Damit der Körper auf einen Reiz reagieren kann, muss dieser über mehrere Wege weitergeleitet werden, um beim Zielorgan eine Reaktion auszulösen. Die Weiterleitung geschieht von einem Neuron zum benachbarten Neuron, über die Verbindungsstellen der Neuronen - sogenannte Synapsen. Diese Weitergabe geschieht über die Neurotransmitter.
Neurotransmitter (von latein. transmittere = überbringen) sind Botenstoffe, die bei der Erregungsübertragung eines Reizes von einem Neuron (Nervenzelle) auf ein anderes Neuron eine wichtige Rolle spielen.
Innerhalb einer Synapse werden sie in der Regel von der präsynaptischen Membran per Exozytose in den synaptischen Spalt freigesetzt, wo sie zur postsynaptischen Membran diffundieren. Neurotransmitter sind also dafür zuständig, Reize von einer Zelle auf die andere Zelle zu übertragen.
Neurotransmitter Synapse
Synapsen sind der Ort, an dem die Erregungsübertragung stattfindet – hier werden elektrische Reize (Aktionspotentiale) von Neuronen zu nachgeschalteten Muskel-, Nerven- und Drüsenzellen weitergeleitet. Dabei sind Neurotransmitter von großer Bedeutung.
Hier folgt eine kurze Übersicht zur Synapse. Willst du mehr darüber erfahren, schau dir am besten den Artikel zur Synapse an!
Synapsen bestehen grob aus drei Teilen:
- Die präsynaptische Membran: Sie enthält Neurotransmitter, die in Vesikel verpackt sind. Diese Neurotransmitter dienen als Botenstoffe für die Erregungsübertragung.
- Der synaptische Spalt: Diese ist der Zwischenraum zwischen prä- und postsynaptischer Membran und besteht aus extrazellulärer Matrix.
- Die postsynaptische Membran: Hier gibt es Rezeptoren, die Informationen über Dendriten empfangen.
Neurotransmitter – Funktion
Wie bereits erwähnt wurde, übermitteln Neurotransmitter Signale innerhalb einer Synapse von der präsynaptischen zu postsynaptischen Membran. Hierzu werden elektrische Signale in chemische Signale umgewandelt.
Dies läuft folgendermaßen ab:
Zunächst erreichen elektrische Impulse, sogenannte Aktionspotentiale, die präsynaptische Membran und führen zur Öffnung von Calcium-Kanälen. Die Neurotransmitter, die sich in der präsynaptischen Membran in Vesikeln befinden, werden daraufhin in den synaptischen Spalt ausgeschüttet. Dieser Vorgang wird als Exozytose bezeichnet.
Als Nächstes gelangt ein Vesikel per Diffusion zu den Rezeptoren der postsynaptischen Membran. Die Bindung des Neurotransmitters an einen Rezeptor führt zu Änderungen der Struktur der Rezeptorproteine.
Es öffnen sich Kanäle, die zum Ein- oder Ausströmen von Ionen führen. Der Ein- oder Ausstrom von Ionen kann entweder ein erregendes (exzitatorisches) postsynaptisches Potential (EPSP) oder ein hemmendes (inhibitorisches) postsynaptisches Potential (IPSP) verursachen. Je nachdem wird das Potential verstärkt oder gehemmt.
Ob eine verstärkte (EPSP) oder gehemmte (IPSP) Erregung weitergeleitet wird, hängt von den Rezeptoren und Ionenkanäle der Postsynapse ab. Hierzu erfährst du weiter unten mehr.
An einer exzitatorischen Synapse entsteht ein exzitatorisches postsynaptisches Potential (EPSP). Hierbei wird die Spannung am postsynaptischen Neuron positiver. Man spricht von einer Depolarisation.
Das geschieht so: die entsprechenden Neurotransmitter binden an Rezeptoren der Postsynapse und öffnen Natrium-Ionenkanäle. Na+ -Ionen strömen in die Zelle hinein und führen zum Anstieg der Spannung in der Nervenzelle. Sie wird depolarisiert.
An einer hemmenden Synapse entsteht ein inhibitorisches postsynaptisches Potential (IPSP). Dabei kommt es zu einer Hyperpolarisation. Das beschreibt ein Absinken des Ruhepotentials.
Genauer gesagt öffnen sich Kalium- und Chloridkanäle durch die Bindung entsprechender Neurotransmitter an den Rezeptoren der Postsynapse. Positiv geladene K+-Ionen strömen aus der Zelle heraus und negativ geladene Cl--Ionen strömen in die Zelle hinein. Die Spannung wird negativer - die Nervenzelle wird hyperpolarisiert.
Nach der Bindung an den Rezeptor der postsynaptischen Membran werden die Neurotransmitter durch verschiedene Enzyme in unwirksame Bestandteile abgebaut.
Das Enzym Cholinesterase im synaptischen Spalt baut den Neurotransmitter Acetylcholin ab. Acetylcholin wird in Acetat (Essigsäure) und Cholin gespalten und diffundiert wieder zurück zur präsynaptischen Membran. Die Reizweitergabe findet so lange statt, wie Acetylcholin im synaptischen Spalt noch vorhanden ist.
Diese Bestandteile diffundieren zurück zur präsynaptischen Membran und werden unter Energieverbrauch wieder zusammen gesetzt und in Vesikeln gespeichert – sie sind bereit für ein neues elektrisches Signal.
Ionotrope Rezeptoren
Ob ein Neurotransmitter erregend oder hemmend wirkt, hängt von den Eigenschaften seines Rezeptors an der Postsynapse ab. Es werden ionotrope und metabotrope Rezeptoren unterschieden.
Ionotrope Rezeptoren (bzw. ligandengesteuerte Ionenkanäle) sind Rezeptoren, an denen Liganden binden und zur Öffnung des Ionenkanals führen. Sie sind Membranrezeptoren und gleichzeitig stellen sie einen Ionenkanal dar. Die Öffnung des Ionenkanals bewirkt das Einströmen von Ionen, die das Membranpotential verändern.
Liganden sind Stoffe (z. B. Neurotransmitter), die nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip an den Ionenkanälen binden und sie aktivieren. Die Aktivierung kann durch Loslösen des Moleküls wieder rückgängig gemacht werden. Den ligandengesteuerten Ionenkanal kannst du dir wie eine Pore an der postsynaptischen Membran vorstellen. Hier strömen Ionen heraus oder herein.
Das Membranpotential ist die Spannungs- bzw. Potentialdifferenz zwischen zwei Flüssigkeitsräumen, die voneinander getrennt sind. Genauer gesagt dem Interzellulär- und dem Extrazellulärraum – also zwischen dem inneren Zellraum und dem Raum außerhalb der Zelle. Bei Nervenzellen herrscht im unerregten Zustand ein Ruhepotential. Durch Reizeinwirkung und daraus resultierenden Ioneneinstrom kommt es zu Spannungsänderungen, die zu einem Aktionspotential führen können.
Exzitatorische Rezeptorkanäle – Erregende Neurotransmitter
Die wichtigsten exzitatorischen (erregenden) Liganden sind die Neurotransmitter Glutamat und Acetylcholin. Die Ionenkanäle bzw. Rezeptorkanäle erhalten ihren Namen nach dem aktivierenden Liganden.
Ihre Rezeptoren heißen dementsprechend ionotrope Acetylcholinrezeptoren und ionotrope Glutamatrezeptoren.
Synapsen, an denen sich exzitatorische Rezeptorkanäle befinden, bezeichnet man auch als erregende Synapsen. Sie erzeugen an der Postsynapse ein postsynaptisches Potential, das stärker positiv ist, als das Ruhepotential.
Das wird als exzitatorisches postsynaptisches Potential bezeichnet, kurz EPSP.
Inhibitorische Rezeptorkanäle – Hemmende Neurotransmitter
Ein wichtiger inhibitorischer (hemmender) Ligand ist der Neurotransmitter GABA (y-Aminobuttersäure). Die Rezeptorkanäle heißen GABA-Rezeptoren und kommen im zentralen Nervensystem vor.
Synapsen, an denen sich inhibitorische Rezeptorkanäle befinden, bezeichnet man auch als hemmende Synapsen. Das Ruhepotential an der Postsynapse wird stärker negativ und man spricht von einem inhibtorischen postsynaptischen Potential, kurz IPSP.
Metabotrope Rezeptoren sind, wie ionotrope Rezeptoren auch, Transmembranproteine. Durch Bindung eines Liganden an einen metabotropen Rezeptor wird im Zellinneren eine Signalkaskade ausgelöst, die der Informationsweiterleitung dient. Diesen Vorgang der Signalweiterleitung bezeichnet man als Signaltransduktion.
Meist wird ein G-Protein aktiviert, nachdem ein Neurotransmitter an ein metabotropen Rezeptor bindet. Schau dir am besten den Artikel zu G-Protein gekoppelten Rezeptoren an, wenn du mehr dazu lernen willst!
Dadurch, dass ein Signal an metabotropen Rezeptoren über mehrere Schritte weitergegeben wird, kommt es zu längeren Reaktionszeiten. Die metabotropen Rezeptoren haben anders als die ionotropen Rezeptoren keinen Einfluss auf die Menge der Ionen und deshalb auch nicht auf das Membranpotenzial.
Einteilung Neurotransmitter
Neurotransmitter können nach ihren chemischen Merkmalen in Monoamine, Peptide und Aminosäuren eingeteilt werden.
Monoamine: sind z. B. Adrenalin, Dopamin, Histamin und Melatonin.
Neuropeptide: sind z. B. Oxytocin, Somatostatin und Vasopressin.
Aminosäuren: sind z. B. y-Aminobuttersäure (GABA) und Glutaminsäure (Glutamat).
Neurotransmitter Beispiele
Jetzt hast du bereits von einigen Neurotransmittern und ihren Besonderheiten gehört. Hier lernst du genaueres zu ihren Funktionen.
Neurotransmitter GABA
GABA (Gamma(y)-Aminobuttersäure) ist ein inhibitorischer Neurotransmitter, der im zentralen Nervensystem vorkommt und in der Bauchspeicheldrüse den Blutzuckerspiegel reguliert. Die Abgabe des Hormons Glucagon, welches für einen Anstieg des Blutzuckerspiegels sorgt, wird gehemmt. Außerdem ist GABA durch seine hemmende Funktion auch an der Regulation des Schlafs beteiligt.
Als hemmender Neurotransmitter steht die GABA-Wirkung der Glutamat-Wirkung gegenüber, sie wirken also gegensätzlich.
Neurotransmitter Glutamat
Glutamat ist der Gegenspieler vom GABA-Neurotransmitter. Er kommt ebenfalls im zentralen Nervensystem vor und wirkt exzitatorisch – also erregend. Glutamat dient unter anderem dem Muskelaufbau, der Koordination und der Sekretion von Hormonen der Hypophyse (wie z. B. ACTH).
Acetylcholin ist ein Neurotransmitter, der im zentralen und peripheren Nervensystem vorkommt.
Im zentralen Nervensystem ist er an kognitiven Prozessen beteiligt und an der Erregungsübertragung von einer Nervenzelle an die nachgeschaltete Nervenzelle. Darüber hinaus ist er an der Vermittlung der Muskelkontraktion und weiterer wichtiger Körperfunktionen beteiligt. Weiterhin ist er auch im vegetativen (dem autonomen) Nervensystem wichtig, insbesondere im Sympathikus und im Parasympathikus.
Im Sympathikus und im Parasympathikus werden Informationen über zwei Vorgänge weitergegeben. Zuerst vom prä- auf das postganglionäre Neuron und dann vom postganglionären Neuron an das Zielorgan. Acetylcholin ist sowohl im Sympathikus als auch im Parasympathikus der Neurotransmitter der präganglionären Neuronen. Im Parasympathikus übernimmt er auch die postganglionäre Erregungsübertragung.
Schau dir auch die Artikel zu Acetylcholin, zentrales Nervensystem, peripheres Nervensystem, Parasympathikus und Sympathikus an! Dort erfährst du mehr zu diesen Begriffen.
Neurotransmitter Dopamin
Dopamin zählt, neben Serotonin, zu den Glückshormonen, weil es beim inneren Belohnungssystem eine wichtige Rolle spielt.
Dopamin diffundiert nachdem es seine Wirkung entfaltet hat, zurück zur ursprünglichen Nervenzelle. Die Wirkung des Dopamins endet hierdurch. Wird ein Erlebnis als positiv bewertet, wird Dopamin ausgeschüttet. Dadurch steigert sich der Antrieb und die Motivation und das Erlebnis wird als angenehm abgespeichert.
Drogen beeinflussen den Dopamin-Haushalt, weil sie die Wiederaufnahme an der ursprünglichen Nervenzelle hemmen. Langfristig stumpfen die Rezeptoren, an denen das Dopamin bindet allerdings ab und benötigen mit der Zeit mehr Dopamin für eine Erregung.
Darüber hinaus ist Dopamin im Gehirn wichtig für die Kontrolle von Bewegungen. Krankheitsbilder wie Parkinson beispielsweise, bei denen die dopamingesteuerten Neuronen degenieren, führen zu Symptomen wie Zittern (Tremor) und Muskelsteifheit (Rigor).
Neurotransmitter - Das Wichtigste
- Neurotransmitter sind Botenstoffe, die bei der Erregungsübertragung in Synapsen eine wichtige Rolle spielen.
- Von der präsynaptischen Membran werden sie per Exozytose in den synaptischen Spalt freigesetzt, wo sie zu postsynaptischen Membran diffundieren.
- An der postsynaptischen Membran binden sie an Rezeptorkanäle, die in ionotrope und metabotrope Rezeptoren unterschieden werden.
- Neurotransmitter können eine verstärkte oder gehemmte Erregung weitergeben, die von den Eigenschaften der Rezeptoren abhängt.
- Sie werden nach ihren chemischen Eigenschaften eingeteilt in:
- Monoamine
- Neuropeptide
- Aminosäuren
- Wichtige Neurotransmitter sind z. B.:
- GABA (Gamma(y)-Aminobuttersäure)
- Glutamat
- Acetylcholin
- Dopamin und Serotonin.
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