1.4.3 Synapsen mit second messengern

In den meisten Schulbüchern wird die motorische Endplatte als DIE Synapse schlechthin dargestellt - daher bezeichne ich diese Synapse auch stets als "Schulbuchsynapse". Im Gehirn kommen allerdings viele andere Arten von Synapsen vor, nicht nur erregende, sondern auch hemmende, nicht nur welche, die mit Acetylcholin als Neurotransmitter funktionieren, sondern auch Synapsen mit völlig anderen Neurotransmittern wie Glutamat, Adrenalin, Serotonin etc. Und es kommen im Gehirn Synapsen vor, die nicht so einfach funktionieren wie die Schulbuchsynapse, wo sich der Neurotransmitter direkt in die Natriumkanäle setzt, um diese zu öffnen, sondern wo der Wirkmechanismus wesentlich ausgefeilter ist.

Da die Überschrift dieser Seite "Synapsen mit second messengern" heißt, sollte ich vielleicht zunächst klären, was man unter einem second messenger versteht.

Primäre Botenstoffe

Chemische Verbindung, die Nachrichten von einer Zelle zu einer anderen Zelle transportieren, werden als Botenstoffe (engl. messenger) bezeichnet.

Im Tierreich gibt es zwei wichtige Typen dieser Botenstoffe, nämlich die Neurotransmitter und die Hormone.

Neurotransmitter sind chemische Verbindungen, die Informationen über einen Erregungszustand von einer Nervenzelle auf eine andere Nervenzelle oder eine Muskelzelle übertragen. Typisch für Neurotransmitter ist, dass sie nur den synaptischen Spalt zwischen den beiden Zellen überwinden müssen, also eine extrem kurze Distanz.

Hormone werden von bestimmten Zellen in die Blutbahn abgegeben und gelangen über das Blut zu ihren Zielzellen, wo sie bestimmte physiologische Reaktionen auslösen. Die Zielzellen können dabei weit entfernt von den hormonbildenden Zellen sein.

Hormone und Neurotransmitter werden auch als primäre Botenstoffe bezeichnet.

Sekundäre Botenstoffe

Sekundäre Botenstoffe (engl. second messenger) sind chemische Verbindungen, die innerhalb einer Zelle für die Übermittlung von Botschaften zuständig sind. Der wohl bekannteste und wichtigste second messenger ist das zyklische Adenosinmonophosphat, auch als cAMP bekannt. Das cAMP wird durch ein Enzyme namens Adenylatcyclase (den Namen sollten Sie sich wirklich merken) aus normalem ATP hergestellt. Dabei werden zwei Phosphatgruppen abgespalten.

Einfache Synapse

Rekapitulieren wir noch einmal die Funktionsweise einer normalen erregenden Synapse:

Second messenger - Synapse

Die Funktionsweise einer Synapse, die mit second messengern arbeitet, sieht dagegen so aus:

Ein Neurotransmitter-Molekül (rotes Dreieck) setzt sich nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip in ein Rezeptorprotein (blau) der Zellmembran (gelb). Dadurch geht das bisher passive Rezeptorprotein in einen aktiven Zustand über.

Auf der Membraninnenseite ist das Rezeptorprotein mit einem anderen Protein verbunden, einem so genannten G-Protein (blauer Kreis).

Das G-Protein ist seinerseits mit einer Adenylatcyclase verbunden (hellblauer Kreis).

Die Adenylatcyclase kann aus ATP (gelbe Quadrate) den sekundären Botenstoff cAMP (gelbe Kreise) herstellen (siehe oben).

Die vielen cAMP-Moleküle diffundieren in dem Zellplasma hin- und her, mal hierhin, mal dorthin. Unter anderem gelangen sie auch zu den Natriumkanälen, die in der postsynaptischen Membran sitzen (in der Abbildung rechts). Sie setzen sich in spezifische Rezeptoren dieser Ionenkanäle und sorgen dafür, dass sich die Kanäle öffnen.

Wenn sich die Natriumkanäle geöffnet haben, strömen Natriumionen mit dem Konzentrationsgradienten (und dem Ladungsgefälle) von außen nach innen in die Zelle ein. Es entsteht eine Depolarisierung.

Zusammenfassung: Wenn das Rezeptorprotein aktiviert wird, wird auch das G-Protein aktiviert, und dieses aktiviert dann die Adenylatcyclase, worauf viel cAMP hergestellt wird, was dazu führt, dass sich Natriumkanäle öffnen, Natrium-Ionen einströmen und eine Depolarisierung bewirken.