Neuronale Synapsen: Struktur, Typen und Funktionsweise

Die neuronale Synapse besteht aus der Vereinigung der Endknöpfe zweier Neuronen mit dem Ziel der Informationsübertragung. Das Wort Synapse kommt vom griechischen Sunaptein, was "zusammengesetzt" bedeutet.

Bei der Synapse sendet ein Neuron die Nachricht, während ein Teil des anderen die Nachricht empfängt. Daher erfolgt die Kommunikation normalerweise in einer Richtung: vom Endknopf eines Neurons oder einer Zelle zur Membran der anderen Zelle. Obwohl es wahr ist, dass es einige Ausnahmen gibt.

Jedes einzelne Neuron erhält Informationen von den Endknöpfen anderer Nervenzellen. Und die Endknöpfe der letzteren wiederum synchronisieren sich mit anderen Neuronen.

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

Ein einzelnes Neuron kann Informationen von Hunderten von Neuronen empfangen, von denen jedes eine große Anzahl von Synapsen damit herstellen kann.

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

Das Soma oder der Zellkörper enthält den Kern des Neurons. Es hat Mechanismen, die es ermöglichen, die Zelle zu erhalten. Im Gegensatz dazu sind Dendriten Äste des Neurons, die einem Baum ähnlich sind, der vom Soma ausgeht.

Wenn sich ein Aktionspotential durch das Axon eines Neurons bewegt, setzen die Terminaltasten 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 von Chemikalien oder Neurotransmittern verursachen.

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

Spannende Synapsen

Ein Beispiel für exzitatorische neuronale Synapsen wäre der Rückzugsreflex beim Brennen. Ein sensorisches Neuron würde das heiße Objekt erkennen, da es seine Dendriten stimulieren würde.

Dieses Neuron sendet Nachrichten über sein Axon an seine Endknöpfe im Rückenmark. Die Endknöpfe des sensorischen Neurons setzen Chemikalien frei, die als Neurotransmitter bekannt sind und das Neuron anregen, mit dem die Synapsen verbunden sind.

Insbesondere zu einem Interneuron (das zwischen sensorischen und motorischen Neuronen vermittelt). Dies würde das Interneuron veranlassen, Informationen entlang seines Axons zu senden. Die Endknöpfe des Interneurons sezernieren wiederum Neurotransmitter, die das Motoneuron erregen.

Diese Art von Neuronen sendet Nachrichten entlang ihres Axons, das sich mit einem Nerv verbindet, um den Zielmuskel zu erreichen. Sobald die Neurotransmitter durch die Endknöpfe des Motoneurons freigegeben werden, ziehen sich die Muskelzellen zusammen, um sich von dem heißen Objekt zu entfernen.

Hemmende Synapsen

Diese Art der Synapse ist etwas komplizierter. Das folgende Beispiel zeigt dies: Stellen Sie sich vor, Sie nehmen ein sehr heißes Tablett aus dem Ofen. Sie tragen Handschuhe, um sich nicht zu verbrennen. Sie sind jedoch dünn und die Hitze beginnt, sie zu übersteigen. Versuchen Sie, das Tablett nicht zu Boden zu werfen, sondern die Hitze ein wenig abzustützen, bis es auf einer Oberfläche liegt.

Die Rückzugsreaktion unseres Organismus vor einem schmerzhaften Reiz hätte uns veranlasst, das Objekt freizugeben, obwohl wir diesen Impuls kontrolliert haben. Wie kommt es zu diesem Phänomen?

Die von der Schale kommende Wärme wird wahrgenommen, wodurch die Aktivität der erregenden Synapsen auf den Motoneuronen erhöht wird (wie im vorherigen Abschnitt erläutert). Dieser Aufregung wirkt jedoch die Hemmung entgegen, die von einer anderen Struktur ausgeht: unserem Gehirn.

Dadurch werden Informationen gesendet, die darauf hinweisen, dass ein Herunterfallen des Fachs ein Totalausfall sein kann. Daher werden Nachrichten an das Rückenmark gesendet, die den Rückzugsreflex verhindern.

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

Es ist wichtig zu beachten, dass dies nur Beispiele sind. Die Prozesse sind wirklich komplexer (insbesondere die hemmenden), da Tausende von Neuronen daran beteiligt sind.

Handlungspotential

Damit ein Informationsaustausch zwischen zwei Neuronen oder neuronalen Synapsen stattfinden kann, muss zunächst ein Aktionspotential vorhanden sein.

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

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

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

Wenn eine sehr schnelle Inversion des Membranpotentials auftritt, wird ein Aktionspotential erzeugt. Es besteht aus einem kurzen elektrischen Impuls, den das Axon vom Soma oder Kern des Neurons zu den Endknöpfen führt.

Es sollte hinzugefügt werden, dass das Membranpotential eine bestimmte Schwelle der Erregung überschreiten muss, damit das Aktionspotential auftritt. Dieser elektrische Impuls wird in chemische Signale umgewandelt, die über die Klemmentaste ausgelöst werden.

Struktur der neuronalen Synapse

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 die Synapsen bilden.

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

Wenn letztere Neurotransmitter einfangen, entstehen sogenannte synaptische Potentiale. Das heißt, sie sind Veränderungen im Membranpotential des postsynaptischen Neurons.

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

Diese Phänomene werden einfach durch die Entfernung zwischen dem Neuron, das die Substanz freisetzt, und den Rezeptoren, die sie einfangen, unterschieden.

Somit werden Neurotransmitter durch die Endknöpfe des präsynaptischen Neurons freigesetzt und durch Rezeptoren detektiert, die in der Membran des postsynaptischen Neurons angeordnet sind. Beide Neuronen müssen sich im Nahbereich befinden, damit diese Übertragung stattfindet.

Im Gegensatz zu dem, was gedacht werden kann, vereinigen sich die Neuronen, die chemische Synapsen bilden, physikalisch nicht. Tatsächlich gibt es zwischen ihnen einen Raum, der als synaptischer Raum oder synaptischer Spalt 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 Netzwerk von Filamenten, das die prä- und postsynaptischen Neuronen ausgerichtet hält.

Neurotransmission

Neurotransmission oder synaptische Übertragung ist die Kommunikation zwischen zwei Neuronen aufgrund des Austauschs chemischer Substanzen oder elektrischer Signale durch Synapsen.

Elektrische Synapsen

In ihnen befindet sich eine elektrische Neurotransmission. Die beiden Neuronen sind physikalisch durch Proteinstrukturen verbunden, die als Gap Junctions bekannt sind.

Diese Strukturen ermöglichen es, dass Änderungen der elektrischen Eigenschaften eines Neurons den anderen direkt beeinflussen und umgekehrt. Auf diese Weise würden sich die beiden Neuronen so verhalten, als ob sie eins wären.

Chemische Synapsen

Bei diesen tritt eine chemische Neurotransmission auf. Die prä- und postsynaptischen Neuronen sind durch den synaptischen Raum getrennt. Ein Aktionspotential im präsynaptischen Neuron würde die Freisetzung von Neurotransmittern verursachen.

Diese gelangen in die synaptische Spalte, damit sie ihre Wirkung auf postsynaptische Neuronen ausüben können.

Substanzen, die an der neuronalen Synapse freigesetzt werden

Während der neuronalen Kommunikation werden nicht nur Neurotransmitter wie Serotonin, Acetylcholin, Dopamin, Noradrenalin usw. freigesetzt. Andere Chemikalien wie Neuromodulatoren können ebenfalls freigesetzt werden.

Diese werden so genannt, weil sie die Aktivität vieler Neuronen in einem bestimmten Bereich des Gehirns modulieren. Sie segregieren in größeren Mengen und legen größere Entfernungen zurück, wobei sie sich weiter ausbreiten als Neurotransmitter.

Eine andere Art von Substanzen sind Hormone. Diese werden von Zellen der endokrinen Drüsen freigesetzt, die sich in verschiedenen Körperteilen wie Magen, Darm, Nieren und Gehirn befinden.

Die Hormone werden in die extrazelluläre Flüssigkeit (außerhalb der Zellen) freigesetzt und anschließend von den Kapillaren eingefangen. Dann werden sie durch den Blutkreislauf im ganzen Körper verteilt. Diese Substanzen können an Neuronen binden, die spezielle Rezeptoren haben, um sie einzufangen.

Somit können Hormone das Verhalten beeinflussen und die Aktivität der Neuronen verändern, die sie erhalten. Zum Beispiel scheint Testosteron bei den meisten Säugetieren die Aggression zu verstärken.

Arten von neuronalen Synapsen

Neuronale Synapsen können je nach Ort ihres Auftretens in drei Typen unterschieden werden.

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

- Axosomatische Synapsen: In diesen befindet sich der terminale Synapsenknopf mit dem Soma oder Kern des Neurons.

- Axoaxonische Synapsen : Der Endknopf der präsynaptischen Zelle verbindet sich mit dem Axon der postsynaptischen Zelle.

Diese Art der Synapse funktioniert anders als die beiden anderen. Seine Funktion besteht darin, die Menge an Neurotransmitter zu verringern oder zu verstärken, die durch den Terminalknopf freigesetzt wird. Somit fördert oder hemmt es die Aktivität des präsynaptischen Neurons.

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

Wie entsteht eine Synapse?

Neuronen enthalten sogenannte synaptische Vesikel, die groß oder klein sein können. Alle Endknöpfe haben kleine Vesikel, die Neurotransmitter-Moleküle in ihrem Inneren tragen.

Die Vesikel werden in einem Mechanismus produziert, der sich im Soma befindet und Golgi-Apparat genannt wird. Dann werden sie in der Nähe des Terminalknopfes transportiert. Sie können aber auch mit "recyceltem" Material auf dem Terminalknopf hergestellt werden.

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

Diese Ionen binden an Moleküle der Membranen der synaptischen Vesikel, die sich im terminalen Knopf befinden. Die Membran ist zerbrochen und verschmilzt mit der Membran des Anschlussknopfes. Dadurch wird der Neurotransmitter in den synaptischen Raum freigesetzt.

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

Das postsynaptische Neuron hat Rezeptoren, die die Substanzen einfangen, die sich im synaptischen Raum befinden. Diese werden als postsynaptische Rezeptoren bezeichnet und verursachen bei Aktivierung die Öffnung der Ionenkanäle.

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

Normalerweise treten postsynaptische Potentiale auf, wenn Natrium in die Nervenzelle eindringt. Die Inhibitoren entstehen dabei durch die Freisetzung von Kalium oder den Eintritt von Chlor.

Der Eintritt von Kalzium in das Neuron führt zu postsynaptischen Anregungspotentialen, aktiviert jedoch auch spezialisierte Enzyme, die in dieser Zelle physiologische Veränderungen hervorrufen. Zum Beispiel löst es die Verlagerung von synaptischen Vesikeln und die Freisetzung von Neurotransmittern aus.

Es erleichtert auch strukturelle Veränderungen im Neuron nach dem Lernen.

Fertigstellung der Synapse

Die postsynaptischen Potentiale sind normalerweise sehr kurz und enden durch spezielle Mechanismen.

Eine davon ist die Inaktivierung von Acetylcholin durch ein Enzym namens Acetylcholinesterase. Die Neurotransmitter-Moleküle werden aus dem synaptischen Raum entfernt, indem sie von Transportern in der präsynaptischen Membran wieder eingefangen oder resorbiert werden.

Daher haben sowohl präsynaptische als auch postsynaptische Neuronen Rezeptoren, die die Anwesenheit chemischer Substanzen in ihrer Umgebung erfassen.

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