Neurotransmitter sowie cholinerge und adrenerge Rezeptoren
Welche Stoffe als Neurotransmitter arbeiten, wie Noradrenalin entsteht und abgebaut wird und welche Bautypen die Rezeptoren für Acetylcholin und Catecholamine haben.
Das Wichtigste in Kürze
- Ein Neurotransmitter wird im Neuron gebildet, in Vesikeln gespeichert, bei Erregung freigesetzt und wirkt an Rezeptoren der Zielzelle; ein Cotransmitter wie ATP wird gemeinsam mit dem Haupttransmitter ausgeschüttet.
- Glutamat wirkt erregend, GABA und Glycin hemmend; Tyrosin ist nur Vorstufe, Thyroxin ein Schilddrüsenhormon und Muscarin und Nikotin sind körperfremde Gifte.
- Catecholamin-Synthese: Tyrosin → L-DOPA → Dopamin → Noradrenalin → Adrenalin; Adrenalin entsteht aus Noradrenalin und ist keine Zwischenstufe.
- MAO und COMT inaktivieren Noradrenalin.
- Ionotrope Rezeptoren sind ligandengesteuerte Ionenkanäle ohne G-Protein, metabotrope Rezeptoren wirken über G-Proteine.
- Der nicotinische Acetylcholinrezeptor ist ein Ionenkanal, der muscarinische ein GPCR; α- und β-Adrenozeptoren sind beide G-Protein-gekoppelt.
Worum es geht
An der chemischen Synapse übertragen Botenstoffe das Signal von einer Zelle auf die nächste. Ob die Antwort in Millisekunden oder langsamer kommt, entscheidet der Rezeptortyp. Fast jedes Pharmakon am Nervensystem greift hier an, vom Muskelrelaxans bis zum Betablocker.
Neurotransmitter
Ein Neuron gibt an der Synapse gezielt Botenstoffe ab. Wie sie freigesetzt werden, beschreibt die Einheit zur Transmitterfreisetzung. Hier geht es darum, welche Stoffe überhaupt als Überträger zählen.
Ein Neurotransmitter wird im Neuron gebildet, in Vesikeln gespeichert und bei Erregung in den synaptischen Spalt abgegeben. Er wirkt dort an Rezeptoren der Zielzelle und wird danach rasch inaktiviert.
Zu den klassischen Transmittern gehören Acetylcholin, Noradrenalin, Dopamin und Serotonin. Hinzu kommen Aminosäuren: Glutamat ist der wichtigste erregende Transmitter im ZNS. GABA und Glycin wirken hemmend, Glycin vor allem im Rückenmark. Auch Histamin arbeitet im Gehirn als Transmitter. Das Neuropeptid β-Endorphin zählt ebenfalls dazu, es gehört zu den endogenen Opioiden.
Ein Cotransmitter wird zusammen mit dem Haupttransmitter aus derselben Endigung freigesetzt und moduliert dessen Wirkung. Das typische Beispiel ist ATP, das sympathische Fasern gemeinsam mit Noradrenalin ausschütten.
Viele Stoffe klingen nach Nervensystem, erfüllen die Kriterien aber nicht. Die Tabelle ordnet sie ein.
| Stoff | Was er tatsächlich ist |
|---|---|
| Tyrosin | Aminosäure, Vorstufe der Catecholamine |
| Thyroxin | Schilddrüsenhormon |
| Renin | Protease der Niere im Renin-Angiotensin-System |
| Glycerol | Grundgerüst der Triglyceride |
| Thymin | Pyrimidinbase der DNA |
| Muscarin | Gift des Fliegenpilzes |
| Nikotin | Alkaloid des Tabaks |
Die Unterscheidung von Transmittern und Nicht-Transmittern wird im Examen gerne gefragt. Achte besonders auf Tyrosin, das nur Vorstufe ist, und auf Muscarin und Nikotin, die zwar an Acetylcholinrezeptoren wirken, aber nicht körpereigen sind.
Noradrenalin
Noradrenalin, Dopamin und Adrenalin bilden die Catecholamine. Sie tragen einen Brenzcatechin-Ring und entstehen alle aus der Aminosäure Tyrosin. Die Synthese läuft als Kette, in der jedes Produkt die Vorstufe des nächsten ist.
- Hydroxylierung: Die Tyrosinhydroxylase macht aus Tyrosin L-DOPA. Dieser Schritt bestimmt die Geschwindigkeit.
- Decarboxylierung: Die DOPA-Decarboxylase spaltet \(\ce{CO2}\) ab, es entsteht Dopamin.
- Seitenketten-Hydroxylierung: Die Dopamin-β-Hydroxylase bildet in den Vesikeln Noradrenalin.
- N-Methylierung: Die Phenylethanolamin-N-Methyltransferase, vor allem im Nebennierenmark, methyliert Noradrenalin zu Adrenalin.
Adrenalin ist also keine Zwischenstufe auf dem Weg zu Noradrenalin. Es ist dessen Folgeprodukt. Dopamin dagegen ist echte Zwischenstufe und zugleich selbst Transmitter.
Nach der Freisetzung nimmt die präsynaptische Endigung den größten Teil des Noradrenalins wieder auf. Abgebaut wird es von zwei Enzymen. Die MAO (Monoaminoxidase) desaminiert oxidativ, sie sitzt an den Mitochondrien. Die COMT (Catechol-O-Methyltransferase) methyliert eine OH-Gruppe am Ring. Beide machen Noradrenalin unwirksam.
Ionotrope Rezeptoren
Transmitter wirken über zwei Bautypen von Rezeptoren in der Plasmamembran. Ein ionotroper Rezeptor ist selbst ein ligandengesteuerter Ionenkanal. Bindet der Transmitter von außen, öffnet sich die Pore und Ionen strömen durch. Das geschieht ohne G-Protein und daher innerhalb von Millisekunden. Solche Rezeptoren gibt es im zentralen wie im peripheren Nervensystem.
Ein metabotroper Rezeptor hat keine eigene Pore. Er durchzieht die Membran mit sieben Helices und aktiviert an der Innenseite ein G-Protein. Die Wirkung kommt über Botenstoffe in der Zelle zustande, langsamer, aber verstärkt. Den Ablauf erklärt die Einheit zu G-Protein-gekoppelten Rezeptoren.
Cholinerge und adrenerge Rezeptoren
Acetylcholin nutzt beide Bautypen. Die Rezeptorfamilien sind nach den Pflanzengiften benannt, die jeweils nur eine Familie aktivieren.
Ligandengesteuerter Ionenkanal für Kationen, vor allem \(\ce{Na+}\). Er ist nicht G-Protein-gekoppelt. Vorkommen an der motorischen Endplatte und in vegetativen Ganglien.
G-Protein-gekoppelter Rezeptor mit den Subtypen \(M_1\) bis \(M_5\). Vorkommen an den Erfolgsorganen des Parasympathikus, etwa Herz, Drüsen und glatter Muskulatur.
Die Bindung des Kanals an seinen Ionenstrom vertieft die Einheit Ionenkanäle und ihre Steuerung.
Noradrenalin und Adrenalin wirken an den Adrenozeptoren. Sowohl α- als auch β-Adrenozeptoren sind G-Protein-gekoppelt. Ein adrenerger Ionenkanal kommt nicht vor. Welche Untertypen an welchem Organ sitzen, folgt bei den Transmittern des vegetativen Nervensystems.
Acetylcholin wirkt am Erfolgsorgan ausschließlich über cholinerge Rezeptoren. Adrenerge Rezeptoren spricht es nicht an, auch wenn Sympathikus und Parasympathikus dasselbe Organ versorgen.
Quiz
Aussage 1
Monoaminoxidase und Catechol-O-Methyltransferase sind die beiden Enzyme, die Noradrenalin inaktivieren.
MAO desaminiert oxidativ, COMT methyliert eine OH-Gruppe am Ring. Beide machen Noradrenalin unwirksam.
Aussage 2
Ionotrope Rezeptoren öffnen ihren Ionenkanal erst nach Aktivierung eines G-Proteins.
Ionotrope Rezeptoren sind selbst der Kanal und öffnen direkt nach Bindung des Transmitters. G-Proteine nutzen die metabotropen Rezeptoren.
Aussage 3
In der Biosynthese steht Adrenalin als Zwischenstufe zwischen Dopamin und Noradrenalin.
Die Reihenfolge lautet Dopamin → Noradrenalin → Adrenalin. Adrenalin entsteht durch N-Methylierung aus Noradrenalin.
Aussage 4
β-Adrenozeptoren sind wie muscarinische Acetylcholinrezeptoren G-Protein-gekoppelt.
α- und β-Adrenozeptoren sowie die muscarinischen Rezeptoren sind GPCR. Nur der nicotinische Rezeptor ist ein Ionenkanal.
Aussage 5
Tyrosin wirkt als Vorstufe der Catecholamine zugleich selbst als Neurotransmitter.
Tyrosin ist nur die Ausgangsaminosäure der Synthese. Als Transmitter wirken erst Dopamin, Noradrenalin und Adrenalin.
Aussage 6
Sympathische Nervenendigungen setzen ATP zusammen mit Noradrenalin als Cotransmitter frei.
ATP ist das typische Beispiel eines Cotransmitters, der gemeinsam mit dem Haupttransmitter ausgeschüttet wird.
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