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3.2 Synapsen – Rezeptoren – Wirkungen von Rezeptorbesetzung
3.2 Synapsen – Rezeptoren –
Wirkungen von Rezeptorbesetzung
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Struktur von Synapsen. Als Synapse bezeichnet man die Verbindung einer Nervenzelle mit
einer anderen Zelle, z. B. einem weiteren Neuron. Die Endknöpfchen des ersten legen sich an
der Membran eines zweiten (postsynaptischen)
Neurons an; dies geschieht zumeist an dessen
Dendriten (axodendritische Synapsen), seltener am Körper des Neurons (axosomatische
Synapsen) oder an seinem Axon nahe der Endknöpfchen (axoaxonale Synapsen); letztere bilden die anatomische Grundlage der präsynaptischen Hemmung.
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Allgemeines zur synaptischen Übertragung,
zu Rezeptoren und Ionenkanälen. Bei den hier
allein betrachteten chemischen Synapsen ist
der Spalt zwischen der Membran des zuerst erregten (präsynaptischen) Neurons und der
postsynaptischen Nervenzelle so breit, dass die
elektrische Erregung nicht unmittelbar überspringen kann. Die Übertragung geschieht
chemisch mithilfe von Neurotransmittern
(kürzer: Transmitter; zu Deutsch Botenstoffe).
Diese werden im präsynaptischen Neuron
aufge­baut und in den Vesikeln der Endknöpfchen gespeichert. Kommt eine Erregung (das
Ak­tions­potenzial) dort an, so werden die Ve­
sikel nach vorne gestoßen und entleeren die
Moleküle in den synaptischen Spalt. Die frei­
gesetzten Botenstoffe diffundieren zu einem
gewissen Prozentsatz zur Membran des postsynaptischen Neurons, wo sie sich an Rezeptoren (genau auf die Art des Transmitters zugeschnittene Bindungsstellen) anlagern können.
Üblicherweise schüttet eine Nervenzelle nur
einen Typ von (niedrigmolekularem) Transmitter aus, und nur für diesen liegen an der
postsynaptischen Zellmembran passende Bindungsstellen bereit.
Diese Anlagerung ist ein sehr kurzfristiger
Vorgang; ausgesprochen irreführend ist die
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Vorstellung, dass Transmitter und Rezeptor
nun eine unlösliche Verbindung eingehen
würden, dass der Botenstoff vom Rezeptor regelrecht »verschluckt« würde. Der kurze Kontakt reicht jedoch aus für Veränderungen der
direkt benachbarten Zellmembran. Diese Rezeptoren kontrollieren nämlich Ionenkanäle,
Öffnungen in der Membran, durch die elek­
trisch geladene Teilchen nach innen oder außen
strömen können; die wichtigsten beweglichen
Ionen sind Na+, K+, Ca2+ und Cl–. Die dafür geeigneten Kanäle heißen entsprechend Natrium-,
Kalium-, Calcium- oder Chloridkanäle, wobei
es unter einer Synapse immer nur einen Typ
gibt, der von diesem einen dort vorhandenen
Rezeptortyp kontrolliert wird.
Rezeptoren, durch deren Besetzung sich Na+Kanäle und Ca 2+-Kanäle öffnen, sind erregend:
Die vornehmlich extrazellulär lokalisierten,
positiv geladenen Natrium- und Calciumionen
strömen dann ein und machen das negative
Zellinnere geringfügig weniger negativ (Depolarisation oder exzitatorisches postsynaptisches Potenzial = EPSP); die Erregbarkeit der
Zelle nimmt damit zu (daher die Bezeichnung
»erregend« für den zugehörigen Rezeptor)
Werden hingegen K+-Kanäle geöffnet, so können die vermehrt intrazellulär zu findenden
Kaliumionen ausströmen und das Zellinnere
wird noch stärker negativ (Hyperpolarisation,
inhibitorisches postsynaptisches Potenzial =
IPSP). Chloridionen befinden sich großteils
extra­zellulär; die Öffnung von Chloridkanälen
mit folgendem Einstrom führt daher ebenfalls
zur Hyperpolarisation. K+- und Cl–-Kanäle
kontrollierende Rezeptoren sind also hemmend.
Da an einer Synapse normalerweise nur ein
Typ von Rezeptor sitzt und dieser dann entweder erregend oder hemmend wirkt, gibt es erregende und hemmende Synapsen. Hingegen
gibt es typischerweise keine erregenden und
hemmenden Transmitter; viele sind an einer
Synapse erregend, an einer anderen hemmend.
Allerdings sind sämtliche bekannten Rezeptoren für Glutamat erregend (sie kontrollieren in
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3 Erregungsbild und -übertragung in Neuronen – ­Psychopharmakotherapie
aller Regel Calciumkanäle), sodass man Glu­
tamat als generell erregenden Transmitter
bezeich­
nen kann; Rezeptoren für GammaAmino­buttersäure (GABA) kontrollieren ausschließlich Chloridkanäle; GABA ist also ein
hemmender Transmitter.
■■Ionenkanal- und G-Protein-gekoppelte Re-
zeptoren. Rezeptoren können den Öffnungsgrad von Ionenkanälen auf zwei verschiedene
Arten kontrollieren. Seltener sind die Ionen­
kanal-gekoppelten oder ionotropen Rezeptoren, bei denen eine Andockung des Transmitters unmittelbar zur Öffnung des Kanals führt.
Bei den häufigeren G-Protein-gebundenen
(Second-Messenger-gekoppelten, metabotropen) Rezeptoren setzt nach Anlagerung des
Transmitters ein komplizierter chemischer
Prozess ein (auch als nachgeschaltete Signal­
transduktion bezeichnet). Es handelt sich um
eine Kettenreaktion (sogenannte Second-Messenger-Kaskade), deren letztes Produkt, der
Second Messenger, den Kanal öffnet; erster
Schritt ist immer die Abspaltung eines G-Proteins vom Rezeptor (daher der Name G-Pro­
tein-gebundener Rezeptor).
Verkürzt ist der Sachverhalt etwa so zu beschreiben: Das abgespaltene G-Protein aktiviert das
Enzym Adenylatcyclase (Adenylylcyclase), welches die Bildung von cAMP (zyklisches Adenosinmonophosphat) fördert. Dieses setzt den weiteren Prozess der nachgeschalteten Signal­trans­
!
Nervenzellen sind – als Folge der unterschiedlichen Durchlässigkeit ihrer Mem­
bran für einzelne Ionenarten – gegenüber
dem Extrazellulärraum im Ruhezustand
negativ geladen (Ruhepotenzial von etwa
–70 mV). Dieser Zustand wird jedoch laufend verändert, indem an den Synapsen als
Resultat der dort eintreffenden elektrischen Erregungen aus den Endknöpfchen
der präsynaptischen Zellen Transmitter
freigesetzt werden. Diese gehen kurzfristi-
duktion in Gang. cAMP wird wiederum durch
das Enzym Phosphodiesterase abgebaut; Phosphodiesterasehemmer (z. B. Sildenafil [Viagra ])
erhöhen die Wirkung der Rezep­tor­be­set­zung,
weil cAMP schlechter inaktiviert wird. Die zur
Phasenprophylaxe affektiver Störungen eingesetzten Lithiumsalze schwächen umgekehrt
durch Eingriff in die nachgeschaltete Signal­
trans­duk­tion die Wirkung von Rezeptorbesetzungen.
®
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Präsynaptische Autorezeptoren. Neben den
Rezeptoren der postsynaptischen Membran
gibt es präsynaptische Autorezeptoren, die an
der Membran des präsynaptischen Neurons
sitzen und auf den selbst ausgeschütteten
Transmitter ansprechen. Die Anzahl der besetzten Autorezeptoren gibt Rückmeldung
über die im synaptischen Spalt befindliche
Transmittermenge, sodass im Sinne einer
Rückkopplung die Produktion oder Ausschüttung von Transmittermolekülen verstärkt oder
vermindert werden kann. Werden präsynaptische Autorezeptoren mit Stoffen besetzt, die
dort keine Wirkung ausüben, können sich weniger Moleküle anlagern und das präsynaptische Neuron geht fälschlicherweise von einem
Transmittermangel im Spalt aus. Auf einer
Blockade präsynaptischer Autorezeptoren basiert teils die Wirkung von Antidepressiva, die
so indirekt die Konzentrationen von Serotonin
oder Noradrenalin im synaptischen Spalt erhöhen.
ge Verbindungen mit bestimmten, auf die
Transmitterart zugeschnittenen Eiweißkomplexen (den Rezeptoren) ein, worauf
sich (postsynaptisch) ein für den Rezep­
tor­typ charakteristischer (von ihm kon­
trol­lierter) Ionenkanal öffnet. In der Umgebung der Rezeptoren verändern sich
durch Ein- oder Ausströmen von Ionen
die Ladungsverhältnisse. Wird beispielsweise ein Calciumkanal geöffnet (wie an
bestimmten Glutamatrezeptoren), wan-

3.3 Transmitter
!
dern positiv geladene Calciumionen ins
Zellinnere und vermindern dort die Ne­
gativität (Depolarisation bzw. EPSP = ex­
zitato­risches postsynaptisches Potenzial).
An anderen Rezeptoren kann als Folge der
Ionenbewegungen eine Verstärkung der
Negativität (Hyperpolarisation) resultieren (IPSP = inhibitorisches postsynaptisches Potenzial); die von den zahllosen
Rezeptoren stammenden EPSPs und ­IPSPs
wandern längs der Membran zum Axonhügel, wo sie miteinander verrechnet werden. Ist die Depolarisation dort genügend
groß, kehren sich durch Einströmen von
positiven Natriumionen kurzzeitig die
Ladungs­
verhältnisse um (Aktionspotenzial = AP); dieses Aktionspotenzial wandert längs des Axons und seiner Kollateralen zu den Endknöpfchen (schnell und
sprunghaft in myelinisierten Axonen,
langsam und kontinuierlich in unmyelinisierten).
3.3Transmitter
3.3.1Allgemeines
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Überblick. Augenblicklich sind etwa 100 verschiedene Botenstoffe zwischen Nervenzellen
bekannt; man kann sie grob in zwei Klassen
einteilen:
hochmolekulare Neurotransmitter
niedrigmolekulare Neurotransmitter
•
•
Die der ersten Klasse sind aus mehreren Molekülen zusammengesetzt; ihre wichtigste Gruppe bilden die Peptidtransmitter, welche aus
aneinander geketteten Aminosäuren bestehen.
Dazu gehören u. a. die endogenen Opioide
– die bei der Schmerzkontrolle eine wichtige
Rolle spielen – sowie die ebenfalls im Schmerzsystem als Transmitter fungierende Substanz P
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Typischerweise setzen die Endknöpfchen
der präsynaptischen Neurone an den Den­
driten oder Perikaryen der postsynaptischen Zelle an (axodendritische und axosomatische Synapsen), teils auch am Ende der
Axone (axoaxonale Synapse; Grundlage der
präsynaptischen Hemmung). Neben den
postsynaptischen Rezeptoren sind Bindungsstellen am ausschüttenden Neuron zu
finden; diese Autorezeptoren registrieren
die Transmitterkonzentrationen im synaptischen Spalt und sind damit bei der Regelung der Ausschüttung von Bedeutung. Bei
den Rezeptoren unterscheidet man ionotrope, bei denen eine Besetzung unmittelbar
zur Öffnung des Ionenkanals führt, von
den häufigeren metabotropen oder G-Protein-gekoppelten. Bei letzteren setzt die Andockung der Transmitter einen komplizierten (pharmakologisch gut beeinflussbaren)
chemischen Prozess in Gang, der schließlich auf die Weitstellung des Kanals wirkt.
und das auch als zentralnervöser Transmitter
wirksame Cholecystokinin (welches zudem ein
Hormon im Verdauungstrakt ist).
Die niedrigmolekularen Transmitter bestehen
aus einem einzigen Molekül bzw. sind, wie
Acetylcholin, durch Verbindung zweier kleiner
Moleküle hervorgegangen. Sie werden folgendermaßen eingeteilt:
Aminosäuretransmitter (Glutamat, GABA,
Glycin)
Monoamintransmitter bzw. biogene Amine
(Serotonin, Dopamin, Noradrenalin und
das diesbezüglich weniger bedeutsame Adrenalin)
Acetylcholin (das eine eigene Kategorie bildet)
lösliche Gase
•
•
•
•
Die Transmitter innerhalb der einzelnen
Gruppen sind strukturell verwandt und wer-
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