Jede willkürliche Bewegung – vom Blinzeln bis zum Sprinten – beginnt am neuromuskulären Synaps (NMJ), der spezialisierten Synapse zwischen einem Motoneuron und einer Skelettmuskelfaser. Der chemische Botenstoff, der diese Lücke überbrückt, ist Acetylcholin (ACh).
Ablauf der Ereignisse
- Eintreffen des Aktionspotentials: Ein elektrischer Impuls gelangt das Motoneuron hinunter zum Axonterminal.
- Calciumzufluss: Spannungsgesteuerte Calciumkanäle öffnen sich, sodass Ca²⁺ ins Terminal eindringen kann.
- Vesikelverschmelzung und -freisetzung: Ca²⁺ löst die Verschmelzung synaptischer Vesikel mit der präsynaptischen Membran aus und setzt ACh durch Exozytose in den synaptischen Spalt frei.
- Rezeptorbindung: ACh diffundiert durch den Spalt und bindet an nikotinische Acetylcholinrezeptoren (nAChRs) auf der Motor-Endplatte der Muskelfaser.
- Ionenkanalöffnung: Die Bindung öffnet ligandengesteuerte Ionenkanäle, ermöglicht Na⁺-Zufluss und K⁺-Abfluss und erzeugt ein Endplattenpotential (Depolarisation).
- Muskel-Aktionspotential: Wenn das Endplattenpotential die Schwelle erreicht, löst es ein Muskel-Aktionspotential aus, das sich über das Sarcolemma und die T-Tubuli ausbreitet.
- Kontraktion: Das Aktionspotential löst die Calciumfreisetzung aus dem Sarkoplasmatischen Retikulum aus und initiiert den Schiebefilament-Mechanismus und die Muskelkontraktion.
- Signalbeendigung: Acetylcholinesterase (AChE) hydrolysiert ACh rasch zu Acetat und Cholin und beendet das Signal. Cholin wird für die neue ACh-Synthese recycelt.
Klinische Bedeutung
Störungen des NMJ verdeutlichen die kritische Rolle von Acetylcholin. Bei Myasthenia gravis blockieren oder zerstören Autoantikörper nAChRs, was zu ermüdungsbedingter Schwäche führt. Organophosphatvergiftung hemmt AChE, was zu übermäßiger ACh-Ansammlung und cholinerger Krise führt. Neuromuskuläre Blockaden, die in der Anästhesie verwendet werden, ahmen ACh nach (depolarisierende Blockaden wie Succinylcholin) oder antagonisieren nAChRs kompetitiv (nicht-depolarisierende Blockaden wie Rocuronium).
