18.11
Die Synapse
Neuronen kommunizieren miteinander, indem sie ihre elektrischen Signale an andere Neuronen weitergeben. Eine Synapse ist der Ort, an dem sich zwei Neu…
Die Zellen Ihres Nervensystems empfangen und senden ständig Informationen, von der grundlegenden Körperfunktion bis zum Sinnesreiz. Neuronen kommunizieren mit elektrischen Signalen, die Aktionspotenziale genannt werden. Diese Aktionspotenziale haben ihren Ursprung im Zellkörper, und bewegen sich am Axon entlang zum Axonterminal, wo sie zur nächsten Zelle weitergeleitet werden.
Der Punkt, an dem sich zwei Neuronen treffen, heißt Synapse. Elektrische Synapsen ermöglichen eine direkte Kommunikation zwischen Zellen unter Verwendung von Lückenverbindungen, die oft an der Koordination schneller Aktivität beteiligt sind. Die meisten Synapsen sind jedoch chemische Synapsen, die einen synaptischen Spalt enthalten, einen physischen Raum, der sich zwischen dem Neuron befindet, welches ein Signal aussendet, und das als die präsynaptische Zelle bekannt ist, und dem empfangenden Neuron, das postsynaptische Zelle heißt.
Aktionspotenziale können den synaptischen Spalt nicht überqueren, so dass Neuronen das elektrische Signal an der Synapse in ein chemisches Signal umwandeln. Dies wird durch die Freisetzung von Molekülen erreicht, die als Neurotransmitter bezeichnet werden. Es gibt viele Neurotransmitter, welche jeweils verschiedene Auswirkungen auf die postsynaptischen Neuronen haben, unter anderem das anregende Glutamat und das hemmende GABA.
Wenn das Aktionspotenzial das präsynaptische Terminal erreicht, öffnen sich spannungsgesteuerte Kalziumkanäle auf der präsynaptischen Membran. Kalzium dringt in die Zelle ein, was die Fusion von Vesikeln mit der Membran und die Freisetzung von Neurotransmittern in den synaptischen Spalt hinein auslöst. Diese sind dann in der Lage, sich an Rezeptoren auf der postsynaptischen Zelle zu binden.
Die Verbindung von Neurotransmittern an die Rezeptoren kann zu einer Erhöhung oder Verminderung des postsynaptischen Membranpotentials führen, was auch die Wahrscheinlichkeit der Einleitung eines Aktionspotenzials in der postsynaptischen Zelle ändert. Neuronen können Tausende von Synapsen haben und Informationen von vielen Zellen erhalten. Diese Signale werden in der Soma des postsynaptischen Neurons kombiniert.
Dabei bestimmt die Zelle, ob diese Nachricht weitergeleitet wird oder nicht. Nach kurzer Bindung an postsynaptische Rezeptoren können sich Neurotransmitter ausbreiten, abgebaut oder recycelt werden. Die Wiederaufnahme von Proteinen in der präsynaptischen Zelle ist oft für das Recycling von Neurotransmittern verantwortlich.
Die Freisetzung und Bindung von Neurotransmittern über Synapsen hinweg ermöglicht den elektischen Signalen der Aktionspotenziale die Kommunikation mit den benachbarten Neuronen. Dieser mehrstufige Prozess ist entscheidend für die Funktion der Neuronen.
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Q1: What is the difference between electrical and chemical synapses?
Electrical synapses use gap junctions to directly transmit electrical signals between neurons, enabling extremely fast communication without energy input. Chemical synapses contain a synaptic cleft where neurons convert electrical signals into chemical signals via neurotransmitter release. Chemical synapses predominate in the human brain and allow for more regulated, fine-tuned signaling despite their slower transmission speed.
Q2: How do neurotransmitters cross the synaptic cleft?
When an action potential reaches the presynaptic terminal, voltage-gated calcium channels open, allowing calcium to enter. This triggers vesicles containing neurotransmitters to fuse with the presynaptic membrane, releasing neurotransmitters into the synaptic cleft. These molecules then diffuse across the physical space to bind with receptors on the postsynaptic cell.
Q3: What happens after neurotransmitters bind to postsynaptic receptors?
Neurotransmitter binding to postsynaptic receptors can increase or decrease the postsynaptic cell's membrane potential, affecting the likelihood of an action potential initiating. After binding, neurotransmitters may be recycled by reuptake proteins on the presynaptic cell, degraded, or diffuse away from the synaptic cleft, terminating the signal.
Q4: Why do neurons convert electrical signals to chemical signals at synapses?
Action potentials cannot travel across the synaptic cleft, the physical space between neurons. Chemical synapses allow neurons to bridge this gap by converting electrical signals into neurotransmitter molecules that can diffuse across the cleft. This conversion enables signal transmission between neurons while allowing for regulated, fine-tuned communication.
Q5: What role do different neurotransmitters play in synaptic transmission?
Different neurotransmitters produce distinct effects on postsynaptic neurons. Glutamate is excitatory, increasing the likelihood of action potential initiation, while GABA is inhibitory, decreasing this likelihood. Other neurotransmitters like dopamine and serotonin have varied effects, allowing synapses to fine-tune neural signaling based on the specific neurotransmitter released.
Q6: How do neurons integrate signals from multiple synapses?
Neurons receive information from thousands of synapses across their dendrites and cell body. The soma of the postsynaptic neuron combines all incoming signals, determining whether the cumulative effect reaches threshold to initiate an action potential. This integration allows neurons to process complex information from many presynaptic sources before transmitting a signal forward.
Q7: What is the advantage of neurotransmitter recycling at synapses?
Reuptake proteins on the presynaptic cell recycle neurotransmitters from the synaptic cleft, reducing neurotransmitter availability and terminating the signal. This recycling mechanism, along with degradation and diffusion, allows synapses to regulate the duration and intensity of postsynaptic responses, enabling precise control over neural communication.