Verrechnungsvorgänge an zentralen Synapsen durch erregende und hemmende Transmitter

Zentrale Synapsen im Zentralnervensystem ZNS  (Rückenmark und Gehirn):

Zellkörper und Dendriten eines zentralen Neurons sind mit bis zu 10 000 anderen Nervenzellen synaptisch verknüpft. Hemmende und erregende Synapsen bewirken eine Verrechnung durch räumliche und zeitliche Summation. Nur wenn das Ergebnis der Verrechnung aller Synapsen eine überschwellige Depolarisierung am Axonhügel des Zellkörpers bewirkt, leitet das Axon rechts unten eine Erregung weiter.

  

Def. erregende Synapse: 
Die postsynaptische (subsynaptische) Membran wird durch den Transmitter depolarisiert (bei Aktivierung der Synapse).
Es entsteht ein exzitatorisches postsynaptisches Potenzial = EPSP

Def. hemmende Synapse:
Die postsynaptische (subsynaptische) Membran wird durch den hemmenden Transmitter hyperpolarisiert (bei Aktivierung der Synapse).
Es entsteht ein inhibitorisches postsynaptisches PotenzialIPSP >  Die Erregbarkeit des nachfolgenden Neurons wird also vermindert.

Beachte:
Ob ein Transmitter die postsynaptische Membran depolarisiert oder hyperpolarisiert hängt vom Rezeptortyp ab. Je nach Ionenkanal, mit dem der Rezeptor gekoppelt ist, öffnet der Transmitter 
                - Natriumkanäleà     Depolarisierung
                - Kalium- oder Chlorkanäleà     Hyperpolarisierung
Schema:

Aktivierung einer erregenden Synapse
1) Transmitter besetzt die Rezeptoren

2) In der Membran öffnen sich Natriumkanäle

3) Es kommt zu einer kurzzeitigen Depolarisierung der postsynaptischen Membranà    erregendes postsynaptisches Potenzial = EPSP
Aktivierung einer hemmenden Synapse
1) Transmitter besetzt die Rezeptoren

2) In der Membran öffnen sich Kalium- oder  Chlorkanäle

3) Es kommt zu einer kurzzeitigen Hyperpolarisierung der postsynaptischen Membranà   hemmendes PSP = IPSP
Beachte:
In der postsynaptischen Membran einer zentralen Synapse sind die Ionenkanäle nicht spannungsgesteuert à    es gibt keinen Schellenwert, also auch kein AP an der Membran von  Dendriten und Zellkörpersondern nur postsynaptische Potenziale (=PSP)!
-  Die Amplitude
des PSPs hängt von der Transmitterkonzentration ab 
-  die wiederum von der AP-Frequenz der in das Endknöpfchen einlaufenden Erregung
-  und die von der Reizstärke als Ursache der Erregung. 
 Die Information über die Reizstärke wird also mehrfach umcodiert:  

   - auf dem Axon:  Impulsfrequenzcode                             

   - in der Synapse: Konzentrationscode (Transmittermenge)

   - an der postsyn.Membran: Amplitudencode (Je mehr Transmitter, desto stärker die De/Hyperpolarisierung)

   - ab dem Axonhügel: Impulsfrequenzcode     
Schema: Das Nervensystem arbeitet mit verschiedenen Codes: Umcodierung
Vergleich: AP - PSP (siehe LK2000)
 

PSP

Aktionspotential  (AP)

Membranvorgänge

Transmitter öffnet rezeptorabhängige
 Ionenkanäle 
(kein Alles-oder-Nichts-Ereignis = AoN)

Reiz öffnet spannungs-
abhängige Ionenkanäle
         AoN-Ereignis

Informations-

codierung

Reizstärke:

Amplitude der Depolarsierung/Hyperpolarisierung

AP-Frequenz

Reizdauer:

Dauer der Depolarisierung (bzw.
  Hyperpolarisierung) 

 Dauer der Impulsfolgen

Mögliche Verrechnungsmechanismen an Nervenzellen:
1) Zeitliche Summation:
Wiederholte Erregung einer Synapse bewirkt, dass sich die Depolarisierung der postsynaptischen  Membran = PSP soweit aufschaukelt, dass am Axonhügel des Neurons überschwellig depolarisiert wird  und dort wieder ein AP ausgelöst wird.   
2) Räumliche Summation:
Durch gleichzeitige Erregung benachbarter Synapsen kommt es zu einer Addition bzw. Subtraktion der Erregung, d. h. die nachfolgende Nervenzelle „verrechnet“ die Erregung mehrerer Synapsen und entscheidet über Weiterleitung oder nicht.

a) Summation erregender Synapsen: Die depolarisierenden PSPs addieren sich à   am Axonhügel wird  die Depolarisierung schneller überschwellig à   AP-Auslösung mit höherer Frequenz

b) Summation erregender und hemmender Synapsen: Bei gleichzeitiger Aktivierung kommt es zu einer Überlagerung von De- und Hyperpolarisierungà    "Subtraktion" der PSPsà   keine AP-Auslösung oder mit geringerer Frequenz.
Schema:
Fragen:
 1a) Ergebnisse im Fall a) und b) deuten!
 b) Ergebnisse in c) und d) eintragen und deuten!
 c) Welche Rolle spielt der Abstand der Synapsen zum Axonhügel?
Die wichtigsten Neurotransmitter:

Lösungsvorschlag:

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