Übertragung zwischen einzelnen Nervenzellen: Synapsen

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Carsten Boer
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1 Übertragung zwischen einzelnen Nervenzellen: Synapsen Kontaktpunkt zwischen zwei Nervenzellen oder zwischen Nervenzelle und Zielzelle (z.b. Muskelfaser) Synapse besteht aus präsynaptischen Anteil (sendendes Neuron) synaptischen Spalt, postsynaptischen Anteil (empfangendes Neuron). Abb. 11.1, Kandel Elektrische Synapse: Aktionspotential in der Zelle (z:b. ausglöst durch Strominjektion) führt zu Aktionspotential. Strom fließt nach außen ab. Ein Teil des Stroms gelangt durch gut leitenden Ionenkanäle (gap junction) in die postsynaptische Zelle. Strom depolarisiert die Zelle. Falls Schwelle überschritten --> Aktionspotential. Depolarisation erfordert (kräftigen) elektrischen Strom. Daher präsynaptische Zelle groß, postsynaptisch klein. Übertragung auf die benachbarte Zelle erfolgt durch elektrischen Strom ---> augenblicklich, Informationsübertragung in beide Richtungen möglich Mit elektrischen Synapsen. können viele Zellen gleichzeitig gefeuert werden. Beispiel Tintenausstoß bei Meeresschnecke Aplysia Porendurchmesser der gap juncions: 1.5 nm Kanäle sind nicht selektiv G = 100pS Synaptischer Spalt (Abstand zwischen 2 Neuronen) 3.5 nm 1

2 Kanal wird durch die Poren beider Membranen gebildet Gap junctions können moduliert werden: Steuerung durch nderung der Spannung, ph Wert, Ca ++ Kontentration. Mechanismus: Drehbewegung der 6 Connexine 2

3 Chemische Synapsen Kandel Abb Keine Verbindung zwischen der Nervenzellen. Strom bleibt in der präsynaptischen Zelle. Aber Depolarisation der Zelle löst Ausschüttung von Neurotransmittermolekülen aus (gespeichert in synaptischenvesikeln).. Transmittermoleküle lagern sich an Rezeptoren der postsynaptischen Zelle an uns führen zu Depolarisation oder Hyperpolarisation Synaptischer Spalt ist nm, Ausbreitung der Transmitter durch Diffusion Diffusion ist ein langsamer Prozess. Random walk Brown sche Bewegung: X 2 = 2kT/(3πηd).t X mitteler Verschiebung t = 1s X = m = nm Aber: X ist nur 20 bis 40 nm dann t = 9.1 bis s ---> kurz genug 3

4 Aktionspotential an präsynaptischer Axon läuft in die Nervenendigung ein Durch den Stromfluß strömen Ca++ Ionen ein. Stimulieren Öffnung der Vesikel. Vesikel verschmelzen mit der Membran und geben Neurotransmitter ab Neurotransmitter diffundiert durch den synaptischen Spalt und bindet an speziellen Rezeptoren der postsynaptischen Membran Dadurch öffnen sich die Ionenkanäle, Zelle wird depolarisiert, Aktionspotential Es kann aber auch eine Hemmung der Zelle durch den Transmitter erfolgen 4

5 Es gibt etliche Neurotransmitter, die auf Ihre Rezeptoren binden. Je nachrezeptor kann dann erregend oder hemmend wirken. Rezeptoren sind membrandurchspannende Proteine: erkennen außen den aus der präsynaptischen Zelle freigestztentransmitter. In der Zielzelle sind sie Effektoren (Öffnen oder Schließen der Pore) kann direkt (Kanal wird gesteuert) oder indirekt (second messenger) sein Der Rezeptor entscheidet was passiert Alle Muskel werden von den Nerven über Synapsen gesteuert. Motoneuron endet auf der motorischen Endplatte Kein Myellin, Verzweigung, synaptische Endknöpfchen 5

6 In den Endknöpfchen sind: synaptische Vesikel mit Transmitter Aktive Zone d.i. Bereich wo Transmitterausschüttung stattfindet Ca ++ Kanäle: Ca++ löst beim Eindiffundieren die Ausschüttung der Transmittes aus. Transmittessubstanz ist Acetylcholin (Ach) Gegenüber der aktiven Zone: subysnaptische Einfaltung, am Rand ACh Rezeptoren, darunter Na Kanäle für Aktionspotential Postsynaptisches Potential ist sehr hoch (70mV), löst Aktionspotential in der Muskelfaser aus. 6

7 Transmitter in Präsynaptischer Zelle wird durch Ca++ freigesetzt (Erhöhung von extrazellulären Ca erhöht Transmitterfreisetzung Interessant: das postsynaptische Potential ist gequantelt: ein Transmitterquant löst ein postsynaptisches Einheitspotential aus: Gesamtpotential ergibt sich aus der Summe der Einheitspotentiale Experiment zum Beweis der Quantelung: Motorischer Nerv wird mit gleicher Intensität stimuliert. Um geringe Transmitterfreisetzung zu erhalten: Ca++ frei aber Mg++ hältige extrazelluläre Flüssigkeit Endplattenpotential wird gemessen Es gibt auch spontan auftretende Potentiale Abb 15.5A, Kandel 7

8 Abb 15.5B, Kandel Transmitterfreisetzung ist offensichtlich einer Wahrscheinlichkeitsfunktion unterworfen. Annahme: Transmitterfreisetzung tritt in Elementarquanten auf, zb. einvesikel. Wahrscheinlichkeit für die Freisetzung eines Quants sei p für kein Quant q = (1-p) Nehmen wir an daß n Stimulationen stattfinden. Dann ist die Wahrscheinlichkeit daß kein Quant zum postsynaptischen Neuron kommt q n daß das 1. Quant zum postsynaptischen Neuron kommt ist p.q (n-1) detto für das 2., 3., n-te Quant, daher insgesamt die Wahrscheinlichkeit für 1 Quant n. p.q (n-1) für 2 Quanten n(n-1)/2.p 2.q (n-2), usw., ergibt die Binomialverteilung z.b. n=5, p=0.2 Wahrscheinlichkeit für 0 Quanten : = Quant : = Quanten : = Quanten : =

9 stimmt mit Messungen überein Nervenzellen können miteinander rasch und effektic kommunizieren. Dazu sind Synapsen wichitg. Ein Neuron bildet ca 1000 Synapsen und empfängt Verbindungen Im Gehirn Neuronen mit synaptischen Verbindungen (das ist mehr als die Zahl der Galaxien imweltall) Überblick über Transmembröse Bewegungen (1) 1. Diffusion von lipidlöslichen Substanzen durch Membran 2. Leckkanal,nicht Ionenspezifisch 3 Carrier: spezielle Membranmoleküle, die den Transport erleichtern, (erleichterte Diffusion). 4 Aktiver Transport (ATP, unter Einsatz von Energie) Abb.2.1 Atwood 5. Ko-Transport: Gradientenabhängiger Austausch von Substanzen 9

10 Überblick über Transmembröse Bewegungen (2) 6. Spannungsabhängige Kanäle 7. Ionenabhängige Kanäle 8. Ligandengesteuerte Kanäle: Öffnung durch Transmitter 9. Second messenger gesteuerte Kanäle. Intrazellulär erzeugte Moleküle steuern den Kanal Abb.2.1 Atwood 10 Pinozytose und Exozytose: Aufnahme und Abgabe mit Hilfe von Vesikeln. Unter Einsatz von Energie 10

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