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
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!
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!
Synaptische Transmission
• Acetylcholine Synthesis
– Choline
– Acetate
• Breakdown of Acetylcholine
– Enzyme: Acetylcholinesterase (AChE)
Two important enzymes:
• Acetyl coenzyme A
• Choline acetyltransferase (ChAT)
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!
Neurotransmitter
Was für Neurotransmitter gibt es?
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)
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 Indolamine
Dopamin
Noradrenalin
Adrenalin
Serotonin
Die Catecholamine
werden alle aus der
Aminosäure
Tyrosin
synthetisiert!
Serotonin wird aus der
Aminosäure
Tryptophan
synthetisiert!
Erinnerung: Parkinson!
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!
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!
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!
Pharmaka und Drogen
L-Dopacaffeine alcohol
Ritalin (dopamine RI)SSRIs
Drugs can1) 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
graduierte Potentiale
Ruhepotential
postsynaptische Potentiale
Aktionspotential
Schwellenpotential
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!
Pharmaka und Drogen
2) Benzodiazepine (Agonisten):
Benzodiazepine binden an den
ionotropen GABAA-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
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!
Pharmaka und Drogen