Neurotransmitter

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Neurotransmitter


In diesem Kapitel geht es um Neurotransmitter oder auch kurz Transmitter. 

Neurotransmitter sind wichtig für die Erregung einer Nervenzelle. Sie gehören damit inhaltlich zur Neurobiologie und zum Fach Biologie.


Wir erklären dir in den folgenden Abschnitten, was Neurotransmitter sind und welche es gibt.

Wir hoffen, dass du am Ende des Kapitels einen guten Überblick bekommen hast, was wir meinen, wenn wir von Neurotransmittern sprechen.




Definition von einem Neurotransmitter


Neurotransmitter (oder kurz einfach nur Transmitter) genannt, sind Überträgerstoffe wodurch die Erregungsübertragung an chemischen Synapsen erfolgt. Sie übertragen, verstärken oder auch modulieren die Reize von einer Nervenzelle zu einer anderen. 



Physiologie: Wo finden wir Neurotransmitter?


1921 konnte Otto Loewi an isolierten Froschherzen die Existenz von chemischen Überträgerstoffen zeigen. Der Herzschlag bei Fröschen wird durch Nerven gesteuert. Die Signale solcher Nerven an die nachgeschalteten Herzmuskelfasern konnten per Pipette abgesaugt werden. Mit dieser Lösung in der Pipette konnte auch der Schlag von fremden Herzen beeinflusst werden. Heute ist der Botenstoff analysiert und seine Strukturformel bekannt – er heißt Acetylcholin (ACh). Betrachtet man ein einzelnes präsynaptisches Endknöpfchen im Elektronen-Mikroskop, so fallen kreisförmige Strukturen auf. Es handelt sich hierbei um winzige Bläschen, synaptische Vesikel. Diese dienen dem Motoneuron zur Speicherung des Transmitters Acetylcholin.




Was sind die Aufgaben von Neurotransmittern?


  • Kommt es zur überschwelligen Erregung des Motoneurons, so wandern Aktionspotentiale axonabwärts zu den Endknöpfchen. Diese Aktionspotenziale lösen ein Verschmelzen der präsynaptischen Speichervesikel mit der Neuronen-Membran aus.

  • So in den synaptischen Spalt freigesetztes Acetylcholin diffundiert in weniger als 0,1 ms Postsynaptisch durch den synaptischen Spalt zur postsynaptischen Membran und erreicht dort sitzende Rezeptoren.

  • Wie ein Schlüssel ins Schloss passen die Transmittermoleküle zu ihrem Rezeptor – und verändern dessen Form. Diese Veränderung der Rezeptorenform bewirkt die Öffnung von Na+-Kanälen. Kurzzeitig strömen Natrium-Ionen in die Muskelzelle und depolarisieren die postsynaptische Membran. Ein postsynaptisches Potenzial (PSP) entsteht.

  • Je nach auslösender Aktionspotenzial-Frequenz bzw. freigesetzter Transmittermenge variiert das PSP. Erst ab einem Schwellenwert führt das Transmittersignal zur Kontraktion der Muskelfaser.

  • Nur kurz bindet der Transmitter an den Rezeptor. Möglichst rasch nach der erfolgten Signalübertragung muss er den Rezeptor verlassen um eine Repolarisierung der Postsynapse zu ermöglichen. Eine andauernde Aktivierung der Postsynapse muss verhindert werden.

  • Das im Spalt vorhandene Enzym Acetylcholin-Esterase (ACh-E) spaltet Acetylcholinmoleküle in Essigsäure (Acetat) und in Cholin. Würde die Acetylcholin-Esterase ausfallen und damit das ACh dauerhaft an den Rezeptor gekoppelt, wären die postsynaptischen Na+-Kanäle dauerhaft geöffnet und die Postsynapse wäre auf Dauer depolarisiert. Eine solche Daueraktivierung z. B. im Bereich der Herz- bzw. Rippenmuskulatur würde aber den Herzstillstand bzw. eine Atemlähmung bewirken und damit den Tod bedeuten.

  • Ein Enzymmolekül spaltet pro Sekunde ca. 25 000 ACh-Moleküle in die nicht-reaktiven Komponenten Acetat und Cholin. Beide werden dann aus dem synaptischen Spalt per Endozytose in die Präsynapse aufgenommen. ACh wird enzymatisch resynthetisiert und wieder in Vesikel verpackt. Damit ist der Acetylcholin-Kreislauf geschlossen und die Transmitterspeicher sind wieder aufgefüllt.




Rezeptorgruppen und wichtige Neurotransmitter


An Synapsen werden zur Erregungsübertragung eine Vielzahl verschiedener Transmitter mit unterschiedlicher Funktion genutzt, z. B.:


Transmitter

Bedeutung u.a.

Acetylcholin (ACh)

Steuerung von Muskelzellen (hemmend und erregend)

Gammaaminobuttersäure (GABA)

hemmende Wirkung im Neocortex

Glutaminsäure

erregende Wirkung im Neocortex

Dopamin

erregende Wirkung im Mittelhirn

Serotonin

dämpfende Wirkung im Hypothalamus

Noradrenalin

Stressbewältigung im Gehirn, Herz, ZNS


Rezeptormoleküle für Transmitter können in zwei Gruppen unterteilt werden: ligandengesteuerte und G-Protein-gesteuerte Rezeptoren.


  • Bei den ligandengesteuerten (auch: ionotropen) Rezeptoren öffnet sich im Rezeptormolekül sofort beim Andocken der Transmittermoleküle ein Ionenkanal und die entsprechenden Ionen können in die postsynaptische Zelle einströmen.

  • G-Protein-gesteuerte (auch: metabotrope) Rezeptoren sind über ein Second-Messenger-System über sog. G-Proteine an Ionenkanäle gekoppelt und lösen so indirekt und relativ langsam eine postsynaptische Reaktion aus



Zwei Sorten von Überträgerstoffen: Echte Transmitter und Neuro-Hormone


Menschen besitzen zwei Sorten von synaptischen Überträgerstoffen: echte Transmitter und Neuro-Hormone:


  • Echte Transmitter wie Acetylcholin, Noradrenalin, Dopamin, Serotonin und Gamma-amino-Buttersäure wirken als kurzlebige Botenstoffe im Extrazellulärraum auf die Kanäle ihrer Zielzellen. Sie sind chemische Substanzen, die als Überträgerstoffe Erregungen auf ihrer Zielzellen übertragen und sehr schnell enzymatisch abgebaut oder wieder resorbiert werden.

  • Neuro-Hormone oder Neuropeptide bestehen aus 2 – 39 Aminosäuren. Sie werden ins Blut sezerniert, haben eine große Reichweite und eine, mit Transmittern verglichen, relativ hohe Lebensdauer. Zu ihnen zählen z. B. Endorphine, die wie Morphine an Opiat-Rezeptoren binden. Endorphine, Enkephaline und andere Neuro-Hormone wirken über G- Proteine oder über die direkte Aktivierung von Enzymen (z. B. Tyrosinkinasen).




Eine ultimative Checkliste zu Neurotransmittern



Hier siehst du kurz und knackig die wichtigsten Punkte zu den Neurotransmittern in einer übersichtlichen Liste zusammengefasst:


  • Neurotransmitter oder einfach nur Transmitter sind entscheidend für die Erregungsübertragung.

  • Transmitter werden in winzigen Bläschen, den synaptischen Vesikel, gespeichert.

  • Es gibt unterschiedliche Transmitter, die auch unterschiedliche Bedeutungen haben.

  • Transmittermoleküle passen wie ein Schlüssel im Schloss in die Rezeptoren.

  • Es gibt zwei Sorten von synaptischen Überträgerstoffen. Wir unterscheiden zwischen echten Transmittern und Neuro-Hormonen.

  • Echte Transmitter sind eher kurzlebige Botenstoffe, während Neuro-Hormone eine höhere Lebensdauer aufweisen.


Neurotransmitter - Zusammenfassung


Wir wissen also nun, dass Neurotransmitter Übertragungsstoffe sind, wodurch die Erregungsübertragung erfolgt. Wir finden die Transmitter in den synaptischen Vesikeln, wo sie gespeichert werden. Die Transmitter passen wie ein idealer Schlüssel in den entsprechenden Rezeptor (Schlüssel-Schloss-Prinzip). Wir müssen immer zwischen Echten Transmittern und Neuro-Hormonen unterscheiden. 



Insider Tipp


Hey! Wir hoffen dieser Artikel zu den Neurotransmittern hilft dir weiter. Hier bei StudySmarter haben wir noch viele weitere Artikel zum Thema Neurobiologie. Zum Beispiel findest du Artikel zu den Synapsen, zum Ruhe- oder Aktionspotenzial. Schau doch mal bei uns rein, da ist bestimmt auch was für dich dabei.


Finales Neurotransmitter Quiz

Frage

Für was sind Neurotransmitter wichtig?

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Antwort

wichtig für die Erregung einer Nervenzelle

Frage anzeigen

Frage

Was sind Neurotransmitter?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Neurotransmitter (oder kurz einfach nur Transmitter) genannt, sind Überträgerstoffe wodurch die Erregungsübertragung an chemischen Synapsen erfolgt
  • Sie übertragen, verstärken oder auch modulieren die Reize von einer Nervenzelle zu einer anderen
Frage anzeigen

Frage

Wo findet man Neurotransmitter?

Antwort anzeigen

Antwort

  • 1921 konnte Otto Loewi an isolierten Froschherzen die Existenz von chemischen Überträgerstoffen zeigen
  • Der Herzschlag bei Fröschen wird durch Nerven gesteuert
  • Die Signale solcher Nerven an die nachgeschalteten Herzmuskelfasern konnten per Pipette abgesaugt werden
  • Mit dieser Lösung in der Pipette konnte auch der Schlag von fremden Herzen beeinflusst werden. Heute ist der Botenstoff analysiert und seine Strukturformel bekannt – er heißt Acetylcholin (ACh)
  • Betrachtet man ein einzelnes präsynaptisches Endknöpfchen im Elektronen-Mikroskop, so fallen kreisförmige Strukturen auf
  • Es handelt sich hierbei um winzige Bläschen, synaptische Vesikel
  • Diese dienen dem Motoneuron zur Speicherung des Transmitters Acetylcholin


Frage anzeigen

Frage

Was passiert, wenn es zu einer überschwelligen Erregung des Motoneurons kommt?

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Antwort

  • Es wandern Aktionspotenziale axonabwärts zu den Endknöpfchen
  • Diese Aktionspotenziale lösen ein Verschmelzen der präsynaptischen Speichervesikel mit der Neuronenmembran aus
Frage anzeigen

Frage

Wie diffundiert in den synaptischen Spalt freigesetztes Acetylcholin?

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Antwort

diffundiert in weniger als 0,1 ms Postsynaptisch durch den synaptischen Spalt zur postsynaptischen Membran und erreicht dort sitzende Rezeptoren

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Frage

Wie wird die Rezeptorenform verändert?

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Antwort

Wie ein Schlüssel ins Schloss passen die Transmittermoleküle zu ihrem Rezeptor – und verändern dessen Form

Frage anzeigen

Frage

Was passiert, nachdem die Rezeptorenform verändert wurde?

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Antwort

  • bewirkt die Öffnung von Na+-Kanälen
  • Kurzzeitig strömen Natrium-Ionen in die Muskelzelle und depolarisieren die postsynaptische Membran
  • Ein postsynaptisches Potenzial (PSP) entsteht
  • Je nach auslösender Aktionspotenzial-Frequenz bzw. freigesetzter Transmittermenge variiert das PSP
  • Erst ab einem Schwellenwert führt das Transmittersignal zur Kontraktion der Muskelfaser


Frage anzeigen

Frage

Was muss passieren, um eine Repolarisierung der Postsynapse zu ermöglichen?

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Antwort

  • Nur kurz bindet der Transmitter an den Rezeptor
  • Möglichst rasch nach der erfolgten Signalübertragung muss er den Rezeptor verlassen um eine Repolarisierung der Postsynapse zu ermöglichen
Frage anzeigen

Frage

Was bewirkt eine  Daueraktivierung z. B. im Bereich der Herz- bzw. Rippenmuskulatur?

Antwort anzeigen

Antwort

würde den Herzstillstand bzw. eine Atemlähmung bewirken und damit den Tod bedeuten.


Frage anzeigen

Frage

Wie werden Transmitterspeicher wieder aufgefüllt?


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Antwort

  • Ein Enzymmolekül spaltet pro Sekunde ca. 25 000 ACh-Moleküle in die nicht-reaktiven Komponenten Acetat und Cholin
  • Beide werden dann aus dem synaptischen Spalt per Endozytose in die Präsynapse aufgenommen
  • ACh wird enzymatisch resynthetisiert und wieder in Vesikel verpackt
  • Damit ist der Acetylcholin-Kreislauf geschlossen
Frage anzeigen

Frage

Welche Funktion hat 

Acetylcholin (ACh)?

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Antwort

Steuerung von Muskelzellen (hemmend und erregend)

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Frage

Welche Funktion hat Gammaaminobuttersäure (GABA)?

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Antwort

hemmende Wirkung im Neocortex

Frage anzeigen

Frage

Welche Funktion hat Glutaminsäure?

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Antwort

erregende Wirkung im Neocortex

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Frage

Welche Funktion hat Dopamin?

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Antwort

erregende Wirkung im Mittelhirn

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Frage

Welche Funktion hat Serotonin?

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Antwort

dämpfende Wirkung im Hypothalamus

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Frage

Welche Funktion hat Noradrenalin?

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Antwort

Stressbewältigung im Gehirn, Herz, ZNS

Frage anzeigen

Frage

In welche Gruppen können Rezeptormoleküle für Transmitter geteilt werden?

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Antwort

  • Bei den ligandengesteuerten (auch: ionotropen) Rezeptoren öffnet sich im Rezeptormolekül sofort beim Andocken der Transmittermoleküle ein Ionenkanal und die entsprechenden Ionen können in die postsynaptische Zelle einströmen
  • G-Protein-gesteuerte (auch: metabotrope) Rezeptoren sind über ein Second-Messenger-System über sog. G-Proteine an Ionenkanäle gekoppelt und lösen so indirekt und relativ langsam eine postsynaptische Reaktion aus
Frage anzeigen

Frage

Was sind Echte Transmitter?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Echte Transmitter wie Acetylcholin, Noradrenalin, Dopamin, Serotonin und Gamma-amino-Buttersäure wirken als kurzlebige Botenstoffe im Extrazellulärraum auf die Kanäle ihrer Zielzellen
  • Sie sind chemische Substanzen, die als Überträgerstoffe Erregungen auf ihrer Zielzellen übertragen und sehr schnell enzymatisch abgebaut oder wieder resorbiert werden
Frage anzeigen

Frage

Was sind Neuro-Hormone oder Neuropeptide?

Antwort anzeigen

Antwort

  • bestehen aus 2 – 39 Aminosäuren. Sie werden ins Blut sezerniert, haben eine große Reichweite und eine, mit Transmittern verglichen, relativ hohe Lebensdauer
  • Zu ihnen zählen z. B. Endorphine, die wie Morphine an Opiat-Rezeptoren binden. Endorphine, Enkephaline und andere Neuro-Hormone wirken über G- Proteine oder über die direkte Aktivierung von Enzymen (z. B. Tyrosinkinasen)


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