Was ist der synaptische Spalt?

· 12. September 2018

Eine Synapse ist die Verbindung, die es zwei Neuronen ermöglicht, Informationen auszutauschen. Es ist dabei nicht etwa so, dass ein Nerv den anderen Nerv direkt berühre. Es gibt nämlich einen schmalen Spalt, den synaptischen Spalt, dazwischen. Dort materialisieren sich die Informationen. Aber was passiert genau im synaptischen Spalt? Wie funktioniert er? In diesem Artikel wollen wir diese Fragen erörtern.

An einer chemischen Synapse setzt das Neuron, das die Informationen weitergibt (präsynaptisch), einen Botenstoff frei. Hierbei handelt es sich um einen Neurotransmitter, der durch die präsynaptische Axonendigung in den synaptischen Spalt ausgeschüttet wird. Danach bindet das Empfängerneuron (postsynaptisch) den Neurotransmitter an seine Rezeptoren, was dem Empfang einer Nachricht gleichkommt.

Durch das Elektronenmikroskop konnten wir entdecken, dass die Kommunikation zwischen zwei Neuronen nicht voraussetzt, dass diese sich berühren, sondern dass es einen Spalt zwischen ihnen gibt, in den sie Neurotransmitter ausschütten. Jeder dieser Neurotransmitter beeinflusst die Funktion des Nervensystems auf seine eigene Weise.

Chemische Synapsen

Es gibt zwei Hauptformen von Synapsen: elektrische und chemische. Der Abstand zwischen präsynaptischen und postsynaptischen Neuronen ist bei chemischen Synapsen bedeutend größer als bei elektrischen, weshalb er hier den Namen synaptischer Spalt trägt. Von chemischen Synapsen wird gesprochen, weil chemische Stoffe, sogeannte Neurotransmitter, in den synaptischen Spalt ausgeschüttet werden und Informationen übertragen.  Diese Neurotransmitter aktivieren oder hemmen Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran und provozieren so die Depolarisation oder Hyperpolarisation des postsynaptischen Neurons.

Illustration einer Synapse

Die Vesikel in der präsynaptischen Axonendigung speichern Neurotransmitter. Wenn ein Handlungsaufruf, ein Aktionspotenzial, die Axonendigung erreicht und diese depolarisiert, öffnen sich deren Calcium-Kanäle. Calcium wiederum dringt in das Zytoplasma ein und setzt eine chemische Reaktion in Gang, die die Vesikel der Membran näherbringt und ihre Neurotransmitter ausschütten lässt.

Die Vesikel sind voller Neurotransmitter, die als Boten zwischen den kommunizierenden Neuronen fungieren. Einer der wichtigste Neurotransmitter des Nervensystems ist Acetylcholin. Es reguliert die Herztätigkeit und beeinflusst zudem verschiedene postsynaptische Ziele im zentralen und peripheren Nervensystem.

Eigenschaften von Neurotransmittern

Früher glaubte man, dass jedes Neuron nur einen bestimmten Neurotransmitter synthesieren oder ausschütten könne. Aber heute wissen wir, dass jedes Neuron zwei oder mehr Neurotransmitter freisetzen kann. Damit ein Stoff als Neurotransmitter gilt, muss Folgendes zutreffen:

  • Der Stoff muss in den Axonendigungen des präsynaptisches Neurons in Vesikeln gespeichert sein.
  • Es gibt ausreichend Enzyme in der präsynaptischen Zelle, um den Stoff zu synthesieren.
  • Der Neurotransmitter muss ausgeschüttet werden, wenn bestimmte Potenziale die Axonendigungen erreichen.
  • In der postsynaptischen Membran müssen Rezeptoren für den Stoff vorhanden sein. 
  • Die Ausschüttung des Stoffs bewirkt Veränderungen in postsynaptischen Potenzialen.
  • Es muss Deaktivierungsmechanismen geben.
  • Der Neurotransmitter muss das Prinzip der synaptischen Imitation erfüllen. Wir müssen die Aktion des Neurotransmitters in einer äußerlichen Anwendung des Stoffs reproduzieren können.
Neuronen

Neurotransmitter wirken auf ihr Ziel, indem sie mit ihm interagieren. Liganden sind Stoffe, die sich an die Rezeptoren binden und die drei Wirkungsweisen haben können:

  • Agonist: Aktiviert den Rezeptor.
  • Antagonist: Hemmt den Rezeptor. Er hält weitere Liganden davon ab, ihn zu aktivieren.
  • Inverser Agonist: Bindet an den Rezeptor und entfaltet eine aktiv hemmende Wirkung.

Neurotransmitter mögen als Agonisten, Antagonisten oder inverse Agonisten wirken.

Welche Neurotransmitter gibt es?

Im Gehirn umfasst die meiste synaptische Kommunikation vor allem zwei Botenstoffe. Der erste ist Glutamat, das aktivierend wirkt, und der zweite ist GABA, die eine hemmende Wirkung hat. Die übrigen Botenstoffe dienen in der Regel als Modulatoren. Das bedeutet, dass sie bei ihrer Ausschüttung Schaltkreise aktivieren oder hemmen, die für bestimmte Hirnfunktionen zuständig sind.

Jeder Neurotransmitter hat mindestens eine Funktion, wenn er in den synaptischen Spalt ausgeschüttet wird. Er bindet sich an einen bestimmten Rezeptor und kann sogar andere Neurotransmitter in ihrem Bindungsverhalten oder ihrer Konzentration beeinflussen, wobei er deren Wirkung entweder hemmt oder verstärkt. Wissenschaftler haben mehr als 100 verschiedene Arten von Neurotransmittern entdeckt. Die folgenden zählen zu den bekanntesten:

  • Acetylcholin
  • Serotonin
  • Dopamin
  • Epinephrin oder Adrenalin
  • Norepinephrin oder Noradrenalin
Bunte Kapseln

Synapsen und Medikation

Abgesehen von den Neurotransmittern, die in den synaptischen Spalt ausgeschüttet werden, gibt es exogene Stoffe, die dieselbe oder eine ähnliche Wirkung erzielen können. Unter „exogenen Stoffen“ verstehen wir Stoffe, die von außerhalb unseres Körpers kommen, wie Arzneimittel. Auch diese können eine aktivierend oder inhibitorische Wirkung erzielen. Sie können verschiedene Aspekte der chemischen Synapse beeinflussen:

  • Manche Stoffe wirken auf die Synthese der Botenstoffe. So kann man einen Vorläufer zur Verfügung stellen, um die Produktionsrate zu erhöhen. Ein solcher ist L-DOPA, eine Dopaminagonist.
  • Andere können die Speicherung und Ausschüttung von Botenstoffen beeinflussen. Zum Beispiel blockiert Reserpin die Speicherung von Monoaminen in den synaptischen Vesikeln. Anders ausgedrückt: Es fungiert als ein monoaminergener Antagonist. Amphetamine erhöhen die Freisetzung von Noradrenalin.
  • Manche Stoffe können auch die Rezeptoren beeinflussen. Sie binden sich an die Rezeptoren, um diese entweder zu aktivieren oder zu blockieren, manchmal unabhängig davon, was sonst noch im synaptischen Spalt passiert.
  • Manche können auch die Wiederaufnahme aus dem synaptischen Spalt oder den Abbau des Botenstoffes beeinflussen. Beides sind Mechanismen, um ein Signal zu beenden. So können exogene Stoffe die Präsenz des Botenstoffs im synaptischen Spalt verlängern, wie es zum Beispiel Kokain tut, oder verkürzen. Kokain verzögert die Wiederaufnahme von Noradrenalin.

Wenn man wiederholt mit einem bestimmten Medikament behandelt wird, kann das dessen Wirkung abschwächen. Das nennt man Toleranzentwicklung. Im Bezug auf Medikamente kann Toleranz zur Notwendigkeit einer Dosiserhöhung oder häufigeren Verabreichung führen, was wiederum das Risiko einer Überdosis erhöht.

Wir wir gesehen haben, findet im synaptischen Spalt ein Austausch von Informationen zwischen prä- und postsynaptischen Zellen statt, wobei Neurotransmitter, die unterschiedlich wirken, als Boten fungieren. Zusätzlich gibt es verschiedene Medikamente, die diesen komplizierten Mechanismus modulieren können.