Synaptische Übertragung: Erregung und Hemmung einfach erklärt

Stell dir vor, du fährst ein Auto. Um vorwärtszukommen, musst du das Gaspedal drücken. Um an einer roten Ampel nicht zu verunglücken, brauchst du aber auch ein Bremspedal. Bei der synaptischen Übertragung: Erregung und Hemmung funktioniert dein Gehirn ganz ähnlich!

Unsere Nervenzellen feuern nicht einfach unkontrolliert Signale ab. Jede Zelle muss entscheiden, ob sie ein Signal weiterleitet (Gas geben) oder ob sie das Signal stoppt (bremsen). In diesem Artikel lernst du die molekularen Schalter kennen, mit denen Nervenzellen sich bei der synaptischen Übertragung gegenseitig erregen oder hemmen.

Schnellantwort

Bei der synaptischen Übertragung kommunizieren Nervenzellen über chemische Botenstoffe (Neurotransmitter). Eine erregende Synapse löst durch den Einstrom positiver Ionen ein Signal (EPSP) aus, während eine hemmende Synapse durch den Einstrom negativer Ionen die Weiterleitung blockiert (IPSP).

Vorwissen

• Aufbau der Synapse: Eine chemische Synapse besteht aus der Präsynapse (Senderzelle), dem synaptischen Spalt (Zwischenraum) und der Postsynapse (Empfängerzelle). Beispiel: Ein elektrisches Signal kommt an der Präsynapse an und muss den Spalt überwinden, um die Postsynapse zu erreichen.
• Exozytose: Der Vorgang, bei dem kleine Bläschen (Vesikel) mit der Zellmembran verschmelzen und ihren Inhalt nach außen ausschütten. Beispiel: Wenn ein Signal ankommt, schütten Vesikel in der Präsynapse chemische Botenstoffe in den synaptischen Spalt aus.

Aufgabentyp 1: Molekulare Mechanismen und Synapsen-Typ bestimmen

Wenn ein elektrisches Signal (Aktionspotenzial) an der Präsynapse ankommt, schüttet diese Botenstoffe, sogenannte Neurotransmitter, in den synaptischen Spalt aus. Was danach passiert, hängt davon ab, welcher Botenstoff ausgeschüttet wird.

Es gibt zwei Hauptarten von Synapsen:

1. Die erregende Synapse (Das Gaspedal)

Hier schüttet die Präsynapse den Botenstoff Acetylcholin (ACh) aus.

• ACh wandert durch den Spalt und bindet an spezielle Rezeptoren der Postsynapse.
• Diese Rezeptoren sind eigentlich verschlossene Tunnel. Wenn ACh andockt, öffnen sie sich.
• Nun strömen positiv geladene Natrium-Ionen ($\textcolor{#FF7D57}{Na^+}$) in die Empfängerzelle.
• Weil positive Ladungen in die Zelle fließen, wird das Innere der Zelle positiver. Diesen Vorgang nennt man Depolarisation.
• Es entsteht ein Erregendes Postsynaptisches Potenzial (EPSP). Die Zelle wird "scharfgeschaltet" und feuert leichter ein neues Signal ab.

2. Die hemmende Synapse (Das Bremspedal)

Hier schüttet die Präsynapse den Botenstoff GABA ($\gamma$-Aminobuttersäure) aus.

• GABA bindet an andere, spezielle Rezeptoren der Postsynapse.
• Wenn diese Tunnel sich öffnen, strömen negativ geladene Chlorid-Ionen ($\textcolor{#08BFFF}{Cl^-}$) in die Zelle.
• Weil negative Ladungen in die Zelle fließen, wird das Innere der Zelle noch negativer als es ohnehin schon war. Diesen Vorgang nennt man Hyperpolarisation.
• Es entsteht ein Inhibitorisches Postsynaptisches Potenzial (IPSP). Die Zelle wird gehemmt und feuert kein Signal ab.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

In Klausuren wird oft ein unbekannter Botenstoff vorgestellt. Mit diesem Plan kannst du immer herausfinden, ob die Synapse erregend oder hemmend wirkt:

1. Das einströmende Ion identifizieren: Lies im Text genau nach, welche Ionenkanäle sich öffnen. Achte auf die Ladung des Ions (positiv wie $Na^+$ oder negativ wie $Cl^-$).
2. Die Spannungsänderung ableiten: Überlege, was die Ladung mit dem Zellinneren macht: Strömen positive Ionen ein, wird das Zellinnere positiver (Depolarisation). Strömen negative Ionen ein, wird das Zellinnere negativer (Hyperpolarisation).
3. Das Potenzial benennen: Ordne das Ergebnis zu: Positiver = EPSP (erregend), Negativer = IPSP (hemmend).

Durchgerechnete Beispiele

Wichtige Erkenntnisse

• Erregende Synapsen (Gaspedal):
  • Botenstoff: Acetylcholin (ACh)
  • Ion: $\textcolor{#FF7D57}{\text{Natrium (}Na^+\text{)}}$ strömt ein.
  • Folge: Zelle wird positiver (Depolarisation) $\to$ EPSP.
• Hemmende Synapsen (Bremspedal):
  • Botenstoff: GABA
  • Ion: $\textcolor{#08BFFF}{\text{Chlorid (}Cl^-\text{)}}$ strömt ein.
  • Folge: Zelle wird negativer (Hyperpolarisation) $\to$ IPSP.