Textverständnis

Nervenzellen (Neurone) übertragen Informationen untereinander oder an ein Zielorgan, wie zum Beispiel an einen Muskel in Form von Aktionspotentialen über Synapsen. Man unterscheidet grundsätzlich elektrische von chemischen Synapsen, wobei letztere im menschlichen Körper deutlich häufiger vorkommen. Bei chemischen Synapsen wird das Aktionspotential unidirektional von der Präsynapse über den synaptischen Spalt zur Postsynapse übertragen, also nur von einer Nervenzelle zur folgenden Zelle, nicht andersherum. Als Präsynapse werden die axonalen Endverzweigungen, also die Endigungen der Zellfortsätze bezeichnet, die Neurotransmitter enthalten, die als Botenstoffe das Signal weiterleiten. Diese befinden sich in Vesikeln und werden ausgeschüttet, wenn ein Aktionspotential die Präsynapse erreicht und sich dadurch spannungsabhängige Calciumkanäle öffnen, wodurch es zu einem Calciumionen-Einstrom kommt und die Calciumionen das Verschmelzen der Vesikel mit der präsynaptischen Membran einleiten, woraufhin die Neurotransmitter exozytotisch in den synaptischen Spalt freigegeben werden. Über den synaptischen Spalt gelangen die Transmitter zu Ionenkanälen, die sich in der Membran der Postsynapse befinden, und binden an auf ihnen sitzende Rezeptoren. Bei ionotropen Rezeptoren bewirkt die Bindung ein direktes Öffnen des Kanals, wohingegen bei metabotropen Rezeptoren die Bindung eines Neurotransmitters die Aktivierung eines G-Proteins indirekt über second messenger wie cAMP oder direkt bewirkt. Durch die so geöffneten Kanäle kommt es zu einem Ein- oder Ausstrom der Ionen. Die Neurotransmitter werden anschließend von Enzymen abgebaut, um eine Dauererregung zu vermeiden und durch Endozytose wieder in die Präsynapse aufgenommen.
Alle Potenzialänderungen, die das Neuron über Synapsen erhält, summieren sich am Übergang des Zellsomas zum Axon, dem Axonhügel. Übersteigt das Membranpotential ausgehend vom Ruhepotential, welches bei ungefähr – 70 mV liegt, das Schwellenpotential von – 60 mV, so wird am Axonhügel ein Aktionspotential ausgelöst. Man unterscheidet zum einen die räumliche von der zeitlichen Summation und zum anderen hemmende und erregende Potenzialen. Überträgt eine Zelle ein erregendes postsynaptisches Potenzial (EPSP) auf das Neuron, wird die Spannung positiver, während bei der Übertragung eines inhibitorischen postsynaptischen Potenzials (IPSP) das Gegenteil bewirkt wird. Wenn mehrere Axonendigungen an verschiedenen Stellen des Neurons gleichzeitig ein postsynaptisches Potenzial auslösen, summieren diese sich im Verlauf je nach Potenzialhöhe, was man als räumliche Summation versteht. Überträgt eine einzige Zelle mehrere postsynaptische Potenziale direkt hintereinander, so kommt es am Axonhügel vor einem Abfall des Potenzials zu weiteren Erregungen, welche sich somit zeitversetzt aufsummieren. Je größer der Abstand zwischen den postsynaptischen Potenzialen ist, desto stärker ist das vorangegangene Potenzial bereits wieder abgefallen und desto geringer ist die Summation.
Elektrische Synapsen übertragen das elektrische Signal zwischen zwei Zellen über Ionenströme, wobei die Übertragung in beide Richtungen, also bidirektional, stattfindet. Die Prä- und Postsynapse sind über Gap Junctions miteinander verbunden. Diese sind Zell-Zell-Kontakte, welche aus Connexin-Proteinkomplexe (Connexone) gebildet werden. Erreicht das Aktionspotential die Präsynapse, entsteht zwischen den beiden Zellen ein Potenzialgefälle, da die zweite Zelle noch nicht erregt ist, wodurch positiv geladene Ionen durch die Connexone diffundieren und so die postsynaptische Zelle depolarisiert und ein neues Aktionspotential ausgelöst wird.
An Synapsen können verschiedene Neurotoxine an unterschiedlichen Stellen der Erregungsübertragung eingreifen. An den Calciumkanälen kann beispielsweise das Gift der Schwarzen Witwe, Alpha-Latrotoxin, zu einem übermäßigen Calciumionen-Einstrom führen. Dadurch werden alle Vesikel in den synaptischen Spalt ausgeschüttet und es kommt zu einer Dauererregung, wodurch die Muskeln krampfen. Andersherum kann das Bakteriengift Botulinumtoxin (Botox) verhindern, dass die Vesikel mit der Membran fusionieren. Es wirkt vor allem zwischen Neuron und Muskelzelle, wodurch der Neurotransmitter Acetylcholin (ACh) nicht freigesetzt werden kann. Das Insektizid E 605 hemmt die Aktivität des Acetylcholin abbauenden Enzyms, Acetylcholinesterase, wodurch ACh nicht zu Acetat und Cholin abgebaut werden kann. Das Acetylcholin bleibt an den Ionenkanälen gebunden und sorgt dafür, dass diese geöffnet bleiben. Dadurch strömen durchgehend Natriumionen in die postsynaptische Membran und lösen ein EPSP aus, wodurch die Muskeln krampfen. Das Curare-Gift bindet an die Acetylcholinrezeptoren der Kanäle in der postsynaptischen Membran und verhindert dadurch, dass Acetylcholin selbst binden kann. Dadurch wird kein Signal weitergeleitet. Das Gegenteil bewirkt Batrachotoxin, das Gift des schrecklichen Pfeilgiftfrosches. Durch die Bindung mit dem Acetylcholin-Rezeptor verhindert es das Schließen des Kanals und Natrium strömt dauerhaft in die Postsynapse, wodurch die Muskeln übermäßig aktiviert werden und verkrampfen.

Welche der folgenden Aussagen ist bzw. sind ableitbar?

I. Chemische und elektrische Synapsen kommen im menschlichen Körper in etwa gleich häufig vor.
II. Bei chemischen Synapsen verläuft das Signal von der Axonendverzweigung der ersten Nervenzelle über den synaptischen Spalt zur Postsynapse der zweiten Nervenzelle.
III. Durch einen Calciumionen-Ausstrom kommt es zum Verschmelzen der Vesikel mit der präsynaptischen Membran, was zur Ausschüttung der Neurotransmitter führt.