Neurotransmitter: Definition, Tabelle & Drogen

3.1.7.3 Neurotransmitter

Die Neuronen im Nervensystem unterscheiden sich dadurch,
welchen Neurotransmitter sie in der synaptischen Endigung produzieren.
Die mehr als 100 Neurotransmitter in den Organismen kann man in 2 Hauptgruppen
einteilen:

  1. Niedermolekulare Monoamine
    und
  2. Peptide (Neuropeptide).

Die niedermolekularen Neurotransmitter werden im Endknöpfchen
hergestellt, die Peptide im Soma des Neurons (an den Ribosomen) und dann
zum Endknöpfchen transportiert. Die Neuropeptide besitzen eine länger
anhaltende Wirkung als die niedermolekularen Neurotransmitter und wirken
oft mit den niedermolekularen zusammen und modulieren deren Wirkung in
bestimmten funktionellen Bereichen des Nervensystems (meist ZNS).

Dopamin,
Noradrenalin und Adrenalin
werden auch Katecholamine genannt. Adrenalin
wird nicht im ZNS sondern in der Nebenniere gebildet. Synapsen mit Acetylcholin
werden auch cholinerg, solche mit Katecholaminen adrenerg genannt.

Im vegetativen Nervensystem findet man im Parasympathicus
Acetylcholin und im Sympathicus Noradrenalin.

Wichtige niedermolekulare Neurotransmitter


Neurotransmitter

Eigenschaften

Acetylcholin
  • Synapsen an allen Muskelzellen und im Gehirn;
  • excitatorisch an nicotinischen Rezeptoren, inhibitorisch
    an muskarinischen Rezeptoren;
  • Wird aus Actetyl-CoA und Cholin hergestellt; Cholin dient auch
    zur Herstellung von Phospholipiden der Membranen

GABA
( = g-Aminobuttersäure)
  • wichtigster inhibitorischer Neurotransmitter im Gehirn
  • immer inhibitorisch,
  • wird aus Glutaminsäure hergestellt ( mit Vitamin B6)
  • wird durch GABA-Transaminase abgebaut
  • wichtigster Rezeptor ist GABA-a, Liganden-gesteuert, bewirkt
    Chlorideinstrom

Glutaminsäure
  • wichtigster exzitatorischer Transmitter im Gehirn
  • immer excitatorisch
  • wichtige Aminosäure im Gesamtstoffwechsel
  • wichtigste Rezeptoren sind NMBA (Ca2+-Einstrom) und
    AMPA-Rezeptoren (Na+-Einstrom)

Dopamin
  • wichtige Rolle im höheren ZNS bei Bewegungssteuerung, Gefühl,
    abstraktem Denken, Verhaltensplanung, Gedächtnis
  • wird aus aus der Aminosäure Phe über Tyr hergestellt
  • der Rezeptor ist G-Protein-gesteuert

Serotonin
  • Neurotransmitter des Gehirns für u.a Thermoregulation,
    Sexualverhalten oder Schlaf
  • wird aus der Aminosäure Tryptophan hergestellt
  • wichtiger Rezeptor 5HT-1a ist G-Protein-gesteuert

Noradrenalin
  • wichtiger Neurotransmitter im Gehirn bei der Streßbewältigung;
    regt Herzschlag, Blutdruck und Atmung an
  • Wirkt als Hormon, wenn von der Nebenniere produziert
  • wird aus aus der Aminosäure Phe über Tyr hergestellt
  • der Rezeptor ist G-Protein-gesteuert
  • Abbau durch Enzym COMT

Es gibt auch noch andere Aminosäuren wie Glycin
und Asparaginsäure die als Neurotransmitter wirken.

Einige Neuropeptide als Neurotransmitter


Neuropeptid

Eigenschaften

Struktur

Neurotensin
  • wird im Hypothalamus, der Hypophyse und im Verdauungstrakt gefunden
  • ist an der Thermoregulation und Hormonfreisetzung in der Hypophyse
    un der Aktivität der Bauchspeicheldrüse beteiligt
Tredekapeptid (13 AS):

NH2-Glp-Leu-Tyr-Glu-Asn-Lys-Pro-Arg-Arg-Pro-Tyr-Ile-Leu-COOH


Somatostatin
  • stimuliert Ca2+-aktivierte K+-Ionenkanäle u.a.
    in der Hypophyse, im Gehirn und Pankreas
Tetradekapeptid (14 AS):
NH2-Ala-Gly-Cys-Lys-Asn-Phe-Phe-Trp-Lys-Thr-Phe-Thr-Ser-Cys-COOH

Motilin
  • Wirkt auf den Darm und aktiviert Ca2+ Kanäle
    in glatter Muskulatur
Peptid aus 22 Aminosäuren:

NH2-Phe – Val – Pro – Ile
– Phe – Thr – His – Ser – Glu – Leu – Gln – Lys – Ile – Arg – Glu
– Lys – Glu – Arg – Asn – Lys – Gly – Gln-COOH

3.1.7.4 Beeinflussung der Synapsenfunktion

Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten
die Synapsenfunktion zu beeinflussen. Alle Vorgänge und Strukturen
der Synapse können individuell beeinflußt oder blockiert und
so die Weiterleitung der Erregung verhindert oder moduliert werden.

Viele Nervengifte (Neurotoxine), Drogen
und Medikamente können synaptische Vorgänge beeinflussen
oder blockieren. Daraus resultieren neurologische Krankheiten, mentale
Problemzustände oder der Tod. Ausführliches dazu finden Sie
u.a. hier: http://www.rci.rutgers.edu/~lwh/drugs/chap06.htm.
Die Wirkung im Gehirn läßt sich durch z.B. Fluoreszenzspektroskopie
oder PET (Positron emission tomography) aufklären. Hier zwei Beispiele:

_slide-9

Im oberen linken Bild sind verschiedene Gehirnbereiche
gezeigt, an denen THC (Hauptwirkstoff in Marihuana) wirkt. Die rechte
Abbildung zeigt ein PET-Bild eines normalen Gehirnstoffwechsels und unter
Kokaineinwirkung. Das Bild zeigt den maximalen Glucoseverbrauch (rot)
und damit den Energieverbrauch der Neuronen. Gelb bedeutet weniger Glucoseverbrauch
und blau geringen Glucoseverbrauch. Rechts sieht man deutlich den gedrosselten
Glucoseverbrauch durch Kokain.

Nachfolgend finden Sie eine Auswahl wichtiger Substanzen:

Toxine

Botulinumtoxin

Das anaerobe Bakterium Clostridium Botulinum produziert
ein extrem starkes Neurotoxin, das zu Lähmungserscheinungen oder
sogar zum Tod führen kann. Die Sterberate war vor 1920 70%, heute
ca. 2%. Die Bakterien befinden sich im Boden, in konservierten Lebensmitteln,
ihre Sporen auf der Oberfläche von Früchten und in Seefisch.
Das Bozulinumtoxin kommt in den Varianten A-G vor und ist ein Protein.
Es bindet an Rezeptoren der präsynaptischen Membran, blockiert an
den neuromuskulären Synapsen die Exocytose von Acetylcholin und führt
so zu Lähmungen und bei Blockierung des Herzmuskels und der Lunge
zum Tod. Antitoxingabe (Phosphoamidon = Metallproteasehemmer) in den ersten
30 Minuten nach Vergiftung hemmt das Botulinumtoxin. (genaueres siehe
bei den Weiterführenden Quellen )

Schlangengifte

z.B. Bungarotoxin von Bungarus multicinctus ; alpha-Cobratoxin
der Cobra (Naja spec.) und Klapperschlange (Crotalus spec.) oder Erabutoxin
der Seeschlange (Laticauda semifasciata ) LD50 < 1 mg/kg links eine
indische Cobra (= Brillenschlange; Naja naja)

g000404

Abb. 54 zeigt
Acetylcholinrezeptoren in neuromuskulären Synapsen bei Fröschen,
die mit Bungarotoxin besetzt sind, der mit einem roten Fluoreszentfarbstoff
markiert ist.

Das Schlangengift Bungarotoxin
( Peptid, 66 As) wie das Cobratoxin
binden an den nikotinischen Acetylcholinrezeptor (Muskeln) und verhindern
die Acetylcholinwirkung. Folge Lähmungserscheinungen und Tod durch
Atemstillstand

Fasciculin, ein
Gift der grünen Mamba hemmt die Acetylcholinesterase allosterisch.

Organische Phosphate
wie (Diisopropyl-fluorophosphat (DFP)) binden irreversibel an die aktive
Stelle der Acetylcholinesterase und inhibieren diese. Dadurch wird die
Transmitterwirkung verlängert. Dauerdepolarisierung führt zu
Lähmung. Sie werden als Insektizide und als Kampfgase eingesetzt.

Atropin,
das Gift der Tollkirsche blockiert die Acetylcholinrezeptoren. Curare,
das Toxin der Pflanze Strychnos toxifera, Pfeilgift einiger südamerikanischer
Indianer wirkt ebenfalls wie Atropin.

Drogen

Die genauere Wirkung von Drogen im Gehirn wird später
besprochen.

_nosmoke

Nikotin,
eines der stärksten pflanzlichen Gifte, wirkt wie Acetylcholin
an den selben Rezeptoren. (LD50 in Ratten : 50-60 mg/kg, beim Mensch
liegt die tödliche Dosis bei 50-100mg)

Geringe Dosen bewirken Stimulierung bestimmter Neuronen,
sodaß neben Acetylcholin auch Dopamin, Noradrenalin und Serotonin
ausgeschüttet wird. (u.a. Erhöhung des Blutdrucks und Herztätigkeit).
In hohen Dosen bewirkt Nikotin Dauerdepolarisation und damit Muskelerschlaffung
(Zittern, Krämpfe). Eine amerikanische Zigarette enthält ca.
9 mg Nikotin, 90% verbrennen, ca. 1 mg wird aufgenommen und ist nach ca.
8 Sekunden im Gehirn.

_wine2Alkohol
(Ethanol) verändert die Empfindlichkeit des GABA-
a-Rezeptors
und erhöht damit die Transmitterwirkung. Auch der Umsatz an Noradrenalin
und Dopamin wird gesteigert. Er verhindert die Wirkung von Glutaminsäure
und vermindert die von Acetylcholin.
_cupKoffein
gilt als Stimulanz des Zentralnervensystems und ist die weitverbreitetste
Droge der Welt; Hauptquelle ist die Kaffeebohne (aus Coffea
arabica).

Es ist in Kaffee, Tee, Cola und z.B. Schokolade enthalten.
Ca.10 g sind die tödliche Dosis beim Mensch das entspricht ca. 80-100
Tassen Kaffee in schneller Folge. Im Gehirn tritt Koffein u. a. mit Adenosin
in Wechselwirkung. Es erhöht den Wachzustand, verändert das
Schlafmuster, verursacht Kopfschmerzen und Nervosität. Es verlängert
die Hormonwirkung durch Hemmung der cAMP-Phosphodiesterase.

_mercede

Ecstasy
oder MDMA (3,4 Methylen-Dioxymethamphetamin), eine Designerdroge
aus der Amphetaminfamilie wurde schon 1913 von der Firma Merck als
Appetittzügler patentiert. Derzeit ist die Droge weitverbreitet.

Ca. 1 Stunde nach der Einnahme werden die Gefühle
verstärkt, Musik klingt besser, die Körpertemperatur steigt,
Appetit sinkt, Angst verschwindet. Nach 3-4 Stunden verschwindet der Effekt.
MDMA beeinflußt den Serotoninspiegel des Gehirns. Genauere
Untersuchungen sind im Gange. Klicken
Sie hier zur 3D-Darstellung!

_mleafMarihuana
ist die weltweit häufigste haluzinogene Droge des indischen Hanfs
Cannabis sativa. Der Hauptwirkstoff ist D-9
Tetrahydrocannabinol oder “THC” (auch in Haschisch enthalten).

THC wirkt an vielen Stellen des
Gehirns auf Neuronen mit
cannabinoiden Rezeptoren, die mit dem
Gedächtnis, der Konzentration, Wahrnehmung und Bewegung zu tun haben.
Die THC-Wirkung verändert die Mengen an GABA, Serotonin, Dopamin
und Noradrenalin dieser Bereiche. In geringen Dosen führt THC zu
Entspannung, Schläfrigkeit, erniedrigtem Blutdruck und veränderter
Wahrnehmung von Zeit und Raum. Klicken
Sie hier zur 3D-Darstellung!

Coks2Kokain
ist pharmakologisch ein lokales Betäubungsmittel und Stimulanz
des Zentralnerven-systems aus der Kokapflanze (Erythroxylon coca).

Ursprünglich ( um 1900) enthielt auch Coca-Cola
Kokain, heute nur noch Koffein; seit den 80er Jahren ist es als Droge
im Umlauf. Kurze Zeit nach der Einnahme geringer Mengen (25-150 mg) bewirkt
die Droge Euphorie, Aufregung, reduzierten Hunger und sorgt für ein
Gefühl der Stärke. Nach ca. 1 Stunde folgen Depressionen. Bei
Einnahme riskiert man Herzschlag, Atemstillstand, verringerte Immunabwehr
und den Tod.

Kokain blockiert die Wiederaufnahme von Dopamin und Noradrenalin
in die präsynaptische Zelle. Folge: verstärkte Dopaminwirkung.

lsdLSD
(Lysergsäurediethylamid), die Modedroge (Halluzinogen) der 60er
und 70er Jahre wurde 1938 von einem Chemiker bei Sandoz produziert.
Dosen um 0,1 mg rufen Angst, Traurigkeit, Glücksgefühle,
lebende Farben, Halluzinationen,Verwirrung, Panik usw. hervor.

Bei Einnahme riskiert man Herzschlag, Atemstillstand
und den Tod. Wirkungen können bis zu 12 Jahren andauern. LSD hat
eine ähnliche Struktur wie Serotonin. Es regt vermutlich die Serotonin-Rezeptoren
an.

_dcard04

Heroin und
andere Opiate binden sich u.a. im Thalamus an die Opiat-Rezeptoren
was in einer komplizierten Reaktion zur Erhöhung der Dopaminproduktion
führt.

Medikamente

Phenfluramin, ein häufig verwendeter Appetitzügler
(Handelsname (Ponderal), hat eine stark negative Wirkung auf die Serotoninproduktion:
Eine einzige Injektion von 40 mg/kg erniedrigt den Serotonin-Level in Ratten
2 Wochen lang. Benzodiazepin und Barbiturate verändern die Empfindlichkeit
des GABA- a-Rezeptors wie z.B. Valium, das als Schlafmittel bekannt ist.
Klicken Sie hier zur 3D-Darstellung!

Ca2+-Blocker wie Nifedipin verhindern den
Ca2+-Einstrom, dadurch die Vesikelausschüttung und reduzieren
so die Muskelkontraktion. Medizinische Anwendung erfolgt z. B. bei Herzmuskelstörungen.

Zusammenfassung:

Analoge Wirkung wie Neurotransmitter:

  • Nikotin wirkt an Acetylcholinreceptoren
  • LSD wirkt wie Serotonin Hemmung des Transmitter-spaltenden Enzyms:
  • Organische Phosphate
    inhibieren die Acetylcholinesterase

Blockierung der postsynaptischen Rezeptoren:

  • Botulinumtoxin besetzt
    Acetylcholinrezeptoren
  • Schlangengift (Bungarotoxin) besetzt
    Acetylcholinrezeptoren
  • Atropin (Tollkirsche: Atropa belladonna)
  • Curare (Toxin von Strychnos toxifera,
    Pfeilgift einiger Südamerikan. Indianer)
    Modulation der postsynaptischen Rezeptoreigenschaften

    • Valium verstärkt
      die Eigenschaften es GABA-Receptors

    Hemmung der Calzium-Kanäle und Blockierung
    der Vesikelausschüttung:

    • Nifedipin, Einsatz als
      Herzmuskelrelaxans

    Modulation der Neurotransmitterausschüttung:

    • Opiate (Heroin), Kokain beeinflussen
      den Dopaminstoffwechsel
    3.1.7.5 Krankheitenim
    Zusammenhang mit der Synapsenfunktion

    Alzheimer
    Z. B. wird behauptet, daß ein Verlust der Acetylcholinwirkung zur
    Alzheimer-Erkrankung führt.

    Schizophrenie
    wird mit einer Fehlfunktion des Dopaminsystems in Zusammenhang gebracht.

    Migräne
    Ausgelöst durch viele Faktoren wie, Streß, Rauchen, helles
    Licht, Wetter, hormonelle Fluktuation, verschiedene Nahrungsmittel, Koffein,
    Alkohol usw. erfolgt eine Fehlregulation der Blutgefäße im
    Gehirn. Bei einem Migräneanfall stellt man eine abnormale Erweiterung
    der Gehirnblutgefäße
    unter der Wirkung von Serotonin, mit
    lokalen Prostaglandin- (Hormon) bewirkten Entzündungen fest.

    Entweder kann der Schmerz durch die gängigen Schmerzmittel,
    die Acetylsalizylsäure (Aspirin), Paracetamol (Togal)
    oder Ibuprofen enthalten, bekämpft werden, oder es werden
    neuerdings sehr erfolgreich Serotonin-Rezeptor-Agonisten wie Sumatriptan
    eingesetzt um die Gefäßerweiterung direkt zu stoppen.

    3.1.7.6 Verschaltung
    von Neuronen

    In vielen Bereichen, besonders im Zentralnervensystem
    findet man Verschaltungen, bei der nicht nur 2 Zellen sondern mehrere
    miteinander über Synapsen verbunden sind. Eine typische Gehirnzelle
    kann von bis zu 10 000 anderen Neuronen Information erhalten. Man spricht
    auch vom neuronalen Netzwerk.

    Wir wollen in diesem Kapitel kurz darauf eingehen, wie
    solche vielfältig ankommenden Informationen an einem Neuron verarbeitet
    werden.

     

 

Abb. 50
 
wichtige
Neurotransmitter
 

ACh1

Acetylcholin

Gaba1

GABA

Glu1

Glutaminsäure

Dopamin1

Dopamin

Seroto1

Serotonin

Noradre1

Noradrenalin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 51
Gehirn mit
und ohne Kokainwirkung
 

koks2

 


Abb. 52
 

Verteilung von THC im Gehirn

 

 


(stark violett: Nucleus accumbens,
Gehirnzentrum für positive Verstärkung)

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 53
 

Neurotoxine

 

 

 

cbotulin

Clostridium botulinum

icobra

Indische Cobra (= Brillenschlange; Naja naja)


_4h

Diisopropyl-fluorophosphat (DFP)

nikotin1

Koffein1

 

 

mdmamol

TR446

cocaine

lsdmol

heroin1

valium

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 54
 

Verschaltung von Neuronen

 

Erreg2

Nehmen wir an, an einem Neuron kommen die Informationen
von 4 anderen Nervenzellen über 4 Synapsen S1- S4 an.

Ob ein AP entsteht, hängt von der Signalstärke
der ankommenden Information und der zeitlichen Abfolge der Informationsweitergabe
ab.

Feuert jede Nervenzelle einzeln und zeitlich hintereinander
ihre AP-Sequenzen ab, entsteht am ableitenden Axon unseres Neurons nur
dann eine AP-Sequenz, wenn die ankommenden Signale die Zelle über
den Schwellenwert reizen.

Ist eine ankommende AP-Sequenz unterschwellig,
entsteht am Zellkörper des empfangenden Neurons ein EPSP.

Feuern 2 oder mehrere Neuronen gleichzeitig AP-Frequenzen
ab, können sich die EPSPs aufsummieren; falls der Schwellenwert überschritten
wird, entstehen am ableitenden Axon der empfangenden Nervenzelle APs.

Dies ist in der nächsten Abbildung dargestellt.

Rsumm1

Gleichzeitiges Senden von APs über die Synapse erhöht
die Depolarisierung ( S1+2).

Feuern die Neuronen 1-3, ergibt die Depolarisierung
an den Synapsen S1 + 2 + 3 eine Erregung über den Schwellenwert zu
einem AP.

Diesen Vorgang nennt man räumliche Summation.

Feuert ein Neuron AP-Frequenzen schnell in kurzer
Folge ab, kann ebenfalls eine Aufsummierung am Zellkörper des empfangenden
Neurons geschehen. Bei Überschwelligkeit entsteht wieder eine AP-Frequenz
am ableitenden Axon. Man nennt dies zeitliche
Summierung
(siehe unten).

zsumm1

Sind die Synapsen S1 – S4 unterschiedlichen Typs, z.
B. S1-S3 excitatorisch und S4 inhibitorisch, erfolgt ebenfalls eine Aufsummierung.
Im einfachsten Beispiel befindet sich einem Neuron 1 excitatorische und
eine inhibitorische Synapse.

Kommen gleichzeitig IPSPs und EPSPs an, hebt sich der
Effekt auf und es entsteht kein AP.

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 55
 

Räumliche Summation

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 56
 

Zeitliche Summation

 

 

 

 

Weiterführende Quellen:

Neuroscience für Kinderhttp://weber.u.washington.edu/~chudler/neurok.html
Alles über Neurotransmitterhttp://www.uams.edu/department_of_psychiatry/syllabus/NEUROTRA/Trans95.htm
Nikotin als Droge
Toxischer Zigarettenrauch
http://www.rauchen.de/start.htm
http://ip-service.com/NID/NRI/24/nrinfo24-Nikotin.html
http://philipmorris.com/tobacco_bus/tobacco_issues/link24(1).html
Koffeinhttp://www.coffeescience.org/

http://www.uiuc.edu/departments/mckinley/health-info/drug-alc/caffeine.html
http://www.abc.net.au/quantum/poison/caffeine/caffeine.htm
http://www.well.com/user/woa/fsstim.htm
http://www.iconbazaar.com/molecules/drugs/stimulants/caffeine.html
Atropin, Tollkirschehttp://www.anesthesia.wisc.edu/Topics/Pharmacology/atropine.html
http://www.iconbazaar.com/molecules/drugs/stimulants/atropine.html
http://www.nda.ox.ac.uk/wfsa/html/u06/u06_017.htm
http://www.botanikus.de/Gift/Toll.html
http://www.meb.uni-bonn.de/giftzentrale/tollkirs.html
Ecstasyhttp://www.public.health.wa.gov.au/PAGES/ALCOHOL.html
http://www.iconbazaar.com/molecules/drugs/stimulants/ecstasy.html
http://www.biopsychiatry.com/mdmadip.htm
Depression, Sucht, positive Verstärkung, Drogenwirkunghttp://www.rci.rutgers.edu/~lwh/drugs/chap06.htm
Wirkung von Drogen auf das Gehirnhttp://www.nida.nih.gov/Teaching/Teaching.html
http://www.nida.nih.gov/MOM/MOMIndex.html
Chemie uvm. der Drogenhttp://www.erowid.org/entheo_issues/chemistry/chemistry.shtml
Botulismushttp://www.fda.gov/fdac/features/095_bot.html
Laticauda semifasciatahttp://www.latoxan.com/HTML/00000125.html
http://www.uwec.edu/Academic/Curric/hartsesc/Webpages/Cookie/page5.html
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