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Synapse – Aufbau und Funktion 05:51 min

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Transkript Synapse – Aufbau und Funktion

Hallo, mein Name ist Sabine und in diesem Film schauen wir uns näher die Vorgänge an den Synapsen an.

Doch zunächst musst du wissen, was eine Synapse überhaupt ist. Zuerst gäbe es da das Axonendknöpfchen. Das ist die Endstelle der Nervenzelle. Dann kann dieses Axonendknöpfchen an eine weitere Zelle angrenzen. Diese kann z. B. der Zellkörper eines Folgeneurons sein, das Soma, ein Dendrit eines Folgeneurons oder eine Muskel- oder Drüsenzelle. Den Abstand zwischen diesen beiden Zellen nennt man synaptischen Spalt und diese 3 Teile zusammen, das ergibt dann eine Synapse. Eine Synapse ist also die Kontaktstelle von einem Neuron zum nächsten Neuron oder von einem Neuron zu einer Muskel- oder Drüsenzelle.

Am einfachsten lassen sich die Vorgänge an den Synapsen an den neuromuskulären Synapsen erklären. Das ist eine Verbindungsstelle zwischen einem Axon und einer Muskelfaser, deswegen heißen neuromuskuläre Synapsen auch motorische Endplatten. Das Axonendknöpfchen enthält kleine Bläschen, die synaptischen Bläschen. Das sind kleine membranumgrenzte Räume, sogenannte Vesikel. Die grünen Kästchen sollen Acetylcholin darstellen, der Neurotransmitter in neuromuskulären Synapsen. Neurotransmitter sind Informationsstoffe, die über den synaptischen Spalt wandern und an der nächsten Zelle eine Reaktion auslösen.

Wenn jetzt ein Aktionspotential im Axonendknöpfchen ankommt, werden spannungsgesteuerte Calciumkanäle geöffnet. Nun strömen Calciumionen, das sind die kleinen blauen Kästchen in das Innere des Axonendknöpfchens. Die Calciumionen sorgen dafür, dass die synaptischen Bläschen sich Richtung präsynaptischer Membran bewegen und mit ihr verschmelzen. Nun kann unser Neurotransmitter Acetylcholin in den synaptischen Spalt gegeben werden. Die Calciumionen werden wieder aus dem Zytoplasma gepumpt, damit nicht zu viele Bläschen ihr Acetylcholin abgeben können.

Auf der anderen Seite, der postsynaptischen Membran, befinden sich Rezeptoren für das Acetylcholin. Das sind die gelben Kästchen. Acetylcholin bindet nach Schlüssel-Schloss-Prinzip, ganz wichtig immer in der Klausur schreiben, an den Rezeptor an. An der postsynaptischen Membran besteht ein Ruhepotential. Wenn du nicht weißt, was das ist, dann schau dir bitte noch einmal das gleichnamige Video von mir an. Wenn das Acetylcholin an den Rezeptor bindet, werden Natriumkanäle und Kaliumkanäle in der postsynaptischen Membran geöffnet. Die Natriumionen sind außerhalb der postsynaptischen Membran und die Kaliumionen innerhalb. Durch das Andocken des Acetylcholins strömen nun ganz viele Natriumionen in das Zellinere, und nur sehr weniger Kaliumionen nach außen. Das heißt, die postsynaptische Membran wird umgepolt. Das heißt, sie ist außen nun negativ geladen und innen nun positiv.

Unsere postsynaptische Membran gehört ja zu einem Muskel. Das Ruhepotential des Muskels wurde nun umgepolt und ist jetzt ein Endplattenpotential. Wenn dieses Endplattenpotential den Schwellenwert überschreitet, gibt es ein Aktionspotential, das sich über die ganze Muskelfaser ausbreitet und der Muskel kann kontrahieren.

Doch nun zurück zu unserer Synapse. Neben den Rezeptoren gibt es auf der postsynaptischen Membran auch ein Enzym, welches Cholinesterase heißt. An der Endung -ase erkennst du, dass es ein Enzym ist. Wenn Acetylcholin nun an das Cholinesterase andockt, geschieht Folgendes: Das Enzym spaltet den Transmitter in Acetat und in Cholin. Acetat kann sehr leicht vom Körper selbst hergestellt werden und deswegen wird es ins Blut abgegeben. Cholin ist schon etwas seltener und wird deswegen zurück in das Axonendknöpfchen transportiert. Nach dieser Reaktion liegt das Enzym unverändert vor, das ist ja ganz normal und das solltest du aus den Enzymreaktionen schon wissen.

Zum Schluss betrachten wir noch einmal kurz die Synapsen im Zentralnervensystem. Diese verbinden grundsätzlich Nervenzellen und funktionieren ähnlich wie die neuromuskulären Synapsen. Neben Acetylcholin gibt es aber auch noch andere Transmitter, z. B. Glutamat, Aminobuttersäure, Serotonin, Dopamin und Noradrenalin. Eine Nervenzelle kann gleichzeitig mehrere Transmitter besitzen, d. h. es gibt sehr viele Möglichkeiten, wie Informationen übertragen werden können. Unterschiedlich sind auch die Rezeptoren. Es gibt welche, die, wie bei den neuromuskulären Synapsen, direkt Ionenkanäle öffnen. Dann gibt es aber auch Rezeptoren, die eine Signalkette auslösen, d. h. ein Signalmolekül wird aktiviert, z. B. das zyklische Adenosinmonophosphat, kurz cAMP. Dieses kann dann verschiedene Funktionen ausführen. Es kann z.B. die Durchlässigkeit der Membran erhöhen oder Ionenkanäle öffnen.

Damit dieses Video nicht zu lang wird, gebe ich dir hier schon mal eine Vorschau auf die Themen, die noch fehlen und die dann noch behandelt werden. Und zwar werde ich dir bald den Unterschied zwischen hemmenden und erregenden Synapsen erklären und somit auch die Informationsverarbeitung im Soma.

Ich hoffe dir hat dieser Film gefallen und konnte dir beim Lernen helfen. Vielen Dank für deine Aufmerksamkeit und fürs Zusehen. Hoffentlich bis bald. Sabine.

20 Kommentare
  1. Hallo Andresbodamerstrolch 
    wir bestücken die Videos nach und nach mit interaktiven Übungen. Natürlich streben wir eine möglichst hohe Abdeckung an.
    Beste Grüße aus der Redaktion

    Von Tatjana Elbing, vor mehr als einem Jahr
  2. Warum keine weiteren übungsaufgaben ?

    Von Andresbodamerstrolch, vor mehr als einem Jahr
  3. Hallo,
    ja, du hast recht.Kalium- und Natriumionen sind positiv geladen. Die Kaliumionen sind im Inneren der Zelle im Überschuss, also ist die Konzentration der Kaliumionen innerhalb der Zelle viel höher als außen, weswegen sie aufgrund der Ungleichverteilung nach außen diffundieren. Das ist nur möglich, weil die Biomembran für Kaliumionen permeabel ist. Da die negativen Ionen in der Zelle zurückbleiben und nicht hinausdiffundieren können, ist das innere der Membran negativ.
    Zu deiner ersten Frage: Die Konzentration von Natriumionen innerhalb der Zelle ist sehr gering und die spannungsabhängigen Natriumkanäle im Ruhezustand geschlossen. Wenn eine Zelle erregt wird, öffnen sich diese Natriumkanäle, sodass das Innere der Zelle zunehmend positiver wird.
    Ich hoffe, die Antwort hilft dir weiter!
    LG

    Von Serpil K., vor mehr als 4 Jahren
  4. Warum bewirkt NA+ einen Spannungsunterschied?
    Es wird gesagt, dass der Innenraum voll mit K+ ionen ist. Aber der Innenraum ist negativ. WIE KANN DAS SEIN wenn K+ Ionen doch positiv sind! Da ist doch ein "plus" hinter dem K, also muss es positiv sein... klar sind da auch noch Cl- ionen...

    eigentlich sind Natrium und Kalium doch positiv, nur Chlorid ist negativ...damit die ladung positiv wird, müssten doch negative chlourid ionen rausströmen... bitte klärt mich auf...

    gute videos, angenehme stimme, danke danke danke

    Von L Bond, vor mehr als 4 Jahren
  5. Das ist ein sehr gutes Video, um nocheinmal kurz alles vor einem Test durchzugehen.
    Vielen Dank dafür!

    Von Dominik K., vor mehr als 4 Jahren
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Synapse – Aufbau und Funktion Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Synapse – Aufbau und Funktion kannst du es wiederholen und üben.

  • Definiere die Bestandteile der chemischen Erregungsübertragung.

    Tipps

    Enzyme erkennt man an der Endung -ase.

    Der synaptische Spalt kann nicht durch elektrische Erregung überbrückt werden. Hierfür werden Überträgerstoffe benötigt.

    Ein Vesikel ist ein membranumgrenzter Raum im Cytoplasma, mit dem Stoffe transportiert werden.

    Lösung

    Eine Synapse ist eine Kontaktstelle zwischen verschiedenen Nervenzellen oder zwischen Nervenzellen und Muskel- bzw. Drüsenzellen.

    Synapsen bestehen aus drei Bereichen:

    • präsynaptischer Teil
    • synaptischer Spalt
    • postsynaptischer Teil
    An den Enden von Nervenzellen befindet sich der präsynaptische Teil der Synapsen: das Endknöpfchen, welches winzige Bläschen mit den Botenstoffen enthält. Dem gegenüber liegt der postsynaptische Teil einer jeweils nachgeschalteten Zelle, auf welchem Rezeptoren haften. Zwischen dem präsynaptischen Teil einer Nervenzelle und dem postsynaptischen Teil der nächsten Zelle befindet sich der synaptische Spalt.

    Als Neurotransmitter werden chemische Substanzen bezeichnet, die Informationen an der Synapse übertragen. Diese Überträgerstoffe werden durch synaptische Bläschen zur präsynaptischen Membran transportiert. Das sind membranumgrenzte Räume im Endknöpfchen, auch Vesikel genannt.

    Acetylcholin ist ein Neurotransmitter in neuromuskulären Synapsen des Menschen. Es wird vom Enzym Acetylcholinesterase in Acetat- und Cholinmoleküle aufgespalten.

  • Beschreibe den Ablauf der chemischen Erregungsübertragung.

    Tipps

    Der Ablauf der chemischen Erregungsübertragung beginnt und endet in dieser Aufgabe mit einem Aktionspotential.

    Die Öffnung von Calciumkanälen bewirkt die Verschmelzung von Vesikeln im Endknöpfchen mit der Zellmembran.

    Ein Aktionspotential kann den synaptischen Spalt nicht überwinden. Es ist auf Überträgerstoffe angewiesen, die dafür sorgen, dass es an der Postsynapse wieder ausgelöst wird.

    Lösung
    1. Ein Aktionspotential erreicht das Endknöpfchen.
    2. Spannungsgesteuerte Calciumkanäle öffnen sich.
    3. Vesikel mit Neurotransmittern wandern in Richtung präsynaptischer Membran und verschmelzen mit dieser.
    4. Die Neurotransmitter werden in den synaptischen Spalt entlassen und diffundieren durch diesen bis zur postsynaptischen Membran.
    5. Die Neurotransmitter binden an die Rezeptoren der postsynaptischen Membran nach Schlüssel-Schloss-Prinzip.
    6. Rezeptorgesteuerte Ionenkanäle an der postsynaptischen Membran öffnen sich.
    7. Ionen strömen durch die Ionenkanäle in die nachfolgende Zelle ein und verändern das Membranpotential. Handelt es sich bei der nachgeschalteten Zelle um eine Muskelfaser, wird das postsynaptische Potential als Endplattenpotential bezeichnet.
    8. Überschreitet das postsynaptische Potential den Schwellenwert wird ein Aktionspotential in der nachgeschalteten Zelle ausgelöst.
  • Vergleiche die chemische Erregungsübertragung mit der elektrischen Erregungsleitung.

    Tipps

    Wird ein Aktionspotential ausgelöst, läuft es immer gleich ab. Die Stärke eines Reizes wird mit der Anzahl an hintereinander geschalteten Aktionspotentialen pro Zeiteinheit übermittelt.

    Lösung

    $\begin{array}{l|c|c} { } & \textbf{Chemische~Erregungsübertragung} & \textbf{Elektrische~Erregungsleitung} \\ \hline \text{Ort:} & \text{Synapse} & \text{Axon} \\ \hline \text{Dient der Weiterleitung der Erregung:} & \text{Neurotransmitter} & \text{Aktionspotential} \\ \hline \text{Signalstärke~kodiert~durch:} & \text{Menge~des~Neurotransmitters} & \text{Frequenz~der~Aktionspotentiale} \\ \hline \text{Signalübertragung:} & \text{zwischen~Zellen} & \text{innerhalb~einer~Zelle} \\ \hline \text{Übertragungsrichtung:} & \text{Folgezelle} & \text{Endknöpfchen} \\ \end{array}$

  • Leite die Wirkung verschiedener Synapsengifte auf die Erregungsübertragung ab.

    Tipps

    Botulinumtoxin ist in der Kosmetik unter dem Namen Botox besser bekannt. Es wird in die Gesichtsmuskulatur gespritzt mit dem Ziel, diese zu lähmen und so Falten zu reduzieren. Wodurch geschieht diese Lähmung auf neurobiologischer Ebene?

    Alpha-Latrotoxin veranlasst die zusätzliche Öffnung von Calciumkanälen im Endknöpfchen. Dadurch erhöht sich die Menge an Neurotransmittern im synaptischen Spalt drastisch.

    Coniin verhindert eine Depolarisation in der nachgeschalteten Zelle.

    Durch Alkylphosphate reichert sich der synaptische Spalt mit Acetylcholin an, da die Acetylcholinesterase unbrauchbar gemacht wurde.

    Lösung

    Die oben genannten Gifte lassen sich anhand ihrer Wirkung in drei Gruppen einteilen:

    1. Veränderte Freisetzung von Acetylcholin:

    Botulinumtoxin (Abbildung 3) wird von dem Bakterium Clostridium botulinum produziert, dass in schlecht konservierten Nahrungsmitteln vorkommen kann. Unter dem Namen Botox wird das Gift in der Schönheitschirurgie als Anti-Falten-Mittel genutzt. Alpha-Latrotoxin (Abbildung 5) ist der Hauptbestandteil des Giftes der Schwarzen Witwe, einer hochgiftigen Spinnenart.

    2. Blockade des Acetylcholin-Rezeptors:

    Coniin (Abbildung 2) ist das Gift des Gefleckten Schierlings, einer der giftigsten einheimischen Pflanzen. Suxamethonium (Abbildung 4) ist ein synthetisch hergestelltes Gift, welches in der Medizin als Muskelrelaxans angewendet wird.

    3. Hemmung der Acetylcholinesterase:

    Alkylphosphate (Abbildung 1) sind Bestandteil von Insektiziden, chemischen Kampfstoffen, sowie Weichmachern in Kunststoffen.

    Die meisten der hier genannten Gifte können in höheren Dosen tödlich wirken: Substanzen, welche eine Dauerdepolarisation zur Folge haben (Alpha-Latrotoxin, Alkylphosphate, Suxamethonium) können über eine Verkrampfung der Muskulatur, genannt starre Lähmung, Atemstillstand auslösen. Substanzen, welche eine Depolarisation der postsynaptischen Membran verhindern (Coniin, Botulinumtoxin) lösen das Gegenteil, eine schlaffe Lähmung, aus. Dies kann ebenfalls zum Atemstillstand führen.

  • Benenne einige Bestandteile der abgebildeten Synapse.

    Tipps

    Das Enzym Acetylcholinesterase spaltet hydrolytisch den Neurotransmitter Acetylcholin in Acetat und Cholin.

    Lösung

    Synapse

    1. Endknöpfchen
    2. Calciumkanal
    3. Vesikel
    4. Neurotransmitter
    5. Präsynaptische Membran
    6. Synaptischer Spalt
    7. Postsynaptische Membran
    8. Natriumkanal
    9. Rezeptor
    10. Enzym
  • Beurteile die Wirkung von Kokain im Nervensystem.

    Tipps

    Drei der acht Antwortmöglichkeiten sind falsch.

    Kokain beeinflusst die Wirkung von Neurotransmittern. Das sind chemische Substanzen, die Informationen im Nervensystem übertragen.

    Nachdem Dopamin von den Vesikeln ausgeschüttet wird, besetzt es die Dopamin-Rezeptoren an der postsynaptischen Membran. Damit diese nicht dauerhaft besetzt bleiben, sorgt ein Protein in der präsynaptischen Membran für den Rücktransport von Dopamin.

    Lösung

    Die Wirkdauer von Neurotransmittern im synaptischen Spalt ist zeitlich begrenzt. Sie werden entweder in das Axonendknöpfchen zurück transportiert oder von Enzymen abgebaut.

    Kokain greift genau hier in die chemische Weiterleitung von Nervenimpulsen an Synapsen ein. Die Droge blockiert die Dopamintransporter am Endknöpfchen und bewirkt eine Anreicherung des Neurotransmitters im synaptischen Spalt.

    Dadurch wird die Dopaminfunktion an den postsynaptischen Rezeptoren verstärkt. Dies löst unter anderem Euphorie und gesteigertes Selbstbewusstsein aus.

    Abhängige benötigen eine stetig steigende Dosis der Droge, was auf die zunehmende Unempfindlichkeit und den Abbau der Dopaminrezeptoren zurückzuführen ist. Wird Kokain abgesetzt, reagieren die Rezeptoren nicht mehr in gleichem Maße auf Dopamin: Depression können sich entwickeln und verursachen die Sehnsucht nach mehr Kokain.