Schematische Darstellung einer chemischen Synapse
Die Endigung eines Axons enthält große Mengen von Vesikeln (40 - 200 nm im Durchmesser), die mit Neurotransmittern gefüllt sind. Die Vesikel gelangen entlang der Mikrofibrillen (Mf) und Mikrotubuli (Mt) des Zytoskeletts in die Präsynapse und werden dort gespeichert. Präsynaptische und postsynaptische Membranen sind durch den synaptischen Spalt (25-35 nm) getrennt. Beim Eintreffen von Aktionspotentialen in der Präsynapse fusionieren synaptische Vesikel (SV) mit der Membran und entleeren ihre Neurotransmitter in den synaptischen Spalt. Die Neurotransmitter binden an spezifische Rezeptoren (zB Glutamatrezeptoren, GABA-Rezeptoren, Glyzinrezeptoren) und übertragen damit die Erregung (oder die Inhibition) auf die postsynaptische Zelle. Ca2+-Signale sind bei diesem Prozess auf beiden Seiten des synaptischen Spalts beteiligt. Die Fusion der Transmittervesikel ist Ca2+-abhängig (siehe unten). Zudem entstehen postsynaptische Ca2+-Signale, wenn Ca2+-permeable, ionotrope Transmitterrezeptoren (zB Glutamatrezeptoren) aktiviert werden, oder wenn durch metabotrope Rezeptoren Ca2+-Freisetzung aus dem postsynaptischen endoplasmatischen Retikulum (SER) induziert wird. M: Mitochondrien; Pin: Pinozytosevesikel Aus: Ude und Koch (1994) |
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Der Fusionsprozesses von Transmittvesikeln.
Hier ist (stark vereinfacht!) die Fusion eines Transmittervesikels mit der präsynaptischen Membran als 5-stufiger Prozess dargestellt. Transport: Zunächst müssen die Vesikel in die synaptische Endigung gelangen und dort nahe der postsynaptischen Membran gelagert werden. An diesem Prozess ist das Zytoskelett beteiligt. Targeting: Ein Komplex unterschiedlicher Proteine (hier durch die bunten Symbole links dargestellt) positioniert das Vesikel nah an der Membran - in der sogenannten aktiven Zone. Tethering: Eine andere Gruppe von Proteinen (die rab-GTPasen) binden das Vesikel fest an die Membran in der aktiven Zone, so daß Plasmamembran und Vesikelmembran wechselwirken können. Docking: Wenn Vesikel und Plamsamembran eng genug assoziiert sind, bildet sich der sogenannte SNARE-Komplex. Darin binden drei SNARE-Proteine (SNARE = soluble NSF attachment receptor; NSF = NEM-sensitive fusion factor; NEM = N-Ethylmaleimid) aneinander, wobei eines in der Vesikelmembran verankert ist (vSNARE = vesicle-associated SNARE) und zwei mit der präsynaptischen Membran (t-SNARE = target membrane-localized SNARE). Die Bildung des SNARE-Komplexes führt vermutlich zur Hemifusion, d.h. zur Verschmelzung der äußeren Schicht Vesikelmembran mit der innerem Schicht der Plasmamembran. Fusion: Die vollständige Verschmelzung von Vesikel- und Plasmamembran erfordert vermutlich Ca2+. Der genaue Mechanismus des Ca2+-Effekts auf den Fusionsprozess ist jedoch noch nicht aufgeklärt. Es scheint aber, daß immer dann, wenn biologische Membranen miteinander fusionieren, Ca2+ im Spiel ist. Aus: Bajjalieh (1999) |
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