Aufgaben 21 Nervensystem Die Synapse – Schaltstelle zwischen Neuronen Ein Neuron kann einen Reiz blitzschnell weiterleiten. Doch wie kommunizieren Neuronen miteinander? Dies erfolgt über die Synapse, die Kommunikationsstelle zwischen zwei Neuronen (oder einem Neuron und einer anderen Zielzelle, zB einer Drüsenzelle). Die Synapse besteht aus der präsynaptischen Membran am sendenden Neuron, der postsynaptischen Membran am empfangenden Neuron und dem dazwischenliegenden synaptischen Spalt. Erreicht ein Aktionspotenzial das Endknöpfchen am Ende das Axons, so wird präsynaptisch ein Botenstoff freigesetzt, der Neurotransmitter (kAbb. 15 a bis 15 c). Dieser diffundiert durch den synaptischen Spalt zur postsynaptischen Membran des nächsten Neurons. In dieser befinden sich spezifische Rezeptoren, an die die Transmittermoleküle binden (kAbb. 15d). Dadurch werden diese Rezeptoren aktiviert, wodurch sie sich öffnen und so den Einstrom von Na+-Ionen ermöglichen (kAbb. 15 e). Dies bewirkt an der nachgeschalteten Zelle die Entstehung eines neuen Aktionspotenzials, eines so genannten erregenden postsynaptischen Potenzials (EPSP). Dies löst eine Aktivierung der nachgeschalteten Zelle aus. Bliebe der Neurotransmitter an den Rezeptoren angedockt, würde das EPSP niemals enden. Daher müssen die Transmittermoleküle schnell nach ihrem Eintreffen entfernt werden. Im Falle des häufig verwendeten Neurotransmitters Acetylcholin erfolgt dies durch die Spaltung des Moleküls (kAbb. 15 f). Die Na+-Kanäle schließen sich wieder, damit endet die Signalübertragung. Die Teilmoleküle des Transmitters werden danach wieder in das Endknöpfchen aufgenommen und zusammengebaut (kAbb. 15g und 15h). Die Synapse ist damit für den nächsten Impuls bereit. Die Synapse ist der Bereich zwischen einem Neuron und einer nachgeschalteten Zelle Struktur und Funktion Die Synapse ermöglicht es, dass die Erregungsleitung nur in eine Richtung abläuft: Durch den unterschiedlichen Aufbau der Membranen kann die Signalübertragung nur von prä- zu postsynaptischer Membran erfolgen. Durch Freisetzung von Neurotransmittern wird in der Empfängerzelle ein neues Aktionspotenzial ausgelöst Struktur und Funktion Die Transmittermoleküle passen in die Rezeptormoleküle wie ein Schlüssel ins Schloss, man spricht daher vom Schlüssel-Schloss-Prinzip, das in der Biologie auf molekularer Ebene weit verbreitet ist. Ähnliches hast du im letzten Jahr bei der Wirkungsweise von Enzymen kennengelernt (Stichwort: Substratspezifität). Abb.15: Die Synapse. Die Reizübertragung von der präsynaptischen zur postsynaptischen Zelle erfolgt in mehreren Schritten. Hier ist eine Synapse mit dem weit verbreiteten Neurotransmitter Acetylcholin (ACh) gezeigt. Acetyl-CoA –70 0 EPSP in postsynaptischer Membran –70 0 Aktionspotenzial im Endknöpfchen Spannungsgesteuerte Ca2+-Kanäle öffnen sich aufgrund der Depolarisation. Eingeströmte Ca2+-Ionen veranlassen Vesikel, mit der Membran zu verschmelzen. Im Spalt spaltet das Enzym Acetylcholinesterase ACh in Cholin und Acetyl-CoA. Die Rezeptorkanäle schließen sich. synaptische Endigung Acetylcholin- Rezeptorkanal Na+-CholinTransportprotein Na+ Ca2+ Plasmamembran Enzym präsynaptische Zelle (Präsynapse) postsynaptische Zelle (Postsynapse) Vesikel entlassen Neurotransmittermoleküle ACh (Acetylcholin). synaptischer Spalt Na+-Ionen strömen in die postsynaptische Zelle und depolarisieren die Membran. Es entsteht ein EPSP. Cholin und Acetyl-CoA reagieren zu Acetylcholin. Das gelangt in die Vesikel. Cholin wird wieder aufgenommen. Acetylcholin diffundiert durch den synaptischen Spalt. Einige Moleküle binden an ACh-Rezeptoren, die auch Natriumkanäle sind. Diese öffnen sich jetzt. Cholin Schwellenwert Schwellenwert 1 W Die Synapse verzögert die Signalübertragung, da der oben beschriebene biochemische Mechanismus deutlich langsamer ist als die schnellen elektrischen Impulse. Dennoch hat die synaptische Kommunikation mehrere unverzichtbare Aufgaben, zB dass die Information nur in die gewünschte Richtung läuft. Erkläre diesen Sachverhalt. 2 W Synapsen ermöglichen die Verrechnung von Informationen. Recherchiere, was man unter erregenden und hemmenden Synapsen versteht und wie ein Neuron damit umgeht, wenn mehrere vorangeschaltete Zellen Signale liefern. Erkläre in dem Zusammenhang auch die Begriffe räumliche Summation und zeitliche Summation. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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