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Synapse

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Synapse

Als Synapse bezeichnet man die Verbindungsstelle zwischen Neuronen und einer anderen Zelle, zum Beispiel einer Drüsen-, Muskel- oder Nervenzelle. Sie dient der Weiterleitung von elektrischen Reizen (Aktionspotentialen).

Synapse – Funktion und Bau

Synapsen dienen der Erregungsübertragung, beispielsweise an eine motorische Endplatte, also einen Muskel. Der Reiz wird an die Muskelfaser weitergeleitet und sie reagiert zum Beispiel mit einer Kontraktion.

Synapsen, welche der Übertragung von Informationen an Muskeln dienen, werden als neuromuskuläre Synapsen bezeichnet.

Neuromuskuläre Synapsen sind ein Beispiel für chemische Synapsen. Diese führen die Übertragung von Erregungen mithilfe chemischer Substanzen, den Neurotransmittern, durch.

Der Großteil der Synapsen im menschlichen Körper wird zu den chemischen Synapsen gezählt!

Synapse – Aufbau

Um ihre Aufgabe optimal zu erfüllen, besitzen Synapsen besondere bauliche Merkmale:

Synapse Aufbau neuromuskuläre Synapse StudySmarterAbbildung 1: Schema der chemische Erregungsübertragung in der Synapse

Das kolbenförmige Endknöpfchen liegt mit seiner glatten präsynaptischen Membran der postsynaptischen Membran der Folgezelle gegenüber. Die beiden Membranen sind durch den ca. 20 nm breiten synaptischen Spalt getrennt.

In der Membran der Präsynapse befinden sich Calcium-Kanäle. Öffnen sich diese im Anschluss an das Eintreffen eines Aktionspotentials, wird die synaptische Erregungsübertragung ausgelöst.

Im Endknöpfchen befinden sich viele synaptische Bläschen, die mit einem Neurotransmitter, beispielsweise Acetylcholin, gefüllt sind. Dieser ist essentiell für die Erregungsübertragung, da er für den Übertritt des Signals von der Prä- in die Postsynapse verantwortlich ist.

Die postsynaptische Membran ist mit zahlreichen Proteinmolekülen besetzt, die als Rezeptoren für Neurotransmitter fungieren. Sie sind mit Ionenkanälen verbunden, welche je nach Rezeptorstatus geöffnet oder geschlossen werden können und so die Übertragung der Erregung steuern.

Der Synaptische Spalt beinhaltet spezielle Enzyme, welche den Neurotransmitter am Ende der Reizübertragung in seine Bestandteile trennt. Das ist nötig, damit die Elemente zurück in die Präsynapse diffundieren können und für eine spätere Übertragung recycelt werden können. So muss der Transmitter nicht komplett neu gebildet werden.

Ablauf der Erregungsübertragung in einer Synapse

  1. Ein Aktionspotential (AP) erreicht das Endknöpfchen und bewirkt die Öffnung von spannungsgesteuerten Calciumporen. Es kommt zum Einstrom von Calciumionen (Ca2+) in das Endknöpfchen.
  2. Die Calciumionen führen dazu, dass 100–200 synaptischen Bläschen mit der präsynaptischen Membran verschmelzen. Dabei wird der in ihnen gespeicherte Neurotransmitters in den synaptischen Spalt abgegeben.
  3. Die Transmittermoleküle diffundieren sehr schnell (<0,1 ms) durch den synaptischen Spalt und binden an spezifische Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran.
  4. Mit der Bindung des Neurotransmitters verändern die Rezeptoren ihre Raumstruktur (Konformation). Dadurch öffnen sich Ionenkanäle in der Membran, die für Na+- und K+-Ionen durchlässig sind. Na+-Ionen strömen ein und wenige K+-Ionen aus. Die so entstehende Depolarisation der Membran wird als Endplattenpotential oder allgemein als postsynaptisches Potential (PSP) bezeichnet.
  5. Das Endplattenpotential breitet sich über die postsynaptische Membran aus. Im elektrischen Spannungsfeld treten Ionenwanderungen ein. Sie führen aber nicht zu einem Aktionspotenzial, da der K+-Ausstrom schneller erfolgt als beim Axon. Das Endplattenpotential löst erst außerhalb des synaptischen Bereichs ein Aktionspotenzial aus.Dieses wird beispielsweise über eine ganze Muskelfaser weitergeleitet und führt zur Kontraktion eines Muskels.
  6. Die Transmitter-Moleküle werden nach der Bindung an den Rezeptor durch das im synaptischen Spalt und an der postsynaptischen Membran ein Enzym in unwirksame Bestandteile gespalten.Acetylcholin wird etwa durch Acetylcholinesterase in Essigsäure und Cholin getrennt. Steht kein Neurotransmitter mehr zur Verfügung, schließen sich die Ionenkanäle wieder. Der ganze Prozess dauert etwa eine Millisekunde.
  7. Die Bestandteile des Transmitters werden in das Endknöpfchen aufgenommen, unter Energieverbrauch zusammengesetzt und wieder in den synaptischen Bläschen gespeichert. Die benötigte Energie entstammt der Spaltung von ATP in ADP und ein Phosphatmolekül.

Als Neurotransmitter können neben Acetylcholin auch Noradrenalin, Dopamin und Serotonin fungieren.

Codierung der Erregungsstärke an der Synapse und in der Postsynapse

Viele im Endknöpfchen ankommende Aktionspotentiale lösen die Abgabe einer hohen Menge an Neurotransmittern in den synaptischen Spalt aus. Die Frequenz der Aktionspotenziale wird also umcodiert in die Konzentration des Transmitters im synaptischen Spalt.

Eine hohe Transmittermenge löst an der postsynaptischen Membran ein starkes postsynaptisches Potential aus, eine geringe ein schwaches PSP.

Erregungsübertragung an einer elektrischen Synapse

Neben chemischen Synapsen existieren auch elektrische Synapsen, welche für den Austausch von Informationen zwischen benachbarten Zellen verantwortlich sind. Sie werden auch als Gap Junctions bezeichnet. Die Übertragung der Erregung erfolgt durch Ionenkanäle.

An elektrischen Synapsen wird das eingetroffene Aktionspotential direkt in Form von elektrischer Ladung an die Folgezelle weitergegeben. Dies geschieht durch Ionenkanäle, mit welchen die Zellen direkt miteinander verbunden sind. Der Austausch zwischen diesen kann in beide Richtungen ablaufen, was die elektrische von der chemischen Synapse differenziert.

Im Gegensatz zur chemischen Synapse gibt es nur einen sehr kleinen synaptischen Spalt, der für die Erregungsleitung nur eine untergeordnete Rolle spielt. Außerdem sind keine sekundären Substanzen, die die Übertragung der Erregung unterstützen, nötig.

Synapse Aufbau Elektrische Synapse StudySmarterAbbildung 2: Schematischer Aufbau der elektrischen Synapse

Erregende und hemmende Synapsen

In Nervensystemen kommen zwei Typen von Synapsen vor, die eine Verrechnung der Impulse, die eine Nervenzelle erhält, ermöglichen.

Erregende Synapsen erzeugen in der postsynaptischen Zelle ein postsynaptisches Potential, das stärker positiv ist, als das Ruhepotential. Das entstehende Potential wird exzitatorisches postsynaptisches Potential, kurz EPSP, genannt.

Hemmende Synapsen verringern das Ruhepotential in der postsynaptischen Zelle, es wird also stärker negativ. Das entstehende Potential wird als inhibitorisches postsynaptisches Potential, kurz IPSP, bezeichnet.

Synapse EPSP und IPSP im Vergleich hemmende Synapse StudySmarterAbbildung 2: Vergleich EPSP und IPSP an einer Postsynapse

Erregende Synapse

An erregenden Synapsen werden Neurotransmitter ausgeschüttet, die eine Öffnung der Natriumionenkanäle bewirken. Dadurch können Natriumionen in die Postsynapse einströmen und das Membranpotential verringert sich. Dabei gilt: Je mehr Natrium-Ionen, umso stärker das postsynaptische Potential.

Das Ansteigen der Erregung und damit die positivere Ladung der Postsynapse im Vergleich zur Umgebung der Zelle wird als Depolarisation bezeichnet.

Hemmende Synapse

Die Endknöpfchen hemmender Synapsen setzen im Gegensatz zu erregenden Synapsen andere Neurotransmitter, wie beispielsweise GABA, frei.

GABA steht für Gammaaminobuttersäure. Sie ist der wichtigste Neurotransmitter an inhibitorischen Synapsen.

Hemmende Transmitter verursachen eine Öffnung von Chloridionenkanälen in der postsynaptischen Membran, wodurch ein Einstrom negativ geladener Chloridionen ausgelöst wird. Dies verstärkt das negative Ruhepotential der postsynaptischen Membran.

Ist das Level dieser negativen Ladung geringer als das Ruhepotential, spricht man von einer Hyperpolarisation.

Zeitliche und räumliche Summation

Jede Nervenzelle ist an den Dendriten und am Zellkörper mit mehreren Tausend Synapsen besetzt. Ständig sind viele dieser Synapsen erregt, sodass sich die von ihnen erzeugten postsynaptischen Potenziale summieren können.

Die Differenz eines postsynaptischen Potentials zum Ruhepotential beträgt nur wenige Millivolt. Dementsprechend kann ein einziges PSP die Schwelle zur Auslösung eines Aktionspotentials nicht erreichen. Postsynaptische Potentiale halten jedoch länger an als ein Aktionspotential. Kommen in einer Synapse mehrere Aktionspotentiale an, überlagern sich in der Postsynapse die noch nicht abgeklungenen Potentiale zu einem Membranpotential mit größerer Amplitude.

Du kannst hier zwischen zeitlicher und räumlicher Summation unterscheiden.

Erhält eine Postsynapse mehrere erregende oder hemmende Signale, bevor das daraus resultierende postsynaptische Potential wieder abgeklungen ist, wird das Potential durch Überlagerung verstärkt. Dies wird als zeitliche Summation bezeichnet.

Werden an einer Nervenzelle gleichzeitig mehrere Synapsen erregt, können sich die entstandenen postsynaptischen Potentiale ebenfalls überlagern. Dabei löschen sich erregende und hemmende postsynaptische Potentiale gegenseitig aus. Dieser Prozess wird als räumliche Summation bezeichnet.

Da sich in der Membran der Dendriten und des Zellkörpers keine spannungsgesteuerten Natrium- und Kaliumionenkanäle befinden, kann sich hier kein Aktionspotential ausbilden. Nur die Membran am Axonhügel ist mit diesen spannungsabhängigen Ionenkanälen durchsetzt und in der Lage, ein Aktionspotential aufzubauen.

Nach Verrechnung der EPSPs und IPSPs an der Membran der Nervenzelle muss das resultierende Potential noch so stark sein, dass die Auslöseschwelle zum Aktionspotential überschritten werden kann.

Synapse Verrechnung EPSP IPSP Hemmende Synapse StudySmarterAbbildung 3: Verrechnung von EPSP und IPSP

Synapse - Das Wichtigste

  • eine Synapse ist die Verbindungsstelle zwischen einem Neuron und einer anderen Zelle, beispielsweise einer Muskelzelle
  • Synapsen, die Erregungen an Muskelzellen weiterleiten, werden neuromuskulär genannt
  • die Erregungsleitung an der chemischen Synapse läuft nach einem bestimmten Schema ab:
    • Aktionspotential trifft ein und öffnet Calcium-Kanäle
    • Vesikel mit Neurotransmittern wandern zur präsynaptischen Membran
    • Neurotransmitter gelangen in den synaptischen Spalt und öffnen Natriumionenkanäle
    • Natriumionen strömen in die Postsynapse
    • Endplattenpotential wird ausgelöst ➝ Muskel kontrahiert
  • neben chemischen Synapsen existieren auch elektrische Synapsen
  • durch hemmende und erregende Synapsen können an einer Zelle ankommende Potentiale verrechnet werden

Häufig gestellte Fragen zum Thema Synapse

Eine Synapse ist die Verbindungsstelle zwischen einem Neuron und einer anderen Zelle, beispielsweise einer Muskelzelle. An einer Synapse werden Erregungen verarbeitet und weitergeleitet. 

Im Gehirn dienen die Synapsen - wie im Rest des Körpers auch - der Kommunikation zwischen den Nervenzellen. Damit dies geregelt ablaufen kann, existieren sowohl erregende als auch hemmende Synapsen.

Synapsen haben die Funktion, Reize von einem Neuron zu einer anderen Zelle zu übertragen. Dies geschieht entweder durch chemische Transmitter (chemische Synapse) oder auf elektrisch durch Ionenkanäle (elektrische Synapse).

Eine Synapse verbindet eine Nervenzelle mit einer nachfolgenden Zelle und überträgt Erregungen an diese. Dies geschieht entweder mithilfe von chemischen Transmittern oder über Ionen-Kanäle. 

Finales Synapse Quiz

Frage

Was ist eine Synapse?

Antwort anzeigen

Antwort

Als Synapse bezeichnet man die Verbindungsstelle zwischen Neuronen und einer anderen Zelle (Nerven-, Muskel- oder einer Drüsenzelle)


Frage anzeigen

Frage

Wann spricht man von einer zentralen oder chemisch- interneuralen Synapse?

Antwort anzeigen

Antwort

Wenn das Endknöpfchen eines Neurons mit einem Dendriten, dem Soma oder dem Axon einer anderen Nervenzelle verbunden ist

Frage anzeigen

Frage

Was ist eine 

chemisch- neuromuskuläre Synapse?

Antwort anzeigen

Antwort

Erfolgt die Erregungsübertragung von einer Nerven- auf eine Muskelzelle, handelt es sich um eine chemisch- neuromuskuläre Synapse


Frage anzeigen

Frage

Wie erfolgt die Übertragung der Erregung?

Antwort anzeigen

Antwort

erfolgt mithilfe eines chemischen Stoffes (Transmitter)

Frage anzeigen

Frage

Was für eine Funktion haben Synapsen wenn der Mechanismus die Erregungsübertragung nur in einer Richtung zulässt?

Antwort anzeigen

Antwort

Ventilfunktion

Frage anzeigen

Frage

Zeichne das Schema der chemischen Erregungsübertragung in der neuromuskulären Synapse.

Antwort anzeigen

Antwort

Frage anzeigen

Frage

Womit ist die postsynaptische Membran besetzt?

Antwort anzeigen

Antwort

Sie ist mit zahlreichen Proteinmolekülen besetzt, die als Rezeptoren fungieren

Frage anzeigen

Frage

Wodurch sind die beiden Membranen getrennt?

Antwort anzeigen

Antwort

 durch den ca. 20 nm breiten synaptischen Spalt

Frage anzeigen

Frage

Was bewirkt ein Aktionspotenzial (AP)wenn es das Endknöpfchen erreicht?

Antwort anzeigen

Antwort

  • bewirkt die Öffnung von spannungsgesteuerten Calciumporen
  • Da das Innere wenig Calciumionen (Ca2+) enthält, erfolgt ein Einstrom von Calciumionen in das Endknöpfchen


Frage anzeigen

Frage

Was passiert nachdem die Öffnung von spannungsgesteuerten Calciumporen passiert ist?

Antwort anzeigen

Antwort

Es wird das Verschmelzen von 100 – 200 synaptischen Bläschen mit der präsynaptischen Membran und die Ausschüttung des Transmitters Acetylcholin ausgelöst (pro Bläschen mehrere Tausend Moleküle)

Frage anzeigen

Frage

Was machen die ausgeschütteten Transmittermoleküle?

Antwort anzeigen

Antwort

Sie diffundieren sehr schnell (< 0,1 ms) durch den synaptischen Spalt und verbinden sich mit spezifischen Rezeptoren an der postsynaptischen Membran


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Frage

Womit verändern die Rezeptoren ihre Raumstruktur? Und was passiert danach?

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Antwort

  • Mit der Bindung des Acetylcholins
  • Dadurch öffnen sich Ionenporen (chemisch gesteuerte oder ligandenabhängige Ionenkanäle) in der Membran, die für Na+- und K+-Ionen durchlässig sind
  • Na+-Ionen strömen ein und wenige K+-Ionen aus. Die so entstandene Depolarisation der Membran wird als Endplattenpotenzial (allgemein: postsynaptisches Potenzial PSP) bezeichnet
  • Der zeitliche Verlauf eines PSP ähnelt dem eines lokalen Potenzials


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Frage

Wie breitet sich das   Endplattenpotenzial aus?

Antwort anzeigen

Antwort

passiv über die postsynaptische Membran

Frage anzeigen

Frage

Was tritt im elektrischen Spannungsfeld ein?

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Antwort

  • Es treten Ionenwanderungen ein
  • Sie führen aber nicht zu einem Aktionspotenzial, da der K+-Ausstrom viel schneller erfolgt als beim Axon
  • Das Endplattenpotenzial löst erst außerhalb des synaptischen Bereichs ein Aktionspotenzial aus, das über die ganze Muskelfaser fortgeleitet wird und zur Kontraktion des Muskels führt


Frage anzeigen

Frage

Wie arbeiten Zentrale Synapsen?

Antwort anzeigen

Antwort

Sie arbeiten wie die neuromuskulären, als Transmitter fungieren bei ihnen neben Acetylcholin z. B. Noradrenalin, Dopamin und Serotonin


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Frage

Welche zwei Typen von Synapsen kommen im Nervensystem vor?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Erregende Synapsen erzeugen in der postsynaptischen Zelle ein postsynaptisches Potenzial, das stärker positiv ist als das Ruhepotenzial (Depolarisation) = erregendes postsynaptisches Potenzial EPSP
  • Hemmende Synapsen verringern das Ruhepotenzial in der postsynaptischen Zelle, d. h. es wird stärker negativ (Hyperpolarisation) = inhibitorisches (hemmendes) postsynaptisches Potenzial IPSP


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