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6.7: Synaptische Signalgebung
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Synaptic Signaling
 
PROTOKOLLE

6.7: Synaptic Signaling

6.7: Synaptische Signalgebung

Neurons communicate at synapses, or junctions, to excite or inhibit the activity of other neurons or target cells, such as muscles. Synapses may be chemical or electrical.

Most synapses are chemical. That means that an electrical impulse—or action potential—spurs the release of chemical messengers. These chemical messengers are also called neurotransmitters. The neuron sending the signal is called the presynaptic neuron. The neuron receiving the signal is the postsynaptic neuron.

The presynaptic neuron fires an action potential that travels through its axon. The end of the axon, or axon terminal, contains neurotransmitter-filled vesicles. The action potential opens voltage-gated calcium ion channels in the axon terminal membrane. Ca2+ rapidly enters the presynaptic cell (due to the higher external Ca2+ concentration), enabling the vesicles to fuse with the terminal membrane and release neurotransmitters.

The space between presynaptic and postsynaptic cells is called the synaptic cleft. Neurotransmitters released from the presynaptic cell rapidly populate the synaptic cleft and bind to receptors on the postsynaptic neuron. The binding of neurotransmitters instigates chemical changes in the postsynaptic neuron, such as opening or closing ion channels. This, in turn, alters the membrane potential of the postsynaptic cell, making it more or less likely to fire an action potential.

To end signaling, neurotransmitters in the synapse are degraded by enzymes, reabsorbed by the presynaptic cell, diffused away, or cleared by glial cells.

Electrical synapses are present in the nervous system of both invertebrates and vertebrates. They are narrower than their chemical counterparts and transfer ions directly between neurons, allowing faster transmission of the signal. However, unlike chemical synapses, electrical synapses cannot amplify or transform presynaptic signals. Electrical synapses syncronize neuron activity, which is favorable for controlling rapid, invariable signals such as the danger escape in squids.

Neurons can send signals to, and receive them from, many other neurons. The integration of numerous inputs received by postsynaptic cells ultimately determines their action potential firing patterns.

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. der Axon-Terminus enthält mit Neurotransmittern gefüllte Vesikel. Das Aktionspotential öffnet spannungsgesteuerte Kalzium-Ionenkanäle in der Membran des Axon-Endes. 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 auf dem postsynaptischen Neuron. 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 Pendants 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 Aktivität der Neuronen, was für die Steuerung schneller, unveränderlicher 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 deren Aktionspotential-Feuermuster.


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