Synaptische Transmission

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Franz Lenz
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1 Synaptische Transmission Wie lösen APe, die an den Endknöpfchen der Axone ankommen, die Freisetzung von Neurotransmittern in den synaptischen Spalt aus (chemische Signalübertragung)? 5 wichtige Aspekte: 1)Struktur der Synapsen 2)Synthese, Verpackung und Transport von Neurotransmittern 3)Freisetzung von Neurotransmittern 4)Aktivierung von Rezeptoren 5)Wiederaufnahme der Neurotransmitter

Synaptische Transmission Weiters gibt es auch so genannte Autorezeptoren! Autorezeptoren sind metabotrop und gehen eine Bindung mit Neurotransmittern des eigenen Neurons ein (präsynaptisch!).

2 Synaptische Transmission Weiters gibt es auch so genannte Autorezeptoren! Autorezeptoren sind metabotrop und gehen eine Bindung mit Neurotransmittern des eigenen Neurons ein (präsynaptisch!). Sie können die Freisetzung der Neurotransmitter in den synaptischen Spalt reduzieren oder verstärken! Wichtige Hinweise: Kleine (niedermolekulare) Neurotransmitter werden eher an direkten Synapsen ausgeschüttet und aktivieren eher ionotrope Rezeptoren, oder direkt auf Ionenkanäle wirkende metabotrope Rezeptoren! Sie sind in schnelle Sigalübertragung eingebunden! Neuropeptide werden eher diffus freigesetzt (indirekte Synapsen) und binden an metabotrope Rezeptoren, die über sekundäre Botenstoffe wirken! Sie sind in langsame und lang anhaltende Signalübertragung eingebunden!

3 Synaptische Transmission Ad 5) Wiederaufnahme, Abbau und Recycling der Neurotransmitter Damit ein Neurotransmitter nicht unaufhörlich aktiv bleibt gibt es eine so genannte Wiederaufnahme (oft) und einen Enzymatischen Abbau (selten) von Neurotransmittern! Die Wiederaufnahme der Neurotransmitter in die präsynaptischen Endknöpfchen findet sofort nach ihrer Freisetzung statt! Im Zuge eines enzymatischen Abbaus werden die Neurotransmitter in der Synapse aufgespalten und ihre Abbauprodukte wieder in die Endknöpfchen aufgenommen!

4 Acetylcholine Synthesis Choline Acetate Breakdown of Acetylcholine Two important enzymes: Acetyl coenzyme A Choline acetyltransferase (ChAT) Enzyme: Acetylcholinesterase (AChE)

5 Synaptische Transmission Zusatzwissen! Was machen Gliazellen noch, von denen es ja 10 mal mehr gibt als Neuronen? Astrocyten setzen auch chemische Botenstoffe frei, haben auch Rezeptoren für Neurotransmitter, leiten Signale weiter und sind an der Wiederaufnahme von Neurotransmittern beteiligt! Astrocyten sind mit Neuronen über so genannte Gap junctions verbunden Gap junctions sind enge Räume zwischen Zellen, die über röhrenförmige und mit Cytoplasma gefüllte Kanäle verbunden sind! Elektrische Synapsen! Zusätzliche Information: Elektrische Synapsen sind im Nervensystem wirbelloser Tiere weit verbreitet!

6 Was für Neurotransmitter gibt es? Neurotransmitter Es gibt 4 Klassen kleiner (niedermolekularer) Neurotransmitter: -Aminosäuren -Monoamine -Lösliche Gase -Acetylcholin Es gibt auch die bereits erwähnten hochmolekularen Neuropeptide! 1) Aminosäuren: Die meisten schnell reagierenden, direkten Synapsen basieren auf Aminosäuren (Proteinbausteine!) als Neurotransmitter! Die bekanntesten 4 sind: Glutamat, Aspartat, Glycin und Gamma-Amino-Buttersäure (GABA)

7 Neurotransmitter Glutamat ist der am weitesten verbreitete exzitatorische Neurotransmitter im ZNS der Säugetiere! GABA ist der am weitesten verbreitete inhibitorische Neurotransmitter im ZNS der Säugetiere! 2) Monoamine: Jedes Monoamin wird aus einer bestimmten Aminosäure synthetisiert! Monoamine kommen in kleinen Neuronengruppen, deren Zellkörper sich hauptsächlich im Hirnstamm befinden, vor! Es gibt 4 Monoamine-Neurotransmitter: Dopamin, Adrenalin (od. Epinephrin), Noradrenalin (od. Norepinephrin und Serotonin!

Neurotransmitter Die Monoamine lassen sich strukturell in 2 Gruppen einteilen: Catecholamine Dopamin Noradrenalin Adrenalin Indolamine Serotonin Die

8 Neurotransmitter Die Monoamine lassen sich strukturell in 2 Gruppen einteilen: Catecholamine Dopamin Noradrenalin Adrenalin Indolamine Serotonin Die Catecholamine werden alle aus der Aminosäure Tyrosin synthetisiert! Serotonin wird aus der Aminosäure Tryptophan synthetisiert! Erinnerung: Parkinson!

9 Neurotransmitter 3) Lösliche Gase: Stickstoffmonoxid (NO) Kohlenmonoxid (CO) Beide löslichen Gase werden im Cytoplasma entsprechender Neuronen produziert und diffundieren direkt durch die Zellmembran in benachbarte Zellen! Sie lösen die Produktion eines sekundären Botenstoffes aus und werden rasch deaktiviert (wenige Sekunden!), indem sie in andere Moleküle umgewandelt werden! Sie sind an der so genannten retrograden Transmission beteiligt: Das heisst, sie regulieren postsynaptisch die Aktivität präsynaptischer Neuronen, indem sie Feedbacksignale abgeben!

Neurotransmitter 4) Acetylcholin (Ach): Acetylcholin ist der Neurotransmitter neuromuskulärer Synapsen, vieler Synapsen des autonomen (PNS) und auch des zentralen Nervensystems!

10 Neurotransmitter 4) Acetylcholin (Ach): Acetylcholin ist der Neurotransmitter neuromuskulärer Synapsen, vieler Synapsen des autonomen (PNS) und auch des zentralen Nervensystems! Neuropeptide: Es gibt an die 100 verschiedene Neuropeptide! Ein Beispiel sind die so genannten Endorphine (endogene Opiate!) Endorphine aktivieren neuronale Systeme, die an der Schmerzunterdrückung beteiligt Sind (Analgesie!) und auch solche, die das Erleben von Freude vermitteln!

11 Pharmaka und Drogen Pharmakologie synaptischer Übertragung: Durch die neurowissenschaftliche Erkenntnis über die prinzipiellen Mechanismen synaptischer Übertragung ergaben sich viele Möglichkeiten, Substanzen zu entwickeln, die diese modifizieren! Die Untersuchung von Pharmaka, die synaptische Übertragung verändern und so auf psychologische Prozesse einwirken, ist weit verbreitet! Pharmakologische Substanzen wirken immer entweder erleichternd (Agonist) oder hemmend (Antagonist) auf eine synaptische Übertragung!

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postsynaptische Potentiale graduierte Potentiale L-Dopa caffeine alcohol SSRIs Ritalin (dopamine RI) Schwellenpotential Drugs can 1) serve as a precursor for a neurotransmitter; 2) inhibit

13 postsynaptische Potentiale graduierte Potentiale L-Dopa caffeine alcohol SSRIs Ritalin (dopamine RI) Schwellenpotential Drugs can 1) serve as a precursor for a neurotransmitter; 2) inhibit neurotransmitter synthesis 3) prevent storage of neurotransmitter in presynaptic vesicles 4) stimulate or inhibit neurotransmitter release 5) stimulate or block post-synaptic receptors 6) stimulate autoreceptors, inhibiting neurotransmitter release 7) block autoreceptors, increasing neurotransmitter release 8) inhibit neurotransmission breakdown 9) block neurotransmitter reuptake by the presynaptic neuron Ruhepotential Aktionspotential

14 Pharmaka und Drogen 5 Beispiele psychoaktiver Substanzen: (Empfehlung: Enzyklopädie der psychoaktiven Pflanzen, von Christian Rätsch) Kokain, Benzodiazepine, Atropin, Curare und Botulinustoxin (Botox) 1) Kokain (ein Agonist): Kokain erhöht die Aktivität von Dopamin und Noradrenalin, indem es die Wiederaufnahme dieser Neurotransmitter aus dem synaptischen Spalt in die präsynaptischen Endknöpfchen hemmt! Als Konsequenz ist die Wirkung von Dopamin und Noradrenalin an den postsynaptischen Rezeptoren länger anhaltend! Psychische Effekte Euphorie, Appetitverlust und Schlaflosigkeit!

2) Benzodiazepine (Agonisten): Benzodiazepine binden an den ionotropen GABA A -Rezeptor an einer anderen Stelle als die normalen GABA-Moleküle und verstärken

15 2) Benzodiazepine (Agonisten): Benzodiazepine binden an den ionotropen GABA A -Rezeptor an einer anderen Stelle als die normalen GABA-Moleküle und verstärken so den inhibitorischen Effekt (als zusätzliche Rezeptorwirkung; fördern den Einstrom von Cl - -Ionen und helfen so bei der Hyperpolarisation)! Pharmaka und Drogen

Da es viele cholinerge Gedächtnisprozesse gibt, lösen hohe Dosen von Atropin Gedächtnisbeeinträchtigungen hervor!

16 Pharmaka und Drogen 3)Atropin (ein Antagonist!): Atropin ist der pharmakologisch aktive Bestandteil der Tollkirsche (Atropa belladonna)! Atropin bindet an den muskarinergen Rezeptor (ein Subtyp des Acetylcholinrezeptors) und wirkt so als Rezeptorblocker für Acetylcholin! Da es viele cholinerge Gedächtnisprozesse gibt, lösen hohe Dosen von Atropin Gedächtnisbeeinträchtigungen hervor! 4)Curare (ein Antagonist): Curare bindet an den nikotinergen Rezeptor (ein weiterer Subtyp des Acetylcholinrezeptors) und blockiert so die Übertragung an neuromuskulären Synapsen! Curare führt zu Lähmungen und kann über die Hemmung der Atmung zum Tod führen! 5)Botulinustoxin (Botox, ein Antagonist): Botulinustoxin ist genauso wie Curare ein nikotinerger Antagonist! Es blockiert auch die Übertragung an der neuromuskulären Synapse und führt zu Lähmungserscheinungen!

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