Struktur der Neuronen

Neuronen sind die zentralen Bausteine des Nervensystems und bei der Geburt 100 Milliarden stark. Wie alle Zellen bestehen Neuronen aus mehreren verschiedenen Teilen, von denen jeder eine spezielle Funktion hat (Abbildung 1). Die äußere Oberfläche eines Neurons besteht aus einer semipermeablen Membran. Diese Membran lässt kleinere Moleküle und Moleküle ohne elektrische Ladung hindurch, während sie größere oder stark geladene Moleküle zurückhält.

Abbildung 1. Diese Illustration zeigt ein prototypisches Neuron, das myelinisiert wird.

Der Kern des Neurons befindet sich im Soma, dem Zellkörper. Das Soma hat verzweigte Fortsätze, die als Dendriten bezeichnet werden. Das Neuron ist ein kleiner Informationsprozessor, und die Dendriten dienen als Eingangsstellen, an denen Signale von anderen Neuronen empfangen werden. Diese Signale werden elektrisch über das Soma und einen großen Fortsatz des Somas, das Axon, das an mehreren Endknöpfen endet, übertragen. Die Endknöpfe enthalten synaptische Vesikel, die Neurotransmitter, die chemischen Botenstoffe des Nervensystems, beherbergen.

Axone können zwischen einem Bruchteil eines Zolls und mehreren Metern lang sein. In einigen Axonen bilden Gliazellen eine fetthaltige Substanz, die so genannte Myelinscheide, die das Axon umhüllt und als Isolator wirkt, wodurch sich die Geschwindigkeit der Signalübertragung erhöht. Die Myelinscheide ist für das normale Funktionieren der Neuronen im Nervensystem von entscheidender Bedeutung: Der Verlust der Isolierung, die sie bietet, kann sich nachteilig auf die normale Funktion auswirken. Um zu verstehen, wie das funktioniert, betrachten wir ein Beispiel. Bei Multipler Sklerose (MS), einer Autoimmunerkrankung, kommt es zu einem großflächigen Verlust der Myelinscheide auf den Axonen im gesamten Nervensystem. Die daraus resultierende Störung des elektrischen Signals verhindert die schnelle Übertragung von Informationen durch die Neuronen und kann zu einer Reihe von Symptomen wie Schwindel, Müdigkeit, Verlust der motorischen Kontrolle und sexuellen Funktionsstörungen führen. Während einige Behandlungen helfen können, den Krankheitsverlauf zu modifizieren und bestimmte Symptome zu lindern, ist derzeit keine Heilung der Multiplen Sklerose bekannt.

Bei gesunden Menschen bewegt sich das neuronale Signal schnell das Axon hinunter zu den Endknöpfen, wo synaptische Vesikel Neurotransmitter in die Synapse freisetzen (Abbildung 2). Die Synapse ist ein sehr kleiner Raum zwischen zwei Neuronen und ist ein wichtiger Ort, an dem die Kommunikation zwischen Neuronen stattfindet. Sobald Neurotransmitter in die Synapse freigesetzt werden, wandern sie durch den kleinen Raum und binden sich an die entsprechenden Rezeptoren am Dendriten eines benachbarten Neurons. Rezeptoren, Proteine auf der Zelloberfläche, an die sich Neurotransmitter binden, haben unterschiedliche Formen, die zu verschiedenen Neurotransmittern „passen“.

Woher „weiß“ ein Neurotransmitter, an welchen Rezeptor er binden muss? Der Neurotransmitter und der Rezeptor haben eine so genannte Schlüssel-Schloss-Beziehung – spezifische Neurotransmitter passen zu bestimmten Rezeptoren, ähnlich wie ein Schlüssel zu einem Schloss passt. Der Neurotransmitter bindet sich an jeden Rezeptor, zu dem er passt.

Abbildung 2. (a) Die Synapse ist der Raum zwischen dem Endknopf eines Neurons und dem Dendriten eines anderen Neurons. (b) In diesem pseudofarbigen Bild eines Rasterelektronenmikroskops wurde ein Endknopf (grün) geöffnet, um die synaptischen Vesikel (orange und blau) im Inneren zu zeigen. Jedes Vesikel enthält etwa 10.000 Neurotransmitter-Moleküle. (credit b: Abwandlung einer Arbeit von Tina Carvalho, NIH-NIGMS; Scale-Bar-Daten von Matt Russell)