Synaptische Signalübertragung

Neuronen kommunizieren an Synapsen oder Knotenpunkten, um die Aktivität anderer Neuronen oder Zielzellen, wie z.B. Muskeln, zu stimulieren oder zu hemmen. Synapsen können von chemischer oder elektrischer Art sein.

Die meisten Synapsen sind chemisch. Das bedeutet, dass ein elektrischer Impuls oder ein Aktionspotential die Freisetzung von chemischen Botenstoffen anregt. Diese chemischen Botenstoffe werden auch als Neurotransmitter bezeichnet. Das Neuron, welches das Signal sendet, wird präsynaptisches Neuron genannt. Das Neuron, welches das Signal empfängt, ist das postsynaptische Neuron.

Das präsynaptische Neuron feuert ein Aktionspotential ab, das durch sein Axon wandert. Das Ende des Axons bzw. die präsynaptische Endigung enthält mit Neurotransmittern gefüllte Vesikel. Das Aktionspotential öffnet spannungsgesteuerte Kalzium-Ionenkanäle in der Membran des Axonterminals. Ca²⁺ gelangt schnell in die präsynaptische Zelle (aufgrund der höheren externen Ca²⁺ Konzentration), wodurch die Vesikel mit der terminalen Membran verschmelzen und Neurotransmitter freisetzen.

Der Raum zwischen prä- und postsynaptischer Zelle wird synaptischer Spalt genannt. Neurotransmitter, die von der präsynaptischen Zelle freigesetzt werden, besetzen schnell den synaptischen Spalt und binden an Rezeptoren des postsynaptischen Neurons. Die Bindung der Neurotransmitter löst chemische Veränderungen im postsynaptischen Neuron aus. Ionenkanäle werden beispielsweise geöffnet oder geschlossen. Dies wiederum verändert das Membranpotential der postsynaptischen Zelle. Sie feuert nun mehr oder weniger wahrscheinlich ein Aktionspotential ab.

Um die Signalübertragung zu beenden, werden die Neurotransmitter in der Synapse durch Enzyme abgebaut. Anschließend werden sie von der präsynaptischen Zelle resorbiert, wegdiffundiert oder von den Gliazellen ausgeschieden.

Elektrische Synapsen findet man im Nervensystem von sowohl wirbellosen Lebewesen als auch Wirbeltieren. Sie sind schmaler als ihre chemischen Gegenstücke und übertragen Ionen direkt zwischen den Neuronen. Das ermöglicht eine schnellere Signalübertragung. Im Gegensatz zu chemischen Synapsen können elektrische Synapsen jedoch keine präsynaptischen Signale verstärken oder transformieren. Elektrische Synapsen synchronisieren die neuronale Aktivität, was für die Steuerung schneller, gleichmäßiger Signale, wie z.B. der Flucht bei Tintenfischen, vorteilhaft ist.

Neuronen können Signale an viele andere Neuronen senden und von ihnen empfangen. Die Integration zahlreicher Signale, die von den post-synaptischen Zellen empfangen werden, bestimmt letztlich das Muster der Aktionspotentiale.