Bau und Funktion einer chemischen Synapse

Im Biologie-Unterricht der Oberstufe sind chemische Synapsen Thema. Beim Lernen müsst ihr euch mit vielen Fachbegriffen auseinandersetzen, die beim Verstehen der Funktion nicht wirklich helfen. Wir erklären euch, wie die Erregungsübertragung von einer Nervenzelle auf eine Muskelzelle abläuft und was hinter den Fachbegriffen steckt. Für alle Eiligen: Am Ende des Beitrags findet ihr ein Lernvideo zu dem Thema.

Was sind Synapsen?

Einfach ausgedrückt ist eine Synapse eine Kontaktstelle im menschlichen Körper. Man braucht sie zur Erregungsübertragung von einer Zelle auf eine andere. Synapsen befinden sich zwischen zwei Nervenzellen oder einer Nerven- und einer Effektorzelle. Eine Effektorzelle kann eine Drüsenzelle oder eine Muskelzelle sein.

Warum braucht man Synapsen?

Synapsen spielen eine Hauptrolle bei der Erregungsweiterleitung. Über die Synapsen wird Erregung von einer Nervenzelle an eine andere weitergegeben. Eigentlich ein einfaches Prinzip, doch um es zu erklären braucht man einige Fachbegriffe aus der Biologie und Chemie.

Wie läuft die Erregungsübertragung ab?

An einer Synapse werden elektrische Signale in chemische Signale übersetzt, um die Erregung weiterleiten zu können. Dieser Vorgang findet zum Beispiel an neuromuskulären Synapsen statt. Dabei wird die Erregung von der Nervenzelle (Neuronen) auf eine Muskelfaser übertragen: Das Ergebnis ist eine Reaktion, zum Beispiel das Bewegen eines Fingers.

Erregungsübertragung an der neuromuskulären Synapse

Neuromuskuläre Synapse

So sieht eine neuromuskuläre Synapse vereinfacht aus. © STARK Verlag

Wie alle Zellen besitzen auch Muskelzellen eine Hülle (Membran). An der Membran befinden sich Proteinmoleküle mit einer bestimmten Oberflächenstruktur. Man bezeichnet diese als Rezeptoren. An ihnen können bestimmte Botenstoffe (Transmitter) andocken.

Ankunft des Aktionspotenzials

Ein elektrisches Signal erreicht die Nervenzelle, oder genauer gesagt das Axon-Endknöpfchen der Synapase. Man bezeichnet das Signal als Aktionspotenzial. Das Aktionspotenzial bewirkt, dass Calciumionen in das Endknöpfchen einströmen. Das passiert, da sich in der Nervenzelle weniger Calciumionen als außerhalb befinden.

Vorgänge im Endknöpfchen der Synapse

In der Synapse befinden sich synaptische Bläschen. Sie enthalten einen Botenstoff mit einem komplizierten Namen: Acetylcholin. Die einströmenden Calciumionen bewirken, dass zahlreiche Bläschen mit der (präsynaptischen) Membran der Synapse verschmelzen. Das Ergebnis: Das Acetylcholin wird in den synaptischen Spalt abgegeben.

Was ist der synaptische Spalt?

Zwischen der Synapse und der Muskelfaser befindet sich ein Spalt. Mikroskopisch klein, aber groß genug, dass sich beide Membranen nicht direkt berühren. Durch diesen Spalt muss das Acetylcholin wandern, bis es die (postsynaptische) Membran der Muskelzelle erreicht.

Ankunft an den Rezeptoren der Muskelzelle

An der Membran der Muskelzelle warten bereits Rezeptoren auf das Acetylcholin. Sie haben eine bestimmte Oberfläche, an die das Acetylcholin genau passt. Durch die Verbindung von Rezeptoren und Transmitter öffnen sich Ionenkanäle.

Die Folge: Natriumionen strömen in die Muskelzelle ein und bewirken durch ihre Ladung eine Depolarisation der Membran. Klingt kompliziert, aber eigentlich ändert sich nur die Membranspannung. Sie wird weniger negativ und es entsteht ein Aktionspotenzial. Dadurch kann sich die Muskelfaser zusammenziehen, eine Bewegung findet statt.

Zurück zum Ursprung

Nach diesen Vorgängen muss alles wieder auf Anfang gesetzt werden. Das passiert mit Hilfe eines Enzyms, das das Acetylcholin unwirksam macht. Man nennt es Acetylcholinesterase. In der Biologie sind Enzyme übrigens häufig durch die Endung -ase gekennzeichnet.

Das Enzym zerlegt das Acetylcholin in Essigsäure und Cholin. Das Cholin wird wieder vom Endknöpfchen aufgenommen, denn daraus wird neues Acetylcholin gebaut.

Da sich keine Transmitter mehr an den Rezeptoren der Muskelzelle befinden, schließen sich die Ionenkanäle. Der ursprüngliche Spannungszustand der Membran wird wieder hergestellt. Das bedeutet: Der ganze Vorgang kann von vorne anfangen.

STARK erklärt: Biologie-Lernvideo zu Synapsen

Sonja

Mein Abi habe ich dank der STARK Bücher schon vor einiger Zeit gut geschafft. Seit 2017 blogge ich für schultrainer.de über die verschiedensten Themen. Dabei gefällt mir besonders, dass ich bei jeder Recherche für einen Beitrag so viel Neues lerne. Und mittlerweile nicht einmal mehr Mathe-Themen langweilig finde.

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