Brecht VL 10- Synaptische Übertragung Flashcards
Synapsen Typen
Elektrisch
- Schnell, bidirektional
- Gap junctions (Connexine), Lidreflex
Chemisch
- Erregend/hemmend, unidirektional
- Ionotrop: NMDA, ACh
Metabotrop: muskatinischer ACh-Rezeptor
Skizzieren Sie die molekularen und zellulären Mechanismen chemischer synaptischer Transmission
Präsynapse (Axon):
- Ca2+-Kanäle öffnen sich, wenn Aktionspotential ankommt (Depolarisation)
- Transmitter wird in den synaptischen Spalt ausgeschüttet (Exozytose)
- Extrem schnelle Fusion vom Transmitter
Postsynapse (Dendrit):
- Rezeptoren je nach Art: ionotrop (Kanäle öffnen sich nach der Tranmittersbindung) oder
metabotrop (Auslösen von sekundären Botenstoffen - Signaltransduktion)
- Na+-Einstrom (positive Depolarisation) und Weiterleitung des Signals bei den ionotropen Rezeptoren
- Rezeptoren können auch exzikatorisch und inhibitorisch sein
Neuromodulatoren
- Chemische synaptische Übertragung erfolgt unidirektional von der prä- zur postsynaptischen Seite
- kann aber durch prä- oder postsynaptisch freigesetzte Cotransmitter (Cotransmission) bzw. Neuromodulatoren modifiziert werden (Dopamin, Serotonin, Acetylcholin)
- Dabei reagieren die Modulatoren wesentlich langsamer, als die extrem reaktionsfreudigen, schnellen Neurotransmitter → Sehr lange Wirkungsdauer
Transmitter - Quanthypothese
Der Überträgerstoff wird als Gesamtinhalt einzelner synaptischer Vesikel in definierten Mengen freigesetzt, die in einem Vielfachen der kleinsten Grundeinheit (Quantum) bestehen.
Chemischer Transmitter wird nicht gleichmäßig freigesetzt sondern in Paketen → Entdeckung von miniatur-postsynaptischen Signalen bestimmter Größe → diese Quantelung der Transmitterfreisetzung lässt sich über die Vesikelfusion erklären
Was ist die Rolle des Snarekomplexes?
- Entscheidend für Synapsenfunktion
- Proteinkomplex auf dem Vesikel und Membran
- Initiiert eine Fusion von Vesikeln mit Membran
- Tetanustoxin und Botulinumtoxin schneiden die Komplexe → Tetanus, Störung von Übertragung der Nervensignale
SNARE-Komplex Zusammensetzung
Präsynaptische Transmitterexocytose:
Der SNARE-Kernkomplex ist zusammengesetzt aus vier α-Helices der Proteine Synaptobrevin (in Vesikel), Syntaxin und SNAP-25 (an Membran). Synaptotagmin ist der Calciumsensor, der die SNARE-Interaktion reguliert (initiiert Fusion).
→ Proteinkomplexe in Vesikeln von eukaryotischen Zellen.
SNARE-Komplex -Vorgang
Sollen die Transmitter außerhalb der Zelle freigesetzt werden, muss das Vesikel mit der Membran fusionieren und eine Pore gebildet werden, durch die die Transmitter-Moleküle nach außen gelangen. Die Fusion und Öffnung des Vesikels wird von SNARE und anderen Proteinen (Myosin II) kontrolliert.
Angesiedelt auf der Vesikeloberfläche (v-SNARE = vesicle synaptosome-associated protein receptor) sowie dem Ziel-Organell (t-SNARE = target synaptosome-associated protein receptor) sorgen sie für das korrekte Eintreten von Fusionen, weil jedes Organell bzw. Vesikel eine spezifische SNARE-Komposition hat. Die Verschmelzung erfolgt auf molekularen Reiz hin (z. B. Erhöhung der Ca2+-Konzentration mit Synaptotagmin als Sensorprotein);
Die Rolle von Tetanustoxin und Botulinumtoxin (Snare)
Tetanustoxin und Botulinumtoxin (Botox) spielen eine Rolle bei der Blockade von Synapsen. Sie spalten SNARE-Proteine, wodurch die Vesikelfusion und somit die Transmitterfreisetzung verhindert wird.
Elektrische Synapsen- Flusskrebs
- laterale Riesenfaser- Motorisches Axon → vemittelt Fluchtreaktion
- elektrisches Signal ist schneller als chemisches
- geringer Wiederstand wie bei Tintenfisch
- Conexine
Riesensynapsen, die vor allem für das Fluchtverhalten von Bedeutung sind. Große elektrische Synapsen (gap junctions) im Flußkrebs, die von den Riesenfasern auf motorische Fasern übertragen und den Schwanzschlagreflex auslösen.
Synaptische Übertragung in Zahlen/Facts
Synaptische Übertragung ist eine fundamentale Eigenschaft des Nervensystems:
- Schnelligkeit,
- 100000000000000 Synapsen,
- Parallelle Verarbeitung,
- Informationsverarbeitung Elektrische Synapsen: bidrektional, schnell,
- Chemische Synapsen: Vorherrschend, Verstärkung, Erregung/Hemmung
Präsynaptische Aspekte- Warum so hochgradig kontrolliert ?
Von überragender Bedeutung!
Präsynaptische Aspekte- Wofür brauchen wie Synapsen?
Für die Reizweiterleitung
Motorische Endplatte
- die Synapse der motorischen Nervenfasern von Wirbeltieren
- die Verbindungsstellen zwischen den Axonen der motorischen Vorderhornzellen (Motoneurone) und den Skelett-Muskelfasern (Muskelinnervation, motorische Innervation)
- Übertragungsort für die von den Nervenfasern kommenden elektrischen Impulse
- Das Axonterminal liegt in einer Mulde der Muskelfaser, welche fingerförmige Einfaltungen der Membran aufweist, und wird von den Fortsätzen einer sogenannten terminalen Schwann-Zelle bedeckt
- Der synaptische Spalt zwischen Axolemm und gefaltetem Sarkolemm ist mit feinfaserigem Material aus der Basallamina (Basalmembran) der Muskelfaser ausgefüllt
- Die Übertragung des Signals auf den Muskel erfolgt chemisch über Acetylcholin → bindet an die nicotinischen Acetylcholinrezeptoren der postsynaptischen Membran und löst hier ein Rezeptorpotential aus, das sich entlang der Muskelzellmembran ausbreitet und zur Entstehung eines Aktionspotentials und damit zur Erregung der Muskelfaserführt.
Motorische Endplatten- Transmission in kürze
Transmission: 70 mv Postsynaptisches Potential
Aktivierung von etwa 200000 ACh- Kanälen
Myasthenia Gravis
- gehört zu einer Gruppe von neurologischen Erkrankungen, die durch eine gestörte Signalübertragung zwischen Nerv und Muskel gekennzeichnet sind, wodurch es zu einer hochgradigen Ermüdbarkeit der Muskulatur kommt, und als Störungen der neuromuskulären Erregungsübertragung oder als myasthene Syndrome zusammengefasst werden
- nichterbliche Autoimmunerkrankung, bei der eine Störung an der motorischen Endplatte der quergestreiften Muskulatur (Skelettmuskulatur) vorliegt, deren Ursache nicht völlig erforscht ist
- sind es Antikörper, die gegen Strukturen der postsynaptischen Membran im Bereich der neuromuskulären Endplatte gerichtet sind. Mit großem Abstand am häufigsten, in etwa 85 % der Fälle, sind Acetylcholinrezeptorantikörper nachweisbar, also Antikörper, die gegen den nikotinergen Acetylcholinrezeptor gerichtet sind
Wichtiger inhibitorischer Transmitter und dessen Rezeptor
GABA im ZNS
- GABAA-Rezeptor : Ionotrop, Cl--Kanal
- GABAB-Rezeptor: Metabotrop, präsynaptisch (Hemmung der Transmitter-Freisetzung) und postsynaptisch (IPSP)
- GABAc-Rezeptor: Ionotrop, gleich wie A-Typ; können aber durch Bicucullin nicht gehemmt werden
Glycin im ZNS
- GlyR: Ionotrop, Öffnung von ligandengesteuerten Chlorid-Kanälen und führt so zu einem inhibitorischen postsynaptischen Potential
- Ko-Agonist am NMDA-Rezeptor: erregend
Wichtiger exzitatorischer Transmitter und dessen Rezeptor
Glutamat im ZNS
speziell NMDA-Rezeptoren:
- Ionotrope Glutamat-Rezeptoren im ZNS. NMDA-Rezeptoren werden durch extrazelluläre Magnesiumionen geblockt und durch Glutamatbindung aktiviert. Man schreibt ihnen eine Funktion bei der Bildung von Gedächtnisinhalten über die sogenannte Long Term Potentiation (LTP) im Gehirn zu.
- NMDA-Rezeptoren wirken als Koinzidenzdetektoren. Nach einer Vordepolarisation kommt es zur Erhöhung der intrazellulären Calciumkonzentration, was wiederum neuroplastische Veränderungen (LTP) auslöst.
- Langzeit-Potenzierung (LTP) versteht man die Verstärkung der synaptischen Übertragung eines Neurons als Reaktion auf eine vermehrte Bildung von Aktionspotenzialen. Sie ist eine wichtige Grundlage für die synaptische Plastizität.
Was sind IPSP/EPSP?
Inhibitorische postsynaptische Potential (IPSP): Änderung des Membranpotentials an der postsynaptischen Membran von Nervenzellen, die dazu führt, dass die Erregung der Zelle durch Hyperpolarisation der Zellmembran an der Synapse gehemmt und das Auslösen von Aktionspotentialen durch exzitatorische postsynaptische Potentiale (EPSP) erschwert wird.
IPSP – inhibitorische Transmitter rufen entweder K+-Einstrom oder Cl–Einstrom in der postsynaptischen Zelle hervor → Hyperpolarisation → keine Erregung mehr möglich/sehr erschwert
Exzitatorische postsynaptische Potential (EPSP): Änderung des Membranpotentials an der postsynaptischen Membran von Nervenzellen, welche ein Aktionspotential im postsynaptischen Element auslöst oder zu dessen Auslösung beiträgt.
EPSP – exzitatorische Transmitter rufen Na+ und K+-Einstrom hervor → Depolarisation
Bei intrazellulärer Ableitung des Membranpotentials stellt sich das EPSP als Depolarisation der Somamembran infolge der passiven Ausbreitung und der Summation von Potentialen dar. Die Größe des EPSP ist nicht nur von der Menge des freigesetzten Transmitters, sondern auch von der vorherigen Größe des Membranpotentials abhängig
