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Das menschliche Gehirn enthält rund 100 Milliarden Nervenzellen (Neuronen). Sie bestehen aus dem Zellkörper, zahlreichen Dendriten und dem Axon. Das Axon überträgt elektrische Aktivität vom Zellkörper zu anderen Neuronen (oder zu Muskeln, Organen, Drüsen). Am Ende des Axons befindet sich eine Kontaktstelle zu anderen Neuronen. Diese Kontaktstelle heißt Synapse. Die beiden Nervenzellen sind an den Synapsen nicht fest miteinander verbunden, sondern durch einen rund 200 nm breiten Spalt getrennt, dieser heißt der synaptische Spalt. Während innerhalb einer Nervenzelle die Weiterleitung eines Impulses elektrisch erfolgt, kommunizieren zwei Nervenzellen miteinander auf chemischem Wege unter Verwendung von Botenstoffen, den so genannten Neurotransmittern.
Die chemische Kommunikation zwischen zwei Nervenzellen funktioniert folgendermaßen: In der Axonendigung des präsynaptischen Neurons werden in kleinen Bläschen (Vesikeln) mehrere tausend Moleküle eines Botenstoffes gespeichert. Auf ein entsprechendes Signal hin (elektrischer Impuls) wandern die Vesikel zur präsynaptischen Membran, verschmelzen mit dieser und entlassen den Botenstoff in den synaptischen Spalt. Die Moleküle diffundieren durch den synaptischen Spalt und finden an der postsynaptischen Membran
geeignete Bindungsstellen (Rezeptoren). Binden die Moleküle an diese Rezeptoren, so löst dies an der postsynaptischen Membran eine Reaktion aus
(zum Beispiel Öffnung eines Ionenkanals). Für ein einwandfreies Funktionieren dieser Kommunikationsmechanismen ist es erforderlich, daß nach Abschalten des elektrischen
Impulses die Neurotransmittermoleküle den synaptischen Spalt wieder verlassen. Dies geschieht, indem sie entweder zerstört werden (beispielsweise wird Acetylcholin zu Cholin und Essigsäure zersetzt) oder indem sie durch die präsynaptische Membran zurücktransportiert werden (so z. B. bei Dopamin).
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