Synaptischer Spalt

Definition und Bedeutung

Der synaptische Spalt ist der schmale Zwischenraum zwischen der präsynaptischen Membranregion (Präsynapse) einer Nervenzelle und der postsynaptischen beziehungsweise subsynaptischen Membranregion (Postsynapse) einer nachgeschalteten Zelle. Diese Zielzelle kann eine Nervenzelle, Muskelzelle oder Drüsenzelle sein.

Bei chemischen Synapsen ist der Spalt meist etwa 20–30 nm breit. Er trennt die Plasmamembranen beider Zellen voneinander und ist damit trotz seiner geringen Breite zu weit, um von einem elektrischen Signal direkt übersprungen zu werden. Deshalb wird die Erregung mithilfe chemischer Botenstoffe, der Neurotransmitter, übertragen.

Ablauf der Signalübertragung

Erreicht ein Aktionspotential die präsynaptische Endigung eines Axons, wird das elektrische Signal zunächst in ein chemisches Signal umgewandelt. Neurotransmitter liegen dafür in synaptischen Vesikeln, also kleinen membranumhüllten Bläschen, an der Innenseite der präsynaptischen Membran bereit. Als Reaktion auf das Aktionspotential werden sie durch Exozytose in den synaptischen Spalt freigesetzt.

Die Neurotransmittermoleküle diffundieren durch den Spalt und binden an passende Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran. Art und Menge der ausgeschütteten Neurotransmitter bestimmen das übertragene Signal mit. Ebenso wichtig ist, welche spezifischen Membranrezeptoren die postsynaptische Zelle besitzt.

Die Bindung an die Rezeptoren öffnet direkt oder mittelbar Ionenkanäle und verändert dadurch das Membranpotential der Zielzelle. Bei einer direkten, ligandengesteuerten Wirkung spricht man von ionotroper Signalübertragung; eine mittelbare Wirkung heißt metabotrop.

Wirkung und Beendigung des Signals

Eine chemische Synapse kann exzitatorisch oder inhibitorisch wirken. An einer exzitatorischen Synapse kann die Veränderung des Membranpotentials unter bestimmten Umständen ein Aktionspotential in der nachgeschalteten Zelle auslösen. An einer inhibitorischen Synapse wird die Bildung eines Aktionspotentials dagegen vorübergehend behindert.

Die Bindung eines Neurotransmitters an seinen Rezeptor ist meist reversibel: Der Botenstoff löst sich wieder vom Rezeptor. Anschließend kann er durch enzymatischen Abbau beseitigt oder in die präsynaptische Endigung wiederaufgenommen und so aus dem synaptischen Spalt entfernt werden.

Chemische und elektrische Synapsen

Bei elektrischen Synapsen sind die beteiligten Zellen durch sogenannte Gap Junctions unmittelbar miteinander verbunden. Dadurch können Ladungsunterschiede direkt als elektrische Signale weitergegeben werden, sodass sich eine Erregung in diesem Zellverbund rasch ausbreitet.

Bei chemischen Synapsen verursacht die Umwandlung vom elektrischen zum chemischen und anschließend wieder zum elektrischen Signal eine synaptische Latenzzeit. Ihre Signalübermittlung ist daher deutlich langsamer als diejenige elektrischer Synapsen. Dafür ermöglicht sie verschiedene Modulationen und Veränderungen der Signalübertragung, darunter auch hemmende Wirkungen.