ausgeschpttet

        • Gefühl der Ruhe, Gelassenheit, Wohlbefinden

        • Sucht nach mehr Sport