Synapsen sind die Verbindungsstellen zwischen einer Nervenzelle und anderen Nervenzellen, Muskelzellen oder Drüsenzellen. In den meisten Schulbüchern wird als typischer Vertreter der Synapsen meistens die motorische Endplatte behandelt. Unter der motorischen Endplatte versteht man die Verbindungsstelle zwischen einer motorischen Nervenzelle und einer Muskelzelle.
Bevor wir uns über die Arbeitsweise einer solchen neuromuskulären Synapse unterhalten können, müssen wir erst mal ein paar wichtige Fachbegriffe klären.
Wichtige Fachbegriffe
Eine typische Synapse
Autor: Ulrich Helmich 2017, Lizenz: siehe Seitenende.
Diese Zeichnung ist stark vereinfacht, wie die Experten unter Ihnen vielleicht schon bemerkt haben. Detailliertere Informationen zum Bau der Synapsen finden Sie auf den nächsten Seiten.
Eine Synapse besteht immer aus dem synaptischen Endknöpfchen der Nervenzelle sowie der Membran der nachfolgenden Zelle - im Falle der motorischen Endplatte handelt es sich hierbei um eine Muskelzelle. Zwischen der Membran des Endknöpfchens - der präsynaptischen Membran - und der Membran der nachfolgenden Zelle - der postsynaptischen Membran - befindet sich der synaptische Spalt.
Im Folgenden wollen wir diese Begriffe etwas näher beschreiben.
Synaptisches Endknöpfchen
Das Ende eines Axons ist in der Regel verdickt, um die Kontaktfläche mit der folgenden Muskel-, Drüsen- oder Nervenzelle zu vergrößern. Man bezeichnet dieses verdickte Ende als synaptisches Endknöpfchen. Bereits mit dem Lichtmikroskop kann man in dem Endknöpfchen die synaptischen Vesikel erkennen. Das sind kleine Membranbläschen, die mit Neurotransmittern gefüllt sind. Neurotransmitter wiederum sind chemische Verbindungen, mit denen die Nervenzellen sich untereinander verständigen, wie wir später noch sehen werden. Mit der präsynaptischen Membran grenzt das Endknöpfchen an den synaptischen Spalt.
Synaptischer Spalt
Hierbei handelt es sich um einen sehr schmalen Spalt (ca. 20-40 nm) zwischen der präsynaptischen Membran und der postsynaptischen Membran. Im Gegensatz zu den meisten Zeichnungen in den Schulbüchern (und auch auf meiner Webseite) verläuft dieser Spalt teils sehr unregelmäßig, manchmal ist er sogar stark verzweigt.
Ein synaptischer Spalt im Elektronenmikroskop
By National Institute of Mental Health; originally uploaded by Nrets at en.wikipedia. [Public domain], via Wikimedia Commons
Der synaptische Spalt ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, deren Zusammensetzung dem Außenmedium der Nervenzellen entspricht: Jede Menge Wasser-Moleküle und viele Natrium- und Chlorid-Ionen, darüber hinaus Calcium- und andere Ionen, einige Enzyme sowie die Neurotransmitter.
Postsynaptischer Abschnitt:
Eine Synapse ist die Verbindungsstelle zwischen zwei Nervenzellen oder zwischen einer Nervenzelle und einer Muskelzelle bzw. Drüsenzelle. Der postsynaptische Abschnitt besteht damit aus einem Teil der nächsten Zelle. Synapsen finden sich an den Dendriten, aber auch am Soma der nachfolgenden Nervenzellen. Seltener münden synaptische Endknöpfchen am Axon der nachfolgenden Nervenzelle.
Das Wichtigste an diesem postsynaptischen Abschnitt ist die postsynaptische Membran mit den transmittergesteuerten Ionenkanälen. Die Neurotransmitter, die vom synaptischen Endknöpfchen in den synaptischen Spalt freigesetzt werden, bewirken eine Öffnung dieser Ionenkanäle, was dann zu einer Depolarisierung oder Hyperpolarisierung der postsynaptischen Membran führen kann.
Eine Synapse besteht aus dem synaptischen Endknöpfchen mit der präsynaptischen Membran und den mit Neurotransmittern gefüllten synaptischen Vesikeln und der postsynaptischen Membran der Nachfolgerzelle. Zwischen der prä- und der postsynaptischen Membran befindet sich der sehr schmale synaptische Spalt.
Historisches
Bereits gegen Ende des 19. Jahrhunderts wusste man, dass das Nervensystem und das Gehirn aus vielen einzelnen Nervenzellen bestehen, die über Kontaktstellen miteinander verbunden sind. Diese Kontaktstellen wurden 1897 von Charles Sherrington als "Synapsen" bezeichnet.
Allerdings wusste man damals noch nicht, wie die synaptische Informationsübertragung funktionierte. Einige Wissenschaftler nahmen an, dass diese Übertragung auf rein elektrischem Wege funktioniert. Tatsächlich entdeckte man im 20. Jahrhundert dann elektrische Synapsen im Gehirn von Tieren und Menschen, die tatsächlich nach diesem Prinzip arbeiten.
Solche elektrischen Synapsen spielen tatsächlich eine wichtige Rolle, auch im menschlichen Nervensystem, zum Beispiel bei der Erregung von Herzmuskelzellen. Weitere Einzelheiten dazu siehe die entsprechende Lexikon-Seite auf dieser Homepage.
Andere Wissenschaftler waren der Meinung, dass eine chemische Übertragung stattfindet. Heute weiß man, dass dies bei den meisten Synpasen des Nervensystems der Fall ist. Otto Loewi entdeckte 1921 durch Zufall die Existenz chemischer Synapsen.
Loewi untersuchte Froschherzen. Wenn er einen Nerv des Froschherzens elektrisch reizte, verlangsamte sich der Herzschlag. Während des Versuchs lag das Herz in einer physiologischen Lösung. Nachdem er ein paar Mal mit dem Froschherz experimentiert hatte, wollte er seine Ergebnisse an einem anderen Froschherz überprüfen. Er nahm also das erste Herz aus der Lösung heraus und legt das zweite Herz hinein. Sofort verlangsamte sich auch hier der Herzschlag, obwohl Loewi den Nerv noch gar nicht gereizt hatte.
Später fand Loewi heraus, dass das Nervenende, also die synaptische Endigung, einen chemischen Stoff in die Lösung abgab, den man heute als Neurotransmitter bezeichnen würde. Diese Neurotransmitter verursachte dann die Verlangsamung des Herzschlags [1, S. 119].
Quellen, die über allgemeines Schulbuchwissen hinausgehen:
- Bear, Connors, Paradiso: Neurowissenschaften, Springer-Verlag 2018
- Savada, Hillis, Heller, Hacker: Purves Biologie, Springer Verlag Deutschland 2019, 10. Auflage. Herausgegeben von Jürgen Markl.
- Urry, Cain, Wassermann, Minorsky, Reece. Campbell Biologie, Hallbergmoos 2019, 11.Auflage.
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