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18.6: Die Synapse
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The Synapse
 
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18.6: The Synapse

18.6: Die Synapse

Neurons communicate with one another by passing on their electrical signals to other neurons. A synapse is the location where two neurons meet to exchange signals. At the synapse, the neuron that sends the signal is called the presynaptic cell, while the neuron that receives the message is called the postsynaptic cell. Note that most neurons can be both presynaptic and postsynaptic, as they both transmit and receive information.

An electrical synapse is one type of synapse in which the pre- and postsynaptic cells are physically coupled by proteins called gap junctions. This allows electrical signals to be directly transmitted to the postsynaptic cell. One feature of these synapses is that they can transmit electrical signals extremely quickly—sometimes at a fraction of a millisecond—and do not require any energy input. This is often useful in circuits that are part of escape behaviors, such as that found in the crayfish that couples the sensation of a predator with the activation of the motor response.

In contrast, transmission at chemical synapses is a stepwise process. When an action potential reaches the end of the axonal terminal, voltage-gated calcium channels open and allows calcium ions to enter. These ions trigger fusion of neurotransmitter-containing vesicles with the cellular membrane, releasing neurotransmitters into the small space between the two neurons, called the synaptic cleft. These neurotransmitters—including glutamate, GABA, dopamine, and serotonin—are then available to bind to specific receptors on the postsynaptic cell membrane. After binding to the receptors, neurotransmitters can be recycled, degraded, or diffuse away from the synaptic cleft.

Chemical synapses predominate the human brain and, due to the delay associated with neurotransmitter release, have advantages over electrical synapses. First, a few or many vesicles may be released, resulting in a variety of postsynaptic responses. Second, binding to different receptors may cause an increase or decrease membrane potential in the postsynaptic cell. Additionally, the availability of neurotransmitters in the synaptic cleft is regulated by recycling and diffusion. In this way, chemical synapses achieve neuronal signaling that can be highly regulated and fine-tuned.

Neuronen kommunizieren miteinander, indem sie ihre elektrischen Signale an andere Neuronen weitergeben. Eine Synapse ist der Ort, an dem sich zwei Neuronen treffen, um Signale auszutauschen. An der Synapse wird das Neuron, welches das Signal sendet, als präsynaptische Zelle bezeichnet. Dagegen wird das Neuron, welches die Nachricht empfängt, die postsynaptische Zelle genannt. Man beachte, dass die meisten Neuronen sowohl präsynaptisch als auch postsynaptisch sein können, da sie sowohl Informationen senden und empfangen.

Eine elektrische Synapse ist ein Typ von Synapsen, bei dem die prä -und postsynaptischen Zellen durch Proteine, sogenannte Gap Junctions, physikalisch miteinander gekoppelt sind. Dadurch können elektrische Signale direkt an die postsynaptische Zelle übertragen werden. Eine Eigenschaft dieser Synapsen ist, dass sie elektrische Signale extrem schnell übertragen können und dazu keine Energiezufuhr benötigen. Dies geschieht teilweise schon im Bruchteil einer Millisekunde. Dies ist oft nützlich in Schaltkreisen, die Teil des Fluchtverhaltens sind. Ein Beispiel sind Krebse, welche die Wahrnehmung eines Raubtieres mit der Aktivierung der motorischen Reaktion koppeln.

Im Gegensatz dazu ist die Übertragung bei chemischen Synapsen ein schrittweiser Prozess. Wenn ein Aktionspotential das Ende des Axon-Terminus erreicht, öffnen sich spannungsgesteuerte Kalziumkanäle und lassen Kalziumionen eindringen. Diese Ionen lösen die Verschmelzung von Neurotransmitter enthaltenden Vesikeln mit der Zellmembran aus, wodurch Neurotransmitter in den kleinen Raum zwischen den beiden Neuronen, den so genannten synaptischen Spalt, freigesetzt werden. Diese Neurotransmitter wie Glutamat, GABA, Dopamin und Serotonin stehen dann zur Verfügung, um an spezifische Rezeptoren auf der postsynaptischen Zellmembran zu binden. Nach der Bindung an die Rezeptoren können die Neurotransmitter recycelt, abgebaut oder vom synaptischen Spalt weg diffundiert werden.

Chemische Synapsen überwiegen im menschlichen Gehirn und haben aufgrund der mit der Neurotransmitterfreisetzung verbundenen Verzögerung Vorteile gegenüber elektrischen Synapsen. Erstens können einige oder viele Vesikel freigesetzt werden, was zu einer Vielzahl von postsynaptischen Reaktionen führt. Zweitens kann die Bindung an verschiedene Rezeptoren zu einer Erhöhung oder Verringerung des Membranpotentials in der postsynaptischen Zelle führen. Zusätzlich wird die Verfügbarkeit von Neurotransmittern im synaptischen Spalt durch Recycling und Diffusion reguliert. Auf diese Weise erreichen chemische Synapsen neuronale Signale, die hochgradig reguliert und fein abgestimmt werden können.


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