Neurotransmitter: Arten und Funktionsweise

· 11. Oktober 2018

Wir haben alle schon einmal davon gehört, dass Nervenzellen durch elektrische Impulse miteinander kommunizieren. Es stimmt auch, dass einige der Synapsen rein elektrisch funktionieren. Jedoch sind es chemische Elemente, welche die meisten dieser Verbindungen vermitteln. Diese Substanzen werden Neurotransmitter genannt. Die Neuronen sind dank ihnen in der Lage, zu kognitiven Funktionen wie Wahrnehmung, Erinnerung und Lernen  beizutragen.

Neuronale Synapsen nutzen mehr als ein Dutzend Neurotransmitter. Wir haben inzwischen jede Menge über die Funktionsweise der Neurotransmission gelernt, was zu wesentlichen Verbesserungen im Verständnis um die Wirkung von Psychopharmaka beitrug. Die bekanntesten Neurotransmitter sind: Acetylcholin, GABA, Glutamat, Dopamin, Noradrenalin und Serotonin.

In diesem Artikel werden wir zwei Aspekte beleuchten, um die Prinzipien der Neurotransmission besser zu verstehen: Zunächst werden wir die verschiedenen Möglichkeiten kennenlernen, welche den Neurotransmittern zur Verfügung stehen, um die Synapse zu beeinflussen. Zweitens werden wir über die Signaltransduktionskaskade sprechen, in der Neurotransmitter arbeiten.

Miteinander verbundene Neuronen

Wirkungsweise von Neurotransmittern

Die Hauptfunktion von Neurotransmittern besteht darin, die über die Synapse übertragene Botschaft zu modulieren. Das macht sie komplexer als simple elektrische Verbindungen, was wiederum zu mehr Möglichkeiten führt. Viele Funktionen des Nervensystems könnten nicht erfüllt werden, wenn Neurotransmitter nicht existieren und unsere Neuronen sich wie einfache Drähte verhalten würden.

Die Art und Weise, wie Neurotransmitter Neuronen beeinflussen, ist nicht immer gleich. In der Regel aber bewirken sie einen von zwei Effekten:

  • Ionenkanäle: Unterschiede in der Konzentration geladener Teilchen zwischen dem Äußeren und dem Inneren des Neurons erzeugen einen elektrischen Gradienten. Die Bewegung von Ionen, elektrisch geladenen Teilchen, bewirkt, dass das Differential zu- oder abnimmt und damit näher an die Aktivierungsschwelle des Neurons rückt oder sich von dieser entfernt. Einige Neurotransmitter haben deshalb die Funktion, an Ionenkanäle zu binden, die in der Neuronenmembran zu finden sind. Wenn sie das tun, öffnen oder schließen sie diesen Kanal und erlauben damit die eben erwähnte Ionenbewegung über die Membran hinweg.
  • Metabotroper Rezeptor: Dies ist eine komplexere Modulation. Hier bindet der Neurotransmitter an einen anderen Typ Rezeptor, der sich ebenfalls in der Membran des Neurons befindet. Dieser Rezeptor ist also kein Kanal, der sich öffnet oder schließt; stattdessen führt seine Aktivierung zur Synthese eines sogenannten „zweiten Botenstoffes“ innerhalb des Neurons. Im nächsten Abschnitt werden wir diese Art der Neurotransmission näher betrachten.

Eine Synapse als Verbindung im Gehirn

Die Signaltransduktionskaskade

Die Signaltransduktionskaskade ist der Prozess, über den der Neurotransmitter den Zustand eines Neurons moduliert. In diesem Abschnitt werden wir uns auf die Funktion jener Neurotransmitter konzentrieren, die dies über metabotrope Rezeptoren tun, da dies der gebräuchlichste Weg ist, auf dem sie arbeiten.

Der Prozess besteht aus vier verschiedenen Phasen:

  • Der erste Botenstoff oder Neurotransmitter: Zunächst bindet der Neurotransmitter an den metabotropen Rezeptor und verändert seine Konfiguration, sodass er nun wie ein Schlüssel zum Schloss zu einer Substanz namens G-Protein passt. Die Verbindung des Rezeptors mit dem G-Protein findet im Zellinneren statt. Sie induziert die Aktivierung eines Enzyms auf der inneren Seite der Membran, was dann die Freisetzung des zweiten Botenstoffs verursacht.
  • Der zweite Botenstoff: Der zweite Botenstoff wird von dem mit dem G-Protein verbundenen Enzym freigesetzt. Seine Aufgabe besteht darin, das Neuron zu durchqueren, bis es eine Kinase oder Phosphatase findet. Auch sie sind Enzyme. Sie werden aktiviert, wenn der zweite Botenstoff an sie bindet.
  • Der dritte Botenstoff, die Kinase oder Phosphatase: Obwohl das Prinzip dasselbe ist, können durch die Aktivierung von Kinase oder Phosphatase ganz verschiedene Effekte ausgelöst werden. Die Begegnung mit einer Kinase führt dazu, dass eine Phosphorylierung stattfindet. Wenn jedoch der zweite Botenstoff auf eine Phosphatase trifft, hat dies den gegenteiligen Effekt: Phosphatreste werden vom Substrat abgespalten. Das Substrat von Kinase und Phosphatase kann, muss aber nicht dieselbe Substanz sein.
  • Der Effekt: Die Phosphorylierung oder Dephosphorylierung von Proteinen kann beispielsweise die Expression von Genen beeinflussen. So mögen sogenannte Transkriptionsfaktoren nur in einer der beiden Formen aktiv sein und die Synthese bestimmter Proteine anregen oder hemmen. Diese wiederum sind in der Regel in zahlreiche weitere Signalkaskaden eingebunden, die entsprechend ausgelöst oder gebremst werden, was zu einem extrem komplexen Netzwerk der intrazellulären Kommunikation führt.

Axon und Schnürringe

Neurotransmitter sind sehr wichtige Chemikalien in unserem Nervensystem. Sie sind zuständig für die Modulation und Übertragung von Informationen zwischen den verschiedenen Zellen – nicht nur den Neuronen. Auch können ihre Effekte auf die Nervenzellen von einigen Sekunden bis zu Monaten oder sogar Jahren andauern. Dank der Forschung können wir die Zusammenhänge zwischen komplexen kognitiven Prozesse immer besser verstehen.