E5 Elektrische synaptische Übertragung (Gap Junctions)

Thema

Gap Junctions bilden direkte interzelluläre Kanäle, sogenannte Connexone, die den passiven Fluss von Ionen zwischen zwei elektrisch gekoppelten Neuronen ermöglichen. Im Gegensatz zu chemischen Synapsen benötigen Gap Junctions keine chemische Vermittlung und verursachen auch nicht die für chemische Synapsen charakteristische synaptische Verzögerung. Stattdessen übertragen sie den Ionenstrom direkt und unmittelbar zwischen den beiden gekoppelten Neuronen.

Der durch die Gap Junction zwischen den beiden gekoppelten Zellen fließende Strom ist proportional zur Potenzialdifferenz zwischen ihnen, der sogenannten Junction-Spannung: Je höher diese Junction-Spannung, desto größer der Stromfluss zwischen den beiden Zellen. Die Leitfähigkeit der Gap Junction kann konstant sein, in diesem Fall bleibt die Proportionalität konstant, oder sie kann von der Junction-Spannung selbst abhängen. Im letzteren Fall nimmt die Leitfähigkeit eine sigmoide Form an: Sie steigt bei niedrigen Junction-Spannungen langsam an, dann in einem mittleren Bereich rapide und flacht schließlich bei hohen Junction-Spannungen ab. Dies kann dazu führen, dass die Gap Junction den Strom je nach Flussrichtung unterschiedlich leitet – ein Phänomen, das als Gleichrichtung bezeichnet wird. Jede der beiden durch die Gap Junction verbundenen Zellen folgt denselben Variablen, die bereits zur Beschreibung der neuronalen Ruhemembran verwendet wurden. Zusätzlich wird nun der Gap-Junction-Strom als weiterer Kopplungsterm in jeder dieser beiden Zellen berücksichtigt. Dieser Kopplungsterm hat in jeder der beiden Zellen entgegengesetzte Vorzeichen, da die Ladung, die eine Zelle durch die Gap Junction verlässt, aufgrund der Ladungserhaltung exakt der Ladung entspricht, die in die benachbarte Zelle eintritt.

Der Gap-Junction-Kopplungskoeffizient quantifiziert, welcher Anteil einer Spannungsstörung in einer der beiden Zellen passiv über die Gap Junction an die benachbarte Zelle weitergeleitet wird: Je höher dieser Kopplungskoeffizient, desto größer ist der Anteil der Spannungsstörung, der die benachbarte Zelle erreicht. Zusammenfassend ermöglicht diese Gap Junction mit ihren Connexonen, ihrem spannungsproportionalen Strom und ihrem Kopplungskoeffizienten die elektrische Kommunikation zwischen zwei Neuronen ohne die für chemische Synapsen charakteristische chemische Vermittlung oder Verzögerung.

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