Neurotransmitter

Aufbau einer chemischen Synapse
Zytoplasma mit Zellskelett spannungs- aktivierter Calciumkanal synaptisches Bläschen Ionenpumpe Bindung an Rezeptor aktiviert Ionenkanal Neurotransmitter Präsynapt. Endigung (Axon) Spalt Postsynapt. Region (Dendrit)

Neurotransmitter (von altgriech. νεῦρον neuron ‚Sehne‘, ‚Nerv‘ und lat. transmittere ‚hinüber schicken‘, ‚übertragen‘) sind biochemische Botenstoffe, die an chemischen Synapsen die Erregung von einer Nervenzelle auf andere Zellen übertragen (synaptische Transmission).

Die Neurotransmitter werden im Zellkörper oder in der Endigung des Axons des sendenden Neurons synthetisiert.

Wirkweise

In die präsynaptische Membranregion des Neurons fortgeleitete elektrische Impulse, Aktionspotentiale, veranlassen über kurzzeitigen Calciumeinstrom die Ausschüttung der Botenstoffe aus Vorratsspeichern, den synaptischen Vesikeln. Dieser Vorgang ist eine Exozytose: Durch Fusion der Vesikelmembranen mit der präsynaptischen Membran wird das je enthaltene Quantum an Transmittermolekülen in den (extrazellulären) synaptischen Spalt freigesetzt und gelangt per Diffusion zu den Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran der nachgeschalteten Zelle.

Diese Membranproteine der subsynaptischen Region erkennen den jeweiligen Transmitter spezifisch an seiner molekularen räumlichen Struktur und Ladungsverteilung durch komplementäre Strukturen. Die Bindung eines Transmittermoleküls führt zur Umformung des Rezeptorproteins, wodurch direkt (ionotrop) oder mittelbar (metabotrop) bestimmte Ionenkanäle in dieser Region vorübergehend geöffnet werden.

Abhängig von der Zahl an Rezeptoren mit gebundenem Transmitter entstehen so Ionenströme verschiedener Stärke mit entsprechenden postsynaptischen Potentialdifferenzen (PSP). Entweder sind diese, festgelegt über die in der Membran angetroffene Zuordnung von Rezeptoren zu Ionenkanälen bestimmter Ionensorte, nun depolarisierend, so dass sie als exzitatorisches postsynaptisches Potential (EPSP) eine Erregung der nachgeschalteten Zelle fördern bzw. zur Bildung eines Aktionspotentials führen, oder aber so, dass sie diese als inhibitorisches postsynaptisches Potential (IPSP) hemmen bzw. eine Erregung verhindern.

Neben dem eigentlichen Neurotransmitter werden nicht selten noch Kotransmitter ausgeschüttet (Kotransmission), welche die Erregungsübertragung auf verschiedene Weise als Neuromodulatoren beeinflussen können. Die Bindung von Transmittern an Rezeptormolküle ist in der Regel reversibel, nach Ablösung somit erneut möglich. Begrenzt wird ihre Wirkung nicht allein durch Diffusion, sondern durch enzymatische Spaltung (z. B. Cholinesterasen), Aufnahme in Gliazellen, präsynaptische Wiederaufnahme in das Neuron oder auch eine postsynaptische Internalisation samt Rezeptor (als Endozytose). Daneben ist postsynaptisch die prompte Inaktivation von Ionenkanälen (Desensitisierung) möglich. Weiterhin können präsynaptisch gelegene Autorezeptoren für den Transmitter dessen Freisetzung negativ rückgekoppelt beschränken. Darüber hinaus sind zahlreiche weitere präsynaptische Rezeptoren bekannt, überwiegend metabotrop G-Protein-gekoppelte Rezeptoren, womit sich vielfältige Modifikationen synaptischer Übertragung ergeben.

Für die Wirkung einer synaptischen Transmission ist nicht die präsynaptisch als Transmitter ausgeschüttete chemische Substanz entscheidend, sondern die postsynaptisch ausgebildete Empfänglichkeit der nachgeordneten Zelle. Beispielsweise ruft der gleiche Transmitter Acetylcholin im Skelettmuskel – vermittelt über ionotrope nikotinische N_M-Cholinozeptoren – eine Depolarisation hervor und im Herzmuskel – vermittelt über metabotrope muskarinische M₂-Cholinozeptoren – eine Hyperpolarisation. Im einen Fall führt dies zu einer Erregung von Skelettmuskelfasern, im anderen Fall zu einer Abnahme der Erregbarkeit von Herzmuskelzellen.

Beispiele

Der wichtigste Transmitter im peripheren Nervensystem ist Acetylcholin, so nicht nur an der motorischen Endplatte von Muskelfasern, sondern auch im parasympathischen Teil des vegetativen Nervensystems sowie präganglionär im sympathischen Teil, postganglionär wird hier meist Noradrenalin ausgeschüttet (doch sind z. B. die Schweißdrüsen cholinerg innerviert).

Der wichtigste Neurotransmitter im zentralen Nervensystem (ZNS) ist Glutamat, mit erregender Wirkung; die wichtigsten Transmitter inhibitorischer Synapsen sind Gamma-Aminobuttersäure (GABA) und Glycin. Andere häufige Neurotransmitter sind Dopamin und Serotonin neben Acetylcholin und Noradrenalin, auch bei Synapsen im ZNS.

Chemische Zuordnung

Biochemisch betrachtet sind die meisten bekannten Neurotransmitter neben Acetylcholin (Cholin z. B. möglich aus Methionin oder Serin, cholinerge Übertragung) entweder

• Derivate von Aminosäuren (durch bzw. nach Decarboxylierung) – wie Dopamin bzw. Noradrenalin und Adrenalin (aus Tyrosin, katechol-aminerge) oder Histamin (aus Histidin, histaminerge) oder GABA (aus Glutamat, GABAerge) bzw. Serotonin (aus Tryptophan, serotoninerge) – oder es sind
• (α-)Aminosäuren – wie Glycin (glycinerge) oder Glutamat (glutamaterge) – oder es sind
• Oligopeptide, also kurze Ketten zusammengesetzter Aminosäuren, (peptiderge) – so etwa Oxytocin, Vasopressin (ADH), Somatostatin (SIH), Tachykinin, Cholecystokinin, Neurotensin und auch die opioid wirkenden Neuropeptide, Opioidpeptide, wie beispielsweise die Endorphine.

Daneben fungieren Phosphosester von Purinen wie AMP, ADP, ATP sowie UDP und UTP auch an Synapsen als (Ko-)Transmitter.

Einteilung

Die Neurotransmitter können nach Stoffklassen in verschiedene Arten eingeteilt werden. Die wichtigsten Neurotransmitter sind:

Biogene Amine

• Acetylcholin
• Katecholamine:

• Noradrenalin
• Adrenalin
• Dopamin

• Serotonin
• Dimethyltryptamin
• Histamin (biochemische Struktur jedoch von anderen biogenen Aminen verschieden)

Neuropeptide

• Endorphine und Enkephaline
• Substanz P
• Somatostatin
• Insulin
• Glucagon

Aminosäuren

• Inhibitorische Aminosäuretransmitter

• γ-Aminobuttersäure = GABA = 4-Aminobuttersäure
• Glycin
• β-Alanin
• Taurin

• Exzitatorische Aminosäuretransmitter

• Glutaminsäure
• Asparaginsäure
• Cystein
• Homocystein

Lösliche Gase

• Stickstoffmonoxid
• Kohlenstoffmonoxid

Siehe auch

• Glutamat-Rezeptor
• Amphetamin
• Halluzinogen
• Hormon
• Nervenwachstumsfaktor
• Kotransmitter
• Liste von Neurotransmittern
• Abhängigkeitssyndrom

Weblinks

 Commons: Neurotransmitter – Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

 Wikibooks: Elementarwissen medizinische Psychologie und medizinische Soziologie – Lern- und Lehrmaterialien

• Ben Best: Brain Neurotransmitters (auf Englisch)
• Drogen und Gehirn (auf Holländisch)
• Synthesewege von Neurotransmittern (PDF-Datei; 1,41 MB)