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Erregungsübertragung an der Synapse: Schlüsselkonzepte und Funktionen

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Valentina

5.4.2021

Biologie

Erregungsweiterleitung an der Synapse

Erregungsübertragung an der Synapse: Schlüsselkonzepte und Funktionen

Die Erregungsübertragung an der Synapse ist ein faszinierender Prozess, der die Grundlage unserer neuronalen Kommunikation bildet. Synapsen sind spezialisierte Verbindungsstellen zwischen Nervenzellen oder zwischen Nervenzellen und anderen Zelltypen wie Muskel- oder Drüsenzellen. Sie ermöglichen die Weitergabe von Informationen in Form elektrischer oder chemischer Signale im Nervensystem. Dieser komplexe Mechanismus ist entscheidend für alle Körperfunktionen, vom einfachen Reflex bis hin zu komplexen Denkprozessen. Im Folgenden werden wir den Aufbau und die Funktion von Synapsen sowie die verschiedenen Arten der Informationsübertragung detailliert betrachten.

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5.4.2021

1801

Neuronale Informationsverarbeitung und Grundlagen der Wahrnehmung
Reizweiterleitung an der Synapse
*Synapse- Verbindung zwischen Nervenzelle

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Reizweiterleitung an der Synapse

Die Synapse ist eine spezialisierte Verbindung zwischen Nervenzellen und anderen Zelltypen wie Sinneszellen, Muskelzellen oder Drüsenzellen. Der Prozess der Erregungsübertragung läuft in mehreren Schritten ab:

  1. Ankunft des Aktionspotentials Das Aktionspotential erreicht das Axonende Bewirkt eine Spannungsänderung an der Membran
  2. Calciumeinstrom Spannungsabhängige Ca²⁺-Kanäle öffnen sich Ca²⁺-Ionen strömen ins Endköpfchen Die Membran wird depolarisiert positiverpositiver
  3. Neurotransmitter-Freisetzung Vesikel mit Neurotransmittern z.B.Acetylcholinz.B. Acetylcholin wandern zur Präsynapse Verschmelzen mit der Membran und setzen Neurotransmitter frei Die Botenstoffe diffundieren durch den synaptischen Spalt ca.0,1msca. 0,1 ms
  4. Wirkung an der Postsynapse Neurotransmitter binden an Rezeptoren nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip Ionenkanäle öffnen sich Postsynaptische Membran wird entweder depolarisiert oder hyperpolarisiert
  5. Beendigung der Signalübertragung Enzyme bauen Neurotransmitter ab z.B.AcetylcholindurchCholinesterasez.B. Acetylcholin durch Cholinesterase Spaltprodukte diffundieren zurück in die Präsynapse Regeneration der Neurotransmittervesikel für das nächste Aktionspotential

Wichtiger Begriff: Die Erregungsübertragung an der Synapse ist ein elektrochemischer Prozess, bei dem elektrische Signale AktionspotentialeAktionspotentiale in chemische Signale NeurotransmitterNeurotransmitter umgewandelt werden, die dann wieder elektrische Signale in der nachgeschalteten Zelle auslösen können.

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Chemische Synapsen und ihre Funktionen

Chemische Synapsen können unterschiedliche Funktionen haben und werden in zwei Hauptkategorien eingeteilt:

Exzitatorisches postsynaptisches Potential (EPSP)

  • Erregende Synapse, die Nervenimpulse weiterleitet
  • Neurotransmitter aktivieren Natrium- und Kaliumkanäle
  • Na⁺-Ionen strömen in die Zelle, K⁺-Ionen aus der Zelle
  • Insgesamt gelangen mehr positive Ionen in die postsynaptische Zelle
  • Es entsteht eine kurzzeitige Depolarisierung der postsynaptischen Membran
  • Die Erregung wird über Dendrit und Soma zum Axonhügel weitergeleitet

Inhibitorisches postsynaptisches Potential (IPSP)

  • Hemmende Synapse, die Nervenimpulse blockiert
  • Neurotransmitter aktivieren Chlorid- und Kaliumkanäle
  • Cl⁻-Ionen strömen in die Zelle, K⁺-Ionen aus der Zelle
  • Es entsteht eine kurzzeitige Hyperpolarisierung der postsynaptischen Membran
  • Die Erregungsweiterleitung wird unterdrückt

Merke: Der Unterschied zwischen EPSP und IPSP liegt nicht an den Neurotransmittern selbst, sondern an den Rezeptoren der Synapse. Der gleiche Neurotransmitter kann an verschiedenen Synapsen unterschiedliche Wirkungen haben.

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Summation von Potentialen

An den Dendriten einer Nervenzelle treffen oft mehrere synaptische Signale gleichzeitig ein. Ob ein neues Aktionspotential ausgelöst wird, hängt von der Summation dieser Signale ab:

Räumliche und zeitliche Summation

  • Räumliche Summation: Mehrere EPSP treffen gleichzeitig von verschiedenen Synapsen am Axonhügel ein
  • Zeitliche Summation: EPSP folgen schnell aufeinander, sodass die Depolarisation länger anhält
  • Ein Aktionspotential wird nur ausgelöst, wenn der Schwellenwert ca.50mVca. -50 mV am Axonhügel überschritten wird

Zusammenspiel von EPSP und IPSP

  • Erregende Synapsen EPSPEPSP bringen das Membranpotential näher an den Schwellenwert
  • Hemmende Synapsen IPSPIPSP entfernen das Membranpotential vom Schwellenwert
  • Die Gesamtwirkung ergibt sich aus der Summe aller eintreffenden Signale

Wirkung auf die Informationsverarbeitung

  • Je mehr Neurotransmitter freigesetzt werden, desto länger sind die Ionenkanäle geöffnet
  • Die Stärke und Häufigkeit der Signale bestimmt, ob ein Aktionspotential entsteht
  • Dieses komplexe Zusammenspiel ermöglicht die Filterung und Integration von Informationen

Schlüsselkonzept: Die räumliche und zeitliche Summation ist ein grundlegender Mechanismus der neuronalen Informationsverarbeitung. Dabei werden erregende und hemmende Signale von verschiedenen Synapsen integriert, was eine differenzierte Reaktion auf komplexe Reize ermöglicht.

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Die fünf Sinne

Das Nervensystem verarbeitet Informationen aus unterschiedlichen Sinnesorganen. Die Wahrnehmung der Außenwelt erfolgt hauptsächlich über die fünf klassischen Sinne:

  • Sehen visuelleWahrnehmungvisuelle Wahrnehmung
  • Hören auditiveWahrnehmungauditive Wahrnehmung
  • Riechen olfaktorischeWahrnehmungolfaktorische Wahrnehmung
  • Schmecken gustatorischeWahrnehmunggustatorische Wahrnehmung
  • Tasten haptischeWahrnehmunghaptische Wahrnehmung

Wichtig zu wissen: Neben den fünf klassischen Sinnen besitzt der Mensch auch den Gleichgewichtssinn vestibula¨reWahrnehmungvestibuläre Wahrnehmung, der durch Synapsen im Innenohr vermittelt wird und für unsere Orientierung im Raum unerlässlich ist.

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Philipp, iOS User

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Ich liebe diese App ❤️, ich benutze sie eigentlich immer, wenn ich lerne.

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Valentina

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Die Erregungsübertragung an der Synapse ist ein faszinierender Prozess, der die Grundlage unserer neuronalen Kommunikation bildet. Synapsen sind spezialisierte Verbindungsstellen zwischen Nervenzellen oder zwischen Nervenzellen und anderen Zelltypen wie Muskel- oder Drüsenzellen. Sie ermöglichen die Weitergabe von Informationen in Form elektrischer oder chemischer Signale im Nervensystem. Dieser komplexe Mechanismus ist entscheidend für alle Körperfunktionen, vom einfachen Reflex bis hin zu komplexen Denkprozessen. Im Folgenden werden wir den Aufbau und die Funktion von Synapsen sowie die verschiedenen Arten der Informationsübertragung detailliert betrachten.

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Reizweiterleitung an der Synapse

Die Synapse ist eine spezialisierte Verbindung zwischen Nervenzellen und anderen Zelltypen wie Sinneszellen, Muskelzellen oder Drüsenzellen. Der Prozess der Erregungsübertragung läuft in mehreren Schritten ab:

  1. Ankunft des Aktionspotentials Das Aktionspotential erreicht das Axonende Bewirkt eine Spannungsänderung an der Membran
  2. Calciumeinstrom Spannungsabhängige Ca²⁺-Kanäle öffnen sich Ca²⁺-Ionen strömen ins Endköpfchen Die Membran wird depolarisiert positiverpositiver
  3. Neurotransmitter-Freisetzung Vesikel mit Neurotransmittern z.B.Acetylcholinz.B. Acetylcholin wandern zur Präsynapse Verschmelzen mit der Membran und setzen Neurotransmitter frei Die Botenstoffe diffundieren durch den synaptischen Spalt ca.0,1msca. 0,1 ms
  4. Wirkung an der Postsynapse Neurotransmitter binden an Rezeptoren nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip Ionenkanäle öffnen sich Postsynaptische Membran wird entweder depolarisiert oder hyperpolarisiert
  5. Beendigung der Signalübertragung Enzyme bauen Neurotransmitter ab z.B.AcetylcholindurchCholinesterasez.B. Acetylcholin durch Cholinesterase Spaltprodukte diffundieren zurück in die Präsynapse Regeneration der Neurotransmittervesikel für das nächste Aktionspotential

Wichtiger Begriff: Die Erregungsübertragung an der Synapse ist ein elektrochemischer Prozess, bei dem elektrische Signale AktionspotentialeAktionspotentiale in chemische Signale NeurotransmitterNeurotransmitter umgewandelt werden, die dann wieder elektrische Signale in der nachgeschalteten Zelle auslösen können.

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Chemische Synapsen können unterschiedliche Funktionen haben und werden in zwei Hauptkategorien eingeteilt:

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  • Erregende Synapse, die Nervenimpulse weiterleitet
  • Neurotransmitter aktivieren Natrium- und Kaliumkanäle
  • Na⁺-Ionen strömen in die Zelle, K⁺-Ionen aus der Zelle
  • Insgesamt gelangen mehr positive Ionen in die postsynaptische Zelle
  • Es entsteht eine kurzzeitige Depolarisierung der postsynaptischen Membran
  • Die Erregung wird über Dendrit und Soma zum Axonhügel weitergeleitet

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  • Hemmende Synapse, die Nervenimpulse blockiert
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An den Dendriten einer Nervenzelle treffen oft mehrere synaptische Signale gleichzeitig ein. Ob ein neues Aktionspotential ausgelöst wird, hängt von der Summation dieser Signale ab:

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  • Räumliche Summation: Mehrere EPSP treffen gleichzeitig von verschiedenen Synapsen am Axonhügel ein
  • Zeitliche Summation: EPSP folgen schnell aufeinander, sodass die Depolarisation länger anhält
  • Ein Aktionspotential wird nur ausgelöst, wenn der Schwellenwert ca.50mVca. -50 mV am Axonhügel überschritten wird

Zusammenspiel von EPSP und IPSP

  • Erregende Synapsen EPSPEPSP bringen das Membranpotential näher an den Schwellenwert
  • Hemmende Synapsen IPSPIPSP entfernen das Membranpotential vom Schwellenwert
  • Die Gesamtwirkung ergibt sich aus der Summe aller eintreffenden Signale

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  • Je mehr Neurotransmitter freigesetzt werden, desto länger sind die Ionenkanäle geöffnet
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Die fünf Sinne

Das Nervensystem verarbeitet Informationen aus unterschiedlichen Sinnesorganen. Die Wahrnehmung der Außenwelt erfolgt hauptsächlich über die fünf klassischen Sinne:

  • Sehen visuelleWahrnehmungvisuelle Wahrnehmung
  • Hören auditiveWahrnehmungauditive Wahrnehmung
  • Riechen olfaktorischeWahrnehmungolfaktorische Wahrnehmung
  • Schmecken gustatorischeWahrnehmunggustatorische Wahrnehmung
  • Tasten haptischeWahrnehmunghaptische Wahrnehmung

Wichtig zu wissen: Neben den fünf klassischen Sinnen besitzt der Mensch auch den Gleichgewichtssinn vestibula¨reWahrnehmungvestibuläre Wahrnehmung, der durch Synapsen im Innenohr vermittelt wird und für unsere Orientierung im Raum unerlässlich ist.

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Grundlagen der Wahrnehmung

Wahrnehmung ist der Prozess und das Ergebnis der Informationsgewinnung und -verarbeitung von Reizen aus der Umwelt und dem Körperinneren. Sie bezeichnet den Vorgang der subjektiven Empfindung von Sinneseindrücken aus Umweltreizen StimuliStimuli und inneren Zuständen.

Die Sinne des Menschen im Detail

  1. Visuelle Wahrnehmung SehenSehen Wahrnehmung von Helligkeit, Farbe, Kontrast, Form und Bewegung Sinnesorgan: Auge
  2. Auditive Wahrnehmung Ho¨renHören Wahrnehmung von Schall, Geräuschen und Klängen Sinnesorgan: Ohr
  3. Vestibuläre Wahrnehmung GleichgewichtssinnGleichgewichtssinn Wahrnehmung von Lageveränderungen im Verhältnis zum Schwerefeld Sinnesorgan: Gleichgewichtsorgan im Innenohr
  4. Sensibilität Tastsinn/Fu¨hlenTastsinn/Fühlen Wahrnehmung von Berührungen, Druck, Temperatur und Schmerz Sinnesorgane: Tast-, Wärme- und Kälterezeptoren in der Haut
  5. Olfaktorische Wahrnehmung RiechenRiechen Wahrnehmung von Riech- und Duftstoffen Sinnesorgan: Riechschleimhaut in der Nase
  6. Gustatorische Wahrnehmung SchmeckenSchmecken Wahrnehmung von chemischen Qualitäten der Nahrung Sinnesorgan: Geschmacksknospen auf der Zunge

Funktionsprinzip: Bei allen Sinneswahrnehmungen werden Umweltreize durch spezialisierte Rezeptoren aufgenommen und über elektrische und chemische Synapsen in neuronale Signale umgewandelt. Diese werden dann zum Gehirn weitergeleitet, wo die eigentliche Wahrnehmung stattfindet.

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