Synaptische Erregung und Hemmung

Synaptische Erregung und Hemmung
Infos aus Rezeptorsystemen laufen ins Rückenmark ein:
Infos  Aktionspotentiale werden über Synapsen an die Neuronen übertragen
- direkte Übertragung: elektrische Synapsen
- Übertragung durch Freisetzung von Transmittern: chemische Synapsen
- an jeder Zelle/ jedem Dendriten enden viele Synapsen  Verrechnung von Infos
- excitatorische und inhibitorische Synapsen
Bsp. für eine chemische Synapse: die neuromuskuläre Endplatte
 Übertragung von motorischen Nerven auf Muskelfaser (jeweils nur 1 Synapse)
präsynaptisches AP  Transmitterfreisetzung durch Exocytose Endplattenpotential: hier
immer überschwellig  fortgeleitetes AP  Muskelkontraktion
Wirkung des Transmitters:
Verbindung mit Kanalproteinen (Rezeptoren) in der subsynaptischen Membran (RezeptorTransmitter-Komplex)  Öffnung des Kanalproteins für Na+ und K+
 Nettoeinstrom von Na+  Depolarisation
 postsynaptisches Potential
 enzymatische Spaltung des Transmitters (bei Ach durch Ach-Esterase)
 Schließung des Ionenkanals
 aktiver Rücktransport der Spaltprodukte in den synaptischen Endknopf  Resynthese
- im Ruhezustand: Miniatur-Endplattenpotentiale
- Endplattenpotentiale sind aus vielen Mini-EPPs zusammengesetzt (Quantenhypothese)
 durch Depolarisation der Membran (präsynaptisches AP) und dadurch ausgelösten Ca++Einstrom steigt die Wahrscheinlichkeit der Transmitterfreisetzung steil an
zentrale chemische Synapsen
zentrale Neurone besitzen bis zu einigen tausend Synapsen, deren postsynaptische Potentiale
immer unterschwellig sind
EPSP excitatorisches postsynaptisches Potential
- beruht analog zum EPP auf kurzzeitiger Leitfähigkeitserhöhung für kleine Kationen durch
Transmitter, wird aber nur durch Aktivierung mehrerer Synapsen ausgelöst;
Überträgersubstanz ist wahrscheinlich Glutamat
 direkt ligandengesteuerte Ionenkanäle
Eiweißmoleküle ändern nach Bindungihres Liganden (ACh/ Glutamat) ihre Konformation
 Öffnung von Ionenkanälen (Desensitisierung bei hohen Transmitterkonzentrationen)
 indirekt ligandengesteuerte Ionenkanäle
postsynaptische Rezeptorenaktivieren nach Bindung ihres Liganden ein G-Protein an der
Membraninnenseite  dieses öffnet selbst Ionenkanäle oder wirkt über sekundäre
Botenstoffe auf Membrankanäle
Bsp. für „second-messenger-System“: ACh-Rezeptor an den Herzmuskelzellen (Vorhof)
bindet ACh  aktiviert G-Protein  gibt
Untereinheit ab diffundiert zu K+-Kanal und öffnet
ihn
Einzelne EPSPs sind unterschwellig
 zeitliche Summation (zeitliche Bahnung): hohe Frequenz einlaufender APs bewirkt kurz
hintereinander Transmitterausschüttung, so dass neue
EPSPs ausgelöst werden, bevor das vorhergehende
zurückgegangen ist; diese summieren sich zu einer
überschwelligen Erregung.
 räumliche Summation: gleichzeitige Bildung von EPSPs an mehreren Synapsen
Beide Vorgänge führen zur Bildung eines Aktionspotentials am Axonhügel (Übergang vom
Axon zum Soma). Hier ist die Schwelle niedriger, weil mehr Na+-Kanäle vorhanden sind.
IPSP inibitorisches postsynaptisches Potential
- Herabsetzung der Erregbarkeit der subsynaptischen Membran durch
- Hyperpolarisation, spiegelbildlich zum EPSP, ausgelöst durch starke Erhöhung der
Leitfähigkeit für K+ (Ausstrom) und Cl- (Einstrom)  Entfernung von der Schwelle
Hemmtransmitter sind v.a. Glycin (Aminosäure) und GABA (Gammaaminobuttersäure)
Hemmende Synapsen können durch Strychnin (kompetitive Verdrängung der
Überträgersubstanz von der subsynaptischen Membran) oder Tetanustoxin (das
wahrscheinlich die Transmitterfreisetzung) blockiert werden, was zu tödlichen Krämpfen
führen kann.
Ob Transmitter excitatorisch oder inhibitorisch wirken, hängt davon ab, welche Ionenkanäle
bei der Rezeptor-Transmitter-Komplexbildung geöffnet werden (d.h. von der Art der
pharmakologischen Rezeptoren)
 Bsp.: ACh wirkt an der Arbeitsmuskulatur der Skelettmuskeln erregend, am Herzen
hemmend
Wenn erregende und hemmende Synapsen gleichzeitig erregt werden, werden die EPSPs
und IPSPs verrechnet.
Reziproke Synapsen: Neuron A wird erregt, schüttet excitatorischen Transmitter aus bzw.
Transmitter, der mit Rezeptor EPSP auslöst  Erregung von Neuron
B  Ausschüttung von Transmitter, der Neuron A hemmt.
Wenn mehr als 2 Zellen beteiligt sind, spricht man von komplexen Synapsen.
Präsynaptische Hemmung
Axon 2 setzt Hemmtransmitter (GABA) frei, was zur Dauerdepolarisation von Axon 1 führt.
Da hierbei NA+-Kanäle „verbraucht“ werden, verringert sich die Amplitude des
präsynaptischen APs. Der syaptische Endknopf von Axon 1 setzt nun weniger Transmitter
frei, wodurch das EPSP verringert wird, da weniger Membranrezeptoren besetzt werden.
Wichtige Transmitter
Früher: Annahme, dass ein Neuron an allen Collateralen denselben Transmietter freisetzt
(Dale’sches Prinzip)  heute umstritten bzw. widerlegt
 Acetylcholin (ACh)
- Wirkung: Skelettmuskel +, Herzmuskel - Synthese aus Choli und Essigsäure in der präsynaptischenEndigung
- Transmitter der Motoneurone, verschiedener Synapsen im autonomen Nervensystem und
von ca. 10 % der Synapsen im ZNS
- Wirkung (Angriffspunkte) von Pharmaka/ Giften:
 Blockierung der Fortleitung der Erregung in die präsynaptische Endigung am Axon
durch Lokalanästhesie; Tetrodotoxin (TTX)
 präsynaptische Hemmung (GABA) durch Alkaloide (Nachtschattengewächse,
Tollkirsche)
 Hemmung/ Verhinderung der Transmitterfreisetzung durch Tetanustoxin (bei
hemmenden Synapsen) oder Botulinustoxin (verdorbene Speisen)
 am subsynaptischen ACh-Rezeptor:
- irreversible blockierende Bindung durch -Bungarotoxin (Schlangengift)
- kompetitive Verdrängung des ACh durch Curare (Pfeilgift)
 verlängerte subsynaptische Depolarisation  Rezeptordesensitisierung
(Depolarisationsbock?) durch Succinylcholin
 ACh-Esterase-Hemmung  Depolarisationsblock durch Ebos (Pflanzengift),
Nervengase
 Hemmung des Rücktransports von Trnasmitterspaltprodukten z.B. durch Hemicholin
 Aminosäuren
- Glutamat: verbreitetster erregender Transmitter im ZNS
Wirkung: + ZNS „lernen“; + NA (K); - K, Cl
-GABA: verbreitetster hemmender Transmitter im ZNS  präsynaptische Hemmung
-Glycin: postsynaptische Hemmung (Motoneuron); spezifischer Antagonist1: Strychnin
 Monoamine
- Dopamin: Parkinson , Schizophrenie 
- Noradrenalin zentral und peripher
- Adrenalin
+ oder - Serotonin: + und -
Katecholamine
 Peptide: „Neuromodulatoren“
beeinflussen Intensität und Dauer der „klassischen“ Transmitter, z.B. Enkephaline
(Morphinrezeptoren): Schmerz 
elektrische Synapsen (selten)
direkte elektrische Erregungsübertragung in Regionen engsten Kontakts zwischen 2 Neuronen
(Nexus, gap junction) mit speziellen Kanalproteinen
(Konnexone)
1
Agonist: wirkt wie Transmitter
Antagonist: bindet an Rezeptoren, ohne die Leitfähigkeit zu ändern