NEURONALE SYNAPSE: STRUKTUR, TYPEN UND FUNKTIONSWEISE - GEOGRAFÍA - 2025

Die neuronale Synapse besteht aus der Vereinigung der Endknöpfe zweier Neuronen, um Informationen zu übertragen. In diesem Zusammenhang sendet ein Neuron die Nachricht, während ein Teil des anderen sie empfängt.

Daher erfolgt die Kommunikation normalerweise in einer Richtung: vom Endknopf eines Neurons oder einer Zelle zur Membran der anderen Zelle, obwohl es einige Ausnahmen gibt. Ein einzelnes Neuron kann Informationen von Hunderten von Neuronen empfangen.

Teile eines Neurons. Quelle: Julia Anavel malte Cordova / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Jedes einzelne Neuron empfängt Informationen von den Endknöpfen anderer Nervenzellen, und die Endknöpfe der letzteren synchronisieren wiederum mit anderen Neuronen.

Hauptkonzepte

Der Endknopf ist definiert als eine kleine Verdickung am Ende eines Axons, die Informationen an die Synapse sendet. Während ein Axon eine Art länglicher und dünner "Draht" ist, der Nachrichten vom Kern des Neurons zu seinem Endknopf transportiert.

Die Endknöpfe von Nervenzellen können mit der Membran des Somas oder der Dendriten synapsen.

Schema eines Neurons

Das Soma oder der Zellkörper enthält den Kern des Neurons; Es verfügt über Mechanismen, die die Wartung der Zelle ermöglichen. Stattdessen sind Dendriten baumartige Zweige des Neurons, die vom Soma ausgehen.

Wenn sich ein Aktionspotential durch das Axon eines Neurons bewegt, setzen die Terminalknöpfe Chemikalien frei. Diese Substanzen können anregende oder hemmende Wirkungen auf die Neuronen haben, mit denen sie verbunden sind. Am Ende des gesamten Prozesses führen die Auswirkungen dieser Synapsen zu unserem Verhalten.

Ein Aktionspotential ist das Produkt von Kommunikationsprozessen innerhalb eines Neurons. Darin gibt es eine Reihe von Veränderungen in der Axonmembran, die die Freisetzung chemischer Substanzen oder Neurotransmitter verursachen.

Neuronen tauschen Neurotransmitter an ihren Synapsen aus, um sich gegenseitig Informationen zu senden.

Struktur der neuronalen Synapse

Synaptischer Übertragungsprozess in Neuronen

Neuronen kommunizieren über Synapsen und Nachrichten werden durch die Freisetzung von Neurotransmittern übertragen. Diese Chemikalien diffundieren in den Flüssigkeitsraum zwischen den Anschlussknöpfen und den Membranen, die Synapsen bilden.

Presynaptisches Neruon

Das Neuron, das über seinen Endknopf Neurotransmitter freisetzt, wird als präsynaptisches Neuron bezeichnet. Während derjenige, der die Informationen empfängt, das postsynaptische Neuron ist.

Presynaptisches Neuron (oben) und postsynaptisches Neuron (unten). Der präsynaptische Raum liegt zwischen den beiden

Wenn letzterer Neurotransmitter einfängt, entstehen sogenannte synaptische Potentiale. Das heißt, es handelt sich um Veränderungen des Membranpotentials des postsynaptischen Neurons.

Um zu kommunizieren, müssen Zellen Chemikalien (Neurotransmitter) absondern, die von spezialisierten Rezeptoren nachgewiesen werden. Diese Rezeptoren bestehen aus spezialisierten Proteinmolekülen.

Diese Phänomene unterscheiden sich einfach durch den Abstand zwischen dem Neuron, das die Substanz freisetzt, und den Rezeptoren, die sie einfangen.

Postsynaptisches Neuron

Somit werden Neurotransmitter durch die Endknöpfe des präsynaptischen Neurons freigesetzt und durch Rezeptoren auf der Membran des postsynaptischen Neurons nachgewiesen. Beide Neuronen müssen sich in unmittelbarer Nähe befinden, damit diese Übertragung stattfinden kann.

Synaptischer Raum

Im Gegensatz zu dem, was man denken könnte, verbinden sich Neuronen, die chemische Synapsen bilden, physikalisch nicht. Tatsächlich gibt es zwischen ihnen einen Raum, der als synaptischer Raum oder synaptische Spalte bekannt ist.

Dieser Raum scheint von Synapse zu Synapse zu variieren, ist aber im Allgemeinen etwa 20 Nanometer breit. In der synaptischen Spalte befindet sich ein Filamentnetzwerk, das die prä- und postsynaptischen Neuronen ausgerichtet hält.

Aktionspotential

A. Schematische Darstellung eines idealen Aktionspotentials. B. Reale Aufzeichnung eines Aktionspotentials. Quelle: de: Memenen / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Damit ein Informationsaustausch zwischen zwei Neuronen oder neuronalen Synapsen stattfinden kann, muss zuerst ein Aktionspotential auftreten.

Dieses Phänomen tritt in dem Neuron auf, das die Signale sendet. Die Membran dieser Zelle ist elektrisch geladen. In Wirklichkeit sind die Membranen aller Zellen in unserem Körper elektrisch geladen, aber nur Axone können Aktionspotentiale auslösen.

Die Differenz zwischen dem elektrischen Potential innerhalb und außerhalb des Neurons wird als Membranpotential bezeichnet.

Diese elektrischen Veränderungen zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Neurons werden durch vorhandene Ionenkonzentrationen wie Natrium und Kalium vermittelt.

Bei einer sehr schnellen Umkehrung des Membranpotentials tritt ein Aktionspotential auf. Es besteht aus einem kurzen elektrischen Impuls, den das Axon vom Soma oder Kern des Neurons zu den Endknöpfen leitet.

Es sollte hinzugefügt werden, dass das Membranpotential eine bestimmte Anregungsschwelle überschreiten muss, damit das Aktionspotential auftritt. Dieser elektrische Impuls wird in chemische Signale umgewandelt, die über den Anschlussknopf abgegeben werden.

Wie funktioniert eine Synapse?

Multipolares Neuron. Quelle: BruceBlaus

Neuronen enthalten Säcke, die als synaptische Vesikel bezeichnet werden und groß oder klein sein können. Alle Endknöpfe haben kleine Vesikel, in denen sich Neurotransmittermoleküle befinden.

Vesikel werden in einem Mechanismus produziert, der sich im Soma befindet und als Golgi-Apparat bezeichnet wird. Sie werden dann in die Nähe des Terminalknopfes transportiert. Sie können jedoch auch auf dem Anschlussknopf aus "recyceltem" Material hergestellt werden.

Wenn ein Aktionspotential entlang des Axons gesendet wird, tritt eine Depolarisation (Anregung) der präsynaptischen Zelle auf. Infolgedessen werden die Kalziumkanäle des Neurons geöffnet, so dass Kalziumionen in das Neuron eindringen können.

Nach dem Eintreffen des Aktionspotentials depolarisiert das präsynaptische Neuron und die Kalziumkanäle öffnen sich und treten in die Ionen ein

Diese Ionen binden an Moleküle auf den Membranen der synaptischen Vesikel, die sich auf dem Endknopf befinden. Diese Membran bricht und verschmilzt mit der Membran des Anschlussknopfes. Dies bewirkt die Freisetzung des Neurotransmitters in den synaptischen Raum.

Das Zytoplasma der Zelle fängt die verbleibenden Membranstücke ein und transportiert sie zu den Zisternen. Dort werden sie recycelt und bilden mit ihnen neue synaptische Vesikel.

Freisetzung von Neurotransmittern aus dem präsynaptischen Neuron und Bindung an Rezeptoren auf dem postsynaptischen Neuron

Das postsynaptische Neuron hat Rezeptoren, die Substanzen einfangen, die sich im synaptischen Raum befinden. Diese sind als postsynaptische Rezeptoren bekannt und bewirken bei Aktivierung, dass sich die Ionenkanäle öffnen.

Illustration der chemischen Synapse. Wenn genügend Natriumkanäle geöffnet sind, depolarisiert die postsynaptische Zelle und das Aktionspotential setzt sich durch das Neuron fort.

Wenn sich diese Kanäle öffnen, gelangen bestimmte Substanzen in das Neuron und verursachen ein postsynaptisches Potential. Dies kann abhängig von der Art des geöffneten Ionenkanals anregende oder hemmende Wirkungen auf die Zelle haben.

Normalerweise treten exzitatorische postsynaptische Potentiale auf, wenn Natrium in die Nervenzelle eindringt. Während die Inhibitoren durch den Austritt von Kalium oder den Eintritt von Chlor produziert werden.

Der Eintritt von Kalzium in das Neuron verursacht exzitatorische postsynaptische Potentiale, aktiviert jedoch auch spezialisierte Enzyme, die physiologische Veränderungen in dieser Zelle hervorrufen. Zum Beispiel löst es die Verschiebung von synaptischen Vesikeln und die Freisetzung von Neurotransmittern aus.

Es erleichtert auch strukturelle Veränderungen im Neuron nach dem Lernen.

Synapsenvervollständigung

Postsynaptische Potentiale sind normalerweise sehr kurz und enden durch spezielle Mechanismen.

Eine davon ist die Inaktivierung von Acetylcholin durch ein Enzym namens Acetylcholinesterase. Neurotransmittermoleküle werden durch Wiederaufnahme oder Reabsorption durch Transporter, die sich auf der präsynaptischen Membran befinden, aus dem synaptischen Raum entfernt.

Somit haben sowohl präsynaptische als auch postsynaptische Neuronen Rezeptoren, die das Vorhandensein von Chemikalien in ihrer Umgebung erfassen.

Es gibt präsynaptische Rezeptoren, sogenannte Autorezeptoren, die die Menge an Neurotransmitter steuern, die das Neuron freisetzt oder synthetisiert.

Synapsenarten

Elektrische Synapsen

Abbildung einer elektrischen Synapse. Aktionspotential wird geschätzt

In ihnen findet eine elektrische Neurotransmission statt. Die beiden Neuronen sind physikalisch durch Proteinstrukturen verbunden, die als "Gap Junctions" oder "Gap Junction" bekannt sind.

Diese Strukturen ermöglichen es, dass Änderungen der elektrischen Eigenschaften eines Neurons das andere direkt beeinflussen und umgekehrt. Auf diese Weise würden die beiden Neuronen so tun, als wären sie eins.

Chemische Synapsen

Schema einer chemischen Synapse. Quelle: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com)

Die chemische Neurotransmission erfolgt an chemischen Synapsen. Prä- und postsynaptische Neuronen sind durch den synaptischen Raum getrennt. Ein Aktionspotential im präsynaptischen Neuron würde die Freisetzung von Neurotransmittern verursachen.

Diese erreichen die synaptische Spalte und stehen zur Verfügung, um ihre Wirkung auf postsynaptische Neuronen auszuüben.

Erregende Synapsen

Ein Beispiel für eine exzitatorische neuronale Synapse wäre der Entzugsreflex beim Ausbrennen. Ein sensorisches Neuron würde das heiße Objekt erkennen, da es seine Dendriten stimulieren würde.

Dieses Neuron würde Nachrichten über sein Axon an seine Endknöpfe senden, die sich im Rückenmark befinden. Die Endknöpfe des sensorischen Neurons würden Chemikalien freisetzen, die als Neurotransmitter bekannt sind und das Neuron anregen würden, mit dem es synaptisiert. Insbesondere für ein Interneuron (das zwischen sensorischen und motorischen Neuronen vermittelt).

Dies würde dazu führen, dass das Interneuron Informationen entlang seines Axons sendet. Die Endknöpfe des Interneurons sezernieren wiederum Neurotransmitter, die das Motoneuron anregen.

Diese Art von Neuron würde Nachrichten entlang seines Axons senden, das sich an einen Nerv bindet, um den Zielmuskel zu erreichen. Sobald Neurotransmitter von den Endknöpfen des Motoneurons freigesetzt werden, ziehen sich die Muskelzellen zusammen, um sich vom heißen Objekt zu entfernen.

Inhibitorische Synapsen

Diese Art der Synapse ist etwas komplizierter. Im folgenden Beispiel wird Folgendes angegeben: Stellen Sie sich vor, Sie nehmen ein sehr heißes Tablett aus dem Ofen. Sie tragen Fäustlinge, um sich nicht zu verbrennen. Sie sind jedoch etwas dünn und werden von der Hitze überwunden. Anstatt das Tablett auf den Boden fallen zu lassen, versuchen Sie, der Hitze etwas zu widerstehen, bis Sie es auf eine Oberfläche stellen.

Die Rückzugsreaktion unseres Körpers auf einen schmerzhaften Reiz hätte uns dazu gebracht, das Objekt loszulassen, obwohl wir diesen Impuls kontrolliert haben. Wie entsteht dieses Phänomen?

Die von der Schale kommende Wärme wird wahrgenommen und erhöht die Aktivität der exzitatorischen Synapsen auf den Motoneuronen (wie im vorherigen Abschnitt erläutert). Dieser Erregung wird jedoch durch eine Hemmung entgegengewirkt, die von einer anderen Struktur ausgeht: unserem Gehirn.

Es werden Informationen gesendet, die darauf hinweisen, dass es eine Katastrophe sein kann, wenn wir das Fach fallen lassen. Daher werden Nachrichten an das Rückenmark gesendet, die den Rückzugsreflex verhindern.

Dazu erreicht ein Axon eines Neurons im Gehirn das Rückenmark, wo seine Endknöpfe mit einem hemmenden Interneuron synchronisieren. Es sezerniert einen inhibitorischen Neurotransmitter, der die Aktivität des Motoneurons reduziert und den Entzugsreflex blockiert.

Wichtig ist, dass dies nur Beispiele sind. Die Prozesse sind wirklich komplexer (insbesondere die hemmenden), an denen Tausende von Neuronen beteiligt sind.

Synapsenklassen nach den Orten, an denen sie auftreten

- Axodendritische Synapsen: Bei diesem Typ verbindet sich der Anschlussknopf mit der Oberfläche eines Dendriten. Oder mit dendritischen Stacheln, bei denen es sich um kleine Vorsprünge handelt, die sich in einigen Arten von Neuronen auf den Dendriten befinden.

- Axosomatische Synapsen: In diesen synchronisiert sich der Endknopf mit dem Soma oder dem Kern des Neurons.

- Axoaxonische Synapsen : Der Endknopf der präsynaptischen Zelle verbindet sich mit dem Axon der postsynaptischen Zelle. Diese Arten von Synapsen funktionieren anders als die beiden anderen. Seine Funktion besteht darin, die Menge an Neurotransmitter zu verringern oder zu erhöhen, die von der Terminaltaste freigesetzt wird. Somit fördert oder hemmt es die Aktivität des präsynaptischen Neurons.

Es wurden auch dendrodendritische Synapsen gefunden, aber ihre genaue Rolle bei der neuronalen Kommunikation ist derzeit nicht bekannt.

An der neuronalen Synapse freigesetzte Substanzen

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