Laut Erlass sollen der Bau und die Funktion einer Synapse anhand einer Acetylcholin führenden Synapse erklärt werden können. Hierbei handelt es sich um eine der beliebtesten Abituraufgaben der letzten Jahre. Im Folgenden wird zuerst der Aufbau einer Synapse dargestellt, um anschließend den Ablauf der Signalübertragung zu erklären. Abschließend werden verschiedene Mechanismen dargestellt, die zur Störung der Signalübertragung zwischen Neuronen führen können.

Zu einer Synapse gehören immer zwei Zellen. Dabei wird ein Signal bzw. eine Information über die Synapse von einer Nervenzelle auf die Zielzelle übertragen. Man unterscheidet daher zwischen dem präsynaptischen und dem postsynaptischen Teil. Dazwischen liegt der synaptische Spalt.

Den präsynaptischen Teil bildet typischerweise ein Endknöpfchen einer Nervenzelle. Dieses Endknöpfchen liegt am Ende eines Axons. In einem solchen Endknöpfchen befinden sich Vesikel, kleine „Membranbläschen“, die den Neurotransmitter Acetylcholin enthalten. Außerdem befinden sich in der präsynaptischen Membran Kalzium-Ionen-Kanäle. Dieses sind spannungsgesteuert und haben eine essenzielle Funktion bei der Signalübertragung.

Der postsynaptische Teil wird durch die Zielzelle gebildet. Dies kann eine weitere Nervenzelle, eine Muskel- oder eine Drüsenzelle sein. Die postsynaptische Membran enthält ligandengesteuerten Natrium-Kanäle und das Enzym Cholinesterase. Ligandengesteuert bedeutet, dass diese Kanäle nicht durch elektrische Spannungen, sondern durch einen spezifischen Stoff (den Liganden) geöffnet werden. Die Cholinesterase kann das Acetylcholin in Cholin und Acetat spalten. Dadurch kann es nicht mehr an den Ionenkanal der Postsynapse binden.

Zwischen beiden Membranen befindet sich der synaptische Spalt, gefüllt mit extrazellulärer Flüssigkeit.

Die Funktion von Synapsen ist es, Informationen von einer Zelle auf eine andere zu übertragen, ohne eine direkte Verbindung zwischen beiden herstellen zu müssen. Die Übertragung erfolgt durch einen Botenstoff, wie zum Beispiel den Neurotransmitter Acetylcholin. Die Signalübertragung kann dabei in 5 Schritte gegliedert werden:

1. Trifft ein Aktionspotential im Endknöpfchen ein, kommt es durch den Natrium-Ionen-Einstrom zur Depolarisation der präsynaptischen Membran.
2. In der Membran des Endknöpfchens sind spannungsgesteuerte Kalziumkanäle eingebaut, die sich dadurch öffnen. Als Folge strömen Kalziumionen, angetrieben durch den Konzentrationsgradienten, in das Endknöpfchen.
3. Der intrazelluläre Kalziumionen-Anstieg bewirkt, dass die Vesikel mit der präsynaptischen Membran verschmelzen und den enthaltenen Neurotransmitter Acetylcholin in den synaptischen Spalt abgeben.
4. Acetylcholin diffundiert durch den synaptischen Spalt, bindet an die ligandengesteuerten Natrium-Kanäle der postsynaptischen Membran und öffnet diese. Dadurch strömen Natriumionen in die Nervenzelle und führen zu einer Depolarisation. An der postsynaptischen Membran bildet sich allerdings noch kein Aktionspotential aus, da dies erst am Axonhügel geschieht. Es entsteht ein sogenanntes erregendes postsynaptisches Potential (EPSP). Die Stärke der Potentialänderung hängt von der Transmittermenge ab.
5. Das Enzym Cholinesterase spaltet Acetylcholin in Cholin und Acetat. Beide Stoffe können den ligandengesteuerten Rezeptor nicht öffnen. Cholin kann wieder in die präsynaptische Zelle aufgenommen und zur Synthese von Acetylcholin genutzt werden.

Der Bau und die Funktion einer Acetylcholin führenden Synapse ist eines der beliebtesten Abiturthemen der letzten Jahre. In Aufgabe 1 wird meist eine beschriftete Skizze verlangt, anhand welcher der Funktionsablauf an einer Synapse erklärt werden soll. Für den Bau und den Funktionsablauf werden bis zu 15 BE vergeben.