Funktionsweise der Synapse

Elektrische Synapsen

Elektrische Synapsen sind blitzschnelle Verbindungsstellen zwischen Nervenzellen. Im Gegensatz zu chemischen Synapsen übertragen sie Signale direkt durch Ionenströme von einer Zelle zur anderen.

Der Abstand zwischen den Neuronen ist hier sehr gering. Spezielle Tunnelproteine, sogenannte Gap Junctions, verbinden die Zellmembranen. Diese bestehen aus zylinderförmigen Proteinen (Connexone), die sich öffnen und schließen können. Durch die geöffneten Kanäle können Ionen direkt diffundieren.

Wenn die Präsynapse depolarisiert wird, wandern Kationen entlang ihres Konzentrationsgradienten zur Postsynapse, während Anionen in die Gegenrichtung diffundieren. Diese Signalübertragung erfolgt extrem schnell – in nur 0,00001 Sekunden! Elektrische Synapsen findest du vor allem dort, wo viele Zellen ohne Verzögerung synchronisiert werden müssen, wie im Herzmuskel oder bei Fluchtreaktionen.

💡 Merke: Elektrische Synapsen sind zwar superschnell (keine Umwandlung von elektrischen in chemische Signale nötig), aber sie haben einen entscheidenden Nachteil: Komplexe Verarbeitungsprozesse wie Lernen und Gedächtnisbildung sind mit ihnen nicht möglich.

Chemische Synapsen

Chemische Synapsen übertragen Signale mithilfe von Botenstoffen (Neurotransmittern) und sind wesentlich komplexer aufgebaut. Hier passiert die Übertragung nicht direkt, sondern über mehrere Schritte.

Wenn ein Aktionspotential am Endknöpfchen eines Neurons ankommt, öffnen sich durch die Depolarisation Calciumkanäle. Das einströmende Calcium bewirkt, dass Vesikel mit Neurotransmittern zur präsynaptischen Membran wandern und mit ihr verschmelzen. Die Botenstoffe werden in den synaptischen Spalt freigesetzt und diffundieren zur postsynaptischen Membran.

Dort binden sie an spezifische Rezeptoren, wodurch sich Ionenkanäle öffnen. Je nach Art der Synapse strömen nun bestimmte Ionen ein oder aus, was zu einer Potentialänderung führt. Bei Überschreitung des Schwellenwerts entsteht an der Postsynapse ein neues Aktionspotential.

🔍 Wichtig: Im Gegensatz zum Alles-oder-Nichts-Prinzip des Aktionspotentials ist die Stärke der postsynaptischen Potentiale variabel – sie hängt direkt von der Menge der ausgeschütteten Neurotransmitter ab.

Erregende und hemmende Synapsen

Synapsen können entweder erregend oder hemmend wirken – ein entscheidender Mechanismus zur Steuerung neuronaler Aktivität.

Bei erregenden Synapsen binden die Transmitter an spezifische Rezeptoren, wodurch sich Natriumkanäle öffnen. Natrium strömt ein, das Zellinnere wird positiver, und es entsteht ein exzitatorisches postsynaptisches Potential (EPSP). Ist dieses stark genug, löst es am Axonhügel ein Aktionspotential aus. Erregende Synapsen befinden sich typischerweise an den Dendriten und haben runde synaptische Vesikel.

Im Gegensatz dazu führen hemmende Synapsen zur Hyperpolarisation der Zellmembran. Hier öffnen Transmitter wie GABA (Gamma-Aminobuttersäure) Kanäle, durch die Chlorid einströmt oder Kalium ausströmt. Das Zellinnere wird negativer, was die Entstehung eines Aktionspotentials erschwert. Man spricht von einem inhibitorischen postsynaptischen Potential (IPSP). Hemmende Synapsen finden sich häufig am Soma (Zellkörper) und haben abgeflachte Vesikel.

💡 Praxistipp: Ob eine Nervenzelle tatsächlich "feuert", hängt davon ab, welcher Einfluss überwiegt – der erregende oder der hemmende. Dieses Zusammenspiel macht die Feinabstimmung unseres Nervensystems erst möglich!

Verrechnung und Störungen an Synapsen

Unsere Nervenzellen sind wahre Rechenkünstler! Sie verarbeiten ständig verschiedene eingehende Signale und entscheiden, ob ein neues Aktionspotential entstehen soll oder nicht.

Bei der räumlichen Summation werden gleichzeitig eintreffende Signale von mehreren Synapsen am Axonhügel addiert. Die zeitliche Summation dagegen bezeichnet die Aufsummierung mehrerer schnell aufeinanderfolgender Signale von einer einzigen Synapse. Auch erregende und hemmende Potentiale werden miteinander verrechnet: Überwiegen die EPSPs, entsteht ein Aktionspotential, überwiegen die IPSPs, wird die Zelle gehemmt.

Synapsengifte sind Substanzen, die diese fein abgestimmten Prozesse empfindlich stören können. Sie wirken an verschiedenen Stellen der Synapse:

• An der Präsynapse können sie die Calciumkanäle beeinflussen (Latrotoxin), die Exozytose hemmen (Botulinumtoxin) oder die Wiederaufnahme von Neurotransmittern blockieren (Kokain)
• Im synaptischen Spalt können sie die Enzyme hemmen, die Neurotransmitter abbauen (E605)
• An der Postsynapse können sie Rezeptoren blockieren oder aktivieren (Curare, Atropin)

⚠️ Achtung: Viele Drogen, Medikamente und Gifte wirken über die Beeinflussung synaptischer Übertragung. Bei einer kompetitiven Hemmung konkurriert das Gift mit dem natürlichen Neurotransmitter um die Bindungsstelle.