Video: Neurotransmitter

Hättest du gedacht, dass diese winzigen Moleküle hinter jedem deiner Gedanken, Gefühle und Bewegungen stecken? Stell dir vor, dein Körper wäre ein Hochgeschwindigkeits-Datenzentrum, in dem Neurotransmitter als kleine, rasende Boten unterwegs sind. Sie übermitteln blitzschnell lebenswichtige Nachrichten, die alles im Gleichgewicht halten – von der einfachen Bewegung deiner Finger bis hin zu komplexen Emotionen wie Liebe und Freude. Ohne sie wäre keiner dieser Prozesse möglich.

Lasst uns somit tiefer in die Welt der Neurotransmitter eintauchen.

Neurotransmitter sind chemische Botenstoffe, die Neurone nutzen, um miteinander und mit anderen Zelltypen zu kommunizieren – ein Prozess, der als synaptische Übertragung oder Neurotransmission bekannt ist. Diese kleinen Moleküle spielen eine entscheidende Rolle bei der Weiterleitung sensorischer, motorischer und kognitiver Signale und steuern essentielle Funktionen wie Emotionen, Gedanken, Erinnerungen und Bewegungen.

Schauen wir uns also zunächst genauer an, wie sie wirken.

Die Kommunikation zwischen Neuronen und ihren Zielgeweben mithilfe von Neurotransmittern wird als chemische Neurotransmission bezeichnet und findet an spezialisierten Verbindungsstellen, den Synapsen, statt. Eine Synapse besteht aus drei Hauptkomponenten: der präsynaptischen Membran – der Membran des Endknöpfchens der präsynaptischen Nervenfaser –, der postsynaptischen Membran – der Membran der Zielzelle – und dem synaptischen Spalt, dem Zwischenraum zwischen beiden Membranen.

Im Endknöpfchen des präsynaptischen Neurons befinden sich zahlreiche synaptische Vesikel, die Neurotransmitter speichern. Sobald ein Aktionspotential das präsynaptische Terminal erreicht, setzt dies einen Prozess in Gang: Die synaptischen Vesikel verschmelzen mit der präsynaptischen Membran und geben ihre Neurotransmitter durch Exozytose in den synaptischen Spalt frei. Dort überqueren sie den Spalt und binden an spezifische Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran, was je nach Art des Neurotransmitters eine stimulierende oder hemmende Reaktion in der Zielzelle auslöst.

Grundsätzlich werden zwei Typen von Neurotransmitter-Rezeptoren unterschieden: ionotrope und metabotrope Rezeptoren.
Ionotrope Rezeptoren sind ligandengesteuerte Ionenkanäle. Sobald ein Neurotransmitter – auch Ligand genannt – daran bindet, öffnen sich die Kanäle und ermöglichen den Durchfluss von Ionen. Diese Rezeptoren wirken besonders schnell und sorgen für eine rasche synaptische Übertragung, die kurzfristige, unmittelbare Reaktionen vermittelt.

Metabotrope Rezeptoren hingegen bilden keine direkten Ionenkanäle. Stattdessen nutzen sie G-Proteine und sekundäre Botenstoffe, auch Second Messenger genannt, um die ionische Aktivität in Neuronen indirekt zu modulieren. Die größte Familie dieser Rezeptoren sind die G-Protein-gekoppelten Rezeptoren.

Da metabotrope Rezeptoren eine mehrstufige Signalkaskade innerhalb der Zelle aktivieren, arbeiten sie langsamer als ionotrope Rezeptoren. Dies bedeutet jedoch auch, dass ihre Effekte auf die Zellfunktion länger andauern.

Im menschlichen Nervensystem sind über 60 verschiedene Neurotransmitter bekannt. Werfen wir einen Blick darauf, in welche Gruppen sie eingeteilt werden können.

Eine Möglichkeit der Einteilung basiert auf ihrer chemischen Struktur. Dabei werden vier Hauptgruppen unterschieden: Monoamine, Aminosäuren, Neuropeptide sowie eine "Sonstige"-Gruppe, die Neurotransmitter umfasst, die nicht eindeutig in die ersten drei Kategorien passen.

Betrachten wir zuerst die Monoamine: Dabei handelt es sich um relativ kleine Moleküle, die aufgrund ihrer niedrigmolekularen Struktur leicht durch den synaptischen Spalt diffundieren können. Sie sind an Prozessen wie der Bewegungskoordination, der Regulierung von Stimmung, Schlaf, Wachsamkeit und verschiedenen autonomen Funktionen beteiligt. Zu dieser Gruppe gehören Dopamin, Adrenalin, Noradrenalin, Histamin und Serotonin.

Die zweite Gruppe umfasst Aminosäuren, die – ähnlich wie die Monoamine – relativ kleine Moleküle sind. Beide können leicht durch den synaptischen Spalt diffundieren, wobei Aminosäuren aufgrund ihrer komplexeren Seitenketten etwas größer sind. Aminosäure-Neurotransmitter sind essentiell für erregende und hemmende Signalübertragungen, sensorische Verarbeitung, motorische Kontrolle, neuronale Entwicklung und synaptische Plastizität. Zu dieser Gruppe gehören Glutamat, Gamma-Aminobuttersäure, abgekürzt GABA, und Glycin.

Die dritte Gruppe, die Neuropeptide, besteht aus größeren und komplexeren Neurotransmittern. Wie der Name schon sagt, bestehen sie, im Gegensatz zu den modifizierten Aminosäuren der vorherigen Gruppen, aus Peptidketten. Diese Unterscheidung ist wichtig, da sie den Ort ihrer Synthese bestimmt.

Während kleinere Neurotransmitter wie Monoamine und Aminosäuren direkt im Endknöpfchen synthetisiert werden können, erfordert die Produktion von Neuropeptiden spezielle Zellorganellen, die nur im Zellkörper eines Neurons vorhanden sind. Da die Endknöpfchen diese Organellen nicht besitzen, werden Neuropeptide im Zellkörper gebildet und in große Kernvesikel verpackt. Während ihres Transports zu den Freisetzungsstellen werden sie durch enzymatische Spaltung verkleinert.

Neuropeptide spielen eine entscheidende Rolle bei der Modulation von Schmerzempfindung, Stressreaktionen, Appetitregulation, Fortpflanzung, Schlaf, Lernen und Immunreaktionen. Zu den wichtigsten Vertretern dieser Gruppe gehören Substanz P, Neuropeptid Y, Endorphine, Enkephaline, Vasopressin und Oxytocin.

Die "Sonstige"-Gruppe von Neurotransmittern umfasst eine Vielzahl von Substanzen, die nicht in die Hauptkategorien passen, da sie einzigartige strukturelle Eigenschaften und Wirkmechanismen besitzen. Diese Gruppe umfasst sowohl kleine Moleküle wie Acetylcholin, als auch Gase wie Stickstoffmonoxid und Lipide wie Endocannabinoide.

Neben der strukturellen Klassifikation ist es oft hilfreicher, Neurotransmitter nach ihrer Funktion zu kategorisieren. Dabei unterscheidet man zwei Hauptgruppen: exzitatorische, erregende und inhibitorische, hemmende Neurotransmitter.

Es ist wichtig zu wissen, dass viele Neurotransmitter sowohl erregende als auch hemmende Wirkungen haben können – abhängig davon, an welche postsynaptischen Rezeptoren sie binden. In diesem Tutorial konzentrieren wir uns jedoch auf die jeweils häufigste Wirkung der einzelnen Neurotransmitter.

Exzitatorische Neurotransmitter aktivieren Rezeptoren auf der postsynaptischen Membran, was zur Depolarisation des Neurons führt. Dadurch steigt die Wahrscheinlichkeit, dass es selbst ein Aktionspotential auslöst, wodurch die Signalübertragung in neuronalen Netzwerken gefördert wird. Zu den wichtigsten exzitatorischen Neurotransmittern gehören Glutamat, Acetylcholin, Adrenalin, Noradrenalin sowie Serotonin.

Inhibitorische Neurotransmitter hingegen verhindern die Erzeugung eines Aktionspotentials, indem sie das postsynaptische Neuron hyperpolarisieren. Dadurch wird es weniger wahrscheinlich, dass das Neuron das Schwellenpotential erreicht und selbst ein Signal weiterleitet. Dies führt zu einer Dämpfung der neuronalen Erregbarkeit. Zu den wichtigsten inhibitorischen Neurotransmittern gehören GABA, Glycin und Serotonin. Letzteres ist ein Beispiel für einen Neurotransmitter, der je nach Rezeptor sowohl erregend als auch hemmend wirken kann.

Werfen wir nun einen genaueren Blick auf einige der wichtigsten und am besten erforschten Neurotransmitter im Körper.

Der erste Neurotransmitter in unserer Liste ist Acetylcholin – ein überwiegend erregender Botenstoff, der von cholinergen Neuronen produziert wird. Seine Hauptaufgabe besteht darin, Muskelkontraktionen zu stimulieren, aber es spielt auch eine wichtige Rolle bei der Regulierung des Schlaf-Wach-Rhythmus. Interessanterweise hat Acetylcholin jedoch auch hemmende Wirkungen auf das Herz, indem es die Herzfrequenz senkt.

Als Nächstes haben wir Noradrenalin, auch bekannt als Norepinephrin. Es ist ein erregender Neurotransmitter, der im Locus coeruleus, einer kleinen Region im Hirnstamm, sowie in den Nebennieren produziert wird. Noradrenalin ist essentiell für die Regulation von Aufmerksamkeit und Erregung sowie die Stressreaktion des Körpers. Ein Mangel an Noradrenalin wird mit Depressionen und Angststörungen in Verbindung gebracht, während zu hohe Spiegel den Schlafzyklus beeinträchtigen können.

Adrenalin, auch bekannt als Epinephrin, wird in der Nebennierenrinde produziert und spielt eine zentrale Rolle in der "Kampf-oder-Flucht"-Reaktion. Es bereitet den Körper auf Stresssituationen vor, indem es die Herzfrequenz erhöht, die Atemwege erweitert und Energiereserven mobilisiert.

Dopamin ist ein besonderer Neurotransmitter, da seine Wirkung je nach Rezeptortyp sowohl erregend als auch hemmend sein kann. Es wird in der Substantia nigra ausgeschüttet und ist entscheidend für die Bewegungskoordination, indem es unnötige Bewegungen hemmt. Darüber hinaus reguliert Dopamin die Hormonfreisetzung, indem es die Produktion von Prolaktin hemmt und gleichzeitig die Ausschüttung von Wachstumshormonen stimuliert.

Ein Dopaminmangel, der mit einer Zerstörung der Substantia nigra zusammenhängt, führt zum Parkinson-Syndrom, während eine erhöhte Dopaminaktivität mit psychischen Störungen wie Schizophrenie in Verbindung gebracht wird.

Gamma-Aminobuttersäure, besser bekannt als GABA, ist der wichtigste hemmende Neurotransmitter im Nervensystem und essentiell für das Gleichgewicht zwischen Erregung und Hemmung. GABA spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung von Stimmung und Emotionen – zu niedrige GABA-Spiegel können zu Angstzuständen führen.

Glutamat ist der häufigste und wichtigste erregende Neurotransmitter im zentralen Nervensystem. Es wird von zahlreichen erregenden Neuronen ausgeschüttet und trägt wesentlich zur Homöostase bei, indem es die hemmenden Effekte von GABA ausgleicht. Zudem ist Glutamat eng mit kognitiven Funktionen wie Lernen und Gedächtnisbildung verknüpft. Fehlregulierte Glutamat-Übertragungen können zur Entstehung von Epilepsie sowie kognitiven und affektiven Störungen beitragen.

Serotonin ist ein weiterer Neurotransmitter, der sowohl erregende als auch hemmende Wirkungen haben kann. Es wird von Neuronen des Hirnstamms und des Magen-Darm-Trakts ausgeschüttet und ist an zahlreichen physiologischen und psychologischen Prozessen beteiligt. Dazu gehören die Regulation der Körpertemperatur, der Schmerzwahrnehmung, von Emotionen und des Schlafzyklus. Ein Serotoninmangel kann zu einer geschwächten Immunfunktion sowie zu emotionalen Störungen wie Depressionen und Problemen mit der Aggressionskontrolle führen.

Schließlich haben wir noch Histamin, einen erregenden Neurotransmitter, der unter anderem in Neuronen des Hypothalamus produziert wird. Es ist vor allem an der Entzündungsreaktion des Körpers beteiligt und spielt eine Schlüsselrolle bei allergischen Reaktionen.

Und damit sind wir am Ende unseres Tutorials über Neurotransmitter angekommen. Mit unserem Quiz und den anderen Lernmaterialien in dieser Lerneinheit kannst du dein Wissen zu diesem Thema weiter festigen.

Danke fürs Zuschauen und bis zum nächsten Mal!