Ask your professor

Frage von Andy S.:	Ich habe eine Frage zur Ausschüttung von Vesikeln. Es ist doch so, dass an der präsynaptischen Nervenendigung durch eine Erregung spannungsgesteuerte Kalziumkanäle geöffnet werden, woraufhin die Kalziumkonzentration in dieser präsynaptischen Nervenendigung erhöht wird. Auf diesen Reiz hin werden die Vesikel in den synaptischen Spalt ausgeschüttet. Wie kommt denn dieser Wirkmechanismus, vermittelt durch den Kalziumeinstrom, zustande? In den Lehrbüchern steht immer nur, dass es so ist, aber nirgends warum. Das gleiche trifft ja auch auf die Insulinausschüttung zu.
Antwort von Dr. Alfred H. Gitter:	In der präsynaptischen Membran gibt es in hoher Dichte spannungsgesteuerte Ca²⁺-Kanäle vom N- und P/Q-Typ, die bei Membrandepolarisation (durch die einlaufenden Aktionsportentiale) öffnen. Ca²⁺ strömt entlang seines elektrochemischen Gradienten (Konzentration außen/innen ³ 10⁴) in die präsynaptische Zelle ein und erhöht lokal, d.h. in der Nähe der Ca²⁺-Kanäle, die Ca²⁺-Konzentration bis in den mmol/l-Bereich. Der Mechanismus der Ca²⁺-gesteuerten Membranfusion ist noch nicht genau bekannt. In der Nähe der Ca²⁺-Kanäle gibt es verschiedene regulatorische Proteine der SNARE-Familie. Diese wirken in einem ATP-verbrauchenden Prozeß daran mit, daß Vesikel, die an der Zellmembran gebunden sind, sensitiv für ein Ca²⁺-Signal werden. Wichtigster Ca²⁺-Sensor ist das Synaptotagmin I (die Funktion weiterer Synaptotagmine ist noch unbekannt). In aktivierter Form vermittelt es die ATP-unabhängige Fusion von Vesikel- und Zellmembran. Die hohe lokale Ca²⁺-Konzentration deckt außerdem negative Membranladungen ab, so daß die elektrostatische Abstoßung von Vesikel- und Zellmembran überwunden wird. Ca²⁺-Einstrom und Fusion eines Vesikels dauert in schnellen Synapsen nicht länger als etwa 100 ms.