Bei der elektrischen Synapse liegen die prä- und postsynaptischen
Membranen dicht beieinander und bilden Gap junctions, über die der
elektrische Strom von einer Zelle zur anderen fließen kann. Ein unterschwelliger
Strompuls, der in der Zelle A fließt, verursacht eine Membranpotentialänderung
in dieser Zelle. Sobald sich ein signifikanter Anteil dieses Stromes über
die Gap junctions in die Zelle B ausbreitet, wird dort ebenfalls eine nachweisbare
Membranpotentialänderung hervorgerufen. Da jeweils nur ein Teil des
gesamten Stromes, der in die Zelle A fließt, auf Zelle B übergreift,
ist die elektrotonische Potentialänderung, die über die Membran
der Zelle B auftritt, immer geringer als die bei der Zelle A. Die Gap junctions,
über die der Strom von einer Zelle zur anderen fließt, sind
in ihrem Widerstand gewöhnlich (jedoch nicht immer) symmetrisch –
d.h. der Strom trifft in jeder Richtung auf den gleichen Widerstand.
Die elektrische Verbindung zweier Neurone ermöglicht es, dass
lokale Ströme, die z.B. von einem Aktionspotential eines Neurons stammen,
in das andere Neuron übergreifen und es depolarisieren. Die Übertragung
eines Aktionspotentials über eine elektrische Synapse unterscheidet
sich danach kaum von der Fortleitung innerhalb einer Zelle, zumal beide
Phänomene von der elektrotonischen Ausbreitung eines lokalen Stromes
abhängen, die einem AP vorausgeht und neue Membranabschnitte depolarisiert
und erregt.
Da der elektrische Strom von der präsynaptischen Zelle direkt
in die postsynaptische Zelle übertragen wird, ist die synaptische
Verzögerung bei der elektrischen Synapse kürzer als bei den chemischen
Synapsen. Elektrische Synapsen sind daher hervorragend geeignet, die elektrische
Aktivität in einer ganzen Gruppe von Nervenzellen zu synchronisieren
bzw. schnell über mehrere Zellverbindungen zu übertragen.
(nach Eckert, 1986)
Chemische Synapsen
Abb.2: Chemische Synapse: synaptische Vesikel schütten Transmitter
aus, die den synaptischen Spalt überqueren und dort an Rezeptormoleküle
in der postsynaptischen Membran binden. (Kandel
et al., S. 191, Fig. 11-8, 1995)
Die meisten Synapsen im Nervensystem arbeiten mit einem Transmitter, mit
welchem das präsynaptische Neuron mit der postsynaptischen Zelle kommuniziert.
Der Ablauf der Ereignisse, die sich während einer chemischen Übertragung
abspielen, wird im folgenden geschildert:
In der präsynaptischen Axonendigung trifft ein AP ein. Die Depolarisation
aktiviert die Ca2+-Kanäle der Axonendigung, Ca2+
tritt ein. Die gestiegene Ca2+ Konzentration innerhalb der Zelle
löst die Exocytose von Transmitter enthaltenden Vesikeln aus. Diese
entleeren ihren Inhalt in den extrazellulären Raum. Der Transmitter
diffundiert durch den extrazellulären Raum und bindet an Rezeptormolekülen
in der postsynaptischen Membran. Die Anheftung des Transmitters aktiviert
Ionenkanäle, die mit den Rezeptormolekülen verbunden sind. Permeable
Ionen tragen daraufhin einen postsynaptischen Strom entlang des dominierenden
elektrochemischen Gradienten. Der postsynaptische Strom bewirkt ein postsynaptisches
Potential. Übertrifft die Potentialänderung das Schwellenpotential,
kommt es zur Auslösung eines Aktionspotentials. Ganz allgemein kann
man sagen, dass die chemische Übertragung flexibler ist als die elektrische
und sowohl hemmende als auch erregende Wirkungen haben kann. Darüber
hinaus können selbst kleine präsynaptische Fasern mittels ihres
chemischen Transmitters postsynaptische Kanäle aktivieren, die starke
Ströme leiten.
Die chemische Erregungsübertragung erfolgt durch einen extrazellulären,
etwa 20 nm breiten synaptischen Spalt, der die Membranen der prä-
und postsynaptischen Zellen voneinander trennt. In der präsynaptischen
Axonendigung befinden sich je nach Zelle wenige (5-10) bis einige Tausend
membranumhüllte synaptische Vesikel, die einen Durchmesser von ungefähr
40nm haben und jeweils 104 bis 5·104 Transmittermoleküle
enthalten.
(nach Eckert, 1986)
