Synaptische Übertragung und Neurotransmitterfunktion
Die synaptische Übertragung ist der Prozess, durch den ein Neuron mit einem anderen Neuron oder einer Effetorzelle über eine Synapse kommuniziert. An der dominanten chemischen Synapse löst ein ankommendes Aktionspotential die kalziumabhängige Freisetzung von Neurotransmittern aus, die sich über den synaptischen Spalt ausbreiten und an postsynaptische Rezeptoren binden, um das Membranpotential der Zielzelle zu verändern. Dieser Bereich behandelt die zelluläre und molekulare Maschinerie dieser Signalkette und die Neurotransmittersysteme, die sie tragen.
Definition
Synaptische Übertragung ist die Weiterleitung eines Signals von einem präsynaptischen Neuron zu einer postsynaptischen Zelle, die an chemischen Synapsen durch die regulierte, kalziumgetriggerte Freisetzung eines Neurotransmitters erreicht wird, der an Rezeptoren der Zielzelle bindet und deren Erregbarkeit verändert.
Scope
Dieser Bereich führt den Leser in die chemische synaptische Signalübertragung im Nervensystem ein: wie Transmitter synthetisiert und verpackt werden, wie ihre Freisetzung an den Kalziumeinstrom gekoppelt ist, wie postsynaptische Rezeptoren das chemische Signal umwandeln, wie exzitatorische und inhibitorische Inputs integriert werden und wie die synaptische Stärke durch Gebrauch modifiziert wird. Er ist als physiologisches Nachschlagewerk organisiert und bietet keine klinische Managementanleitung.
Sub-topics
Core questions
- Wie wird die präsynaptische Depolarisation in die Neurotransmitterfreisetzung umgewandelt?
- Wie übersetzen postsynaptische Rezeptoren die Transmitterbindung in elektrische oder biochemische Veränderungen?
- Wie werden viele konvergierende exzitatorische und inhibitorische Inputs von einem einzelnen Neuron integriert?
- Wie wird die synaptische Stärke über kurze und lange Zeitskalen verändert?
Key concepts
- Chemische Synapse und synaptischer Spalt
- Präsynaptisches Terminal und aktive Zone
- Kalziumgetriggerte Vesikelexozytose
- Neurotransmitterrezeptoren (ionotrop und metabotrop)
- Exzitatorische und inhibitorische postsynaptische Potentiale
- Synaptische Integration
- Synaptische Plastizität
Key theories
- Quantenhypothese der Transmitterfreisetzung
- Neurotransmitter werden in diskreten, annähernd gleichförmigen Paketen (Quanten) freigesetzt, die dem Inhalt einzelner synaptischer Vesikel entsprechen, so dass die postsynaptische Antwort aus ganzzahligen Vielfachen einer Miniatur-Einheitsantwort aufgebaut ist.
- Chemische Theorie der synaptischen Übertragung
- Die meisten zentralen und peripheren Synapsen übertragen Signale durch die Freisetzung eines diffusiblen chemischen Botenstoffes und nicht durch direkte elektrische Kontinuität, wobei die Freisetzung eng an den präsynaptischen Kalziumeinstrom gekoppelt ist.
Mechanisms
Ein Aktionspotential, das in das präsynaptische Terminal eindringt, öffnet spannungsgesteuerte Kalziumkanäle; der resultierende Kalziumeinstrom löst die Fusion von Neurotransmitter-gefüllten Vesikeln mit der Plasmamembran an der aktiven Zone aus, wodurch Transmitter in den Spalt freigesetzt werden. Der Transmitter bindet an postsynaptische Rezeptoren, die entweder Ionenkanäle direkt steuern (ionotrop) oder über sekundäre Botenstoffe wirken (metabotrop), wodurch depolarisierende (exzitatorische) oder hyperpolarisierende (inhibitorische) Potentiale erzeugt werden. Das postsynaptische Neuron summiert diese Inputs räumlich und zeitlich, und wiederholte Aktivität kann die Verbindung verstärken oder schwächen, was die Grundlage der synaptischen Plastizität bildet.
Clinical relevance
Die synaptische Übertragung ist die Ebene, auf der viele neurologische und psychiatrische Erkrankungen und die zu ihrer Behandlung eingesetzten Medikamente ihre Wirkung entfalten, da Transmittersynthese, -freisetzung, Rezeptorbindung und Wiederaufnahme häufige pharmakologische Ziele sind. Dieser Bereich beschreibt die normale Physiologie, auf die solche Interventionen wirken, und ist als Hintergrundverständnis und nicht als Diagnose- oder Behandlungsleitfaden gedacht.
History
Die chemische Natur der synaptischen Übertragung wurde im frühen zwanzigsten Jahrhundert etabliert und von Bernard Katz und Kollegen verfeinert, deren Arbeit an der neuromuskulären Endplatte in den 1950er Jahren zeigte, dass Transmitter in Quanten freigesetzt werden. Nachfolgende molekulare Arbeiten, die mit Nobelpreisen an Katz und später an Südhof und andere gewürdigt wurden, identifizierten die Vesikelfusionsmaschinerie und den Kalziumsensor, die elektrische Aktivität mit der Freisetzung koppeln.
Key figures
- Bernard Katz
- Thomas Südhof
- Eric Kandel
Related topics
Seminal works
- fatt-katz-1952
- sudhof-2013
- kandel-2001
Frequently asked questions
- Was ist der Unterschied zwischen einer chemischen und einer elektrischen Synapse?
- Eine chemische Synapse signalisiert durch die Freisetzung eines Neurotransmitters, der einen Spalt überquert und an Rezeptoren der Zielzelle bindet, während eine elektrische Synapse Strom direkt durch Gap-Junction-Kanäle leitet; dieser Bereich befasst sich mit der chemischen Übertragung, dem vorherrschenden Modus im Säugetiernervensystem.
- Warum ist Kalzium für die synaptische Übertragung zentral?
- Kalzium, das über spannungsgesteuerte Kanäle in das präsynaptische Terminal eintritt, ist der Auslöser, der elektrische Aktivität mit der Vesikelfusion koppelt, so dass die Transmitterfreisetzung stark vom Kalziumsignal abhängt.