So, es wird Zeit, nun auch endlich die Kategorie Studium einzuweihen - hier werden in Zukunft kleine Artikel zu interessanten medizinischen/naturwissenschaftlichen Fakten, zur Studienorganisation
und anderem in dieses Grobschema passenden Unfug, den andere hoffentlich so interessant finden werden, wie ich, erscheinen.. Über allem steht, wie immer, der Hinweis darauf, dass diese Artikel
keinen Anspruch auf vollständige Korrektheit haben - ich schreibe hier zum Spaß. Wer sicher korrekte Fakten sucht, der schaue in ein Lehrbuch - nun aber zum eigentlichen Thema.
Uns allen ist bewusst, dass wir aus Zellen bestehen, und zwar nicht gerade aus wenigen; mit gut 80 Billionen (ja, richtig, das sind 12 Nullen) hat unser Organismus koordinationstechnisch einiges zu
tun, um jeder Zelle sagen zu können, was sie als nächstes zu tun und zu lassen hat.
Hierbei bedient er sich, einfach gesagt, zwei Mechanismen: Einmal der Signalweiterleitung auf elektrischer, ein andermal auf chemischer Basis. Doch wieso gibt es diese beiden Methoden, wie
funktionieren sie - und überhaupt, wie hat man sich das Ganze vorzustellen?
Beginnen wir mit der elektrischen Variante. Uns allen ist bewusst, dass wir Nerven haben, und viele erinnern sich sicher an die Biologiestunden in der Oberstufe, in denen von Synapsen, Aktions- und
Membranpotentialen die Rede war - all das begegnet uns auch wieder hier. Allerdings müssen wir uns kurz ein wenig mit Grundlagen beschäftigen.
Zellen besitzen Membranen, die sie von der Umwelt abgrenzen - man kann sich eine Zelle eigentlich vorstellen wie einen Plastikbeutel mit Wasser, nur dass die äußere Begrenzung hier nicht aus einem
Polymer, sondern aus Lipiden, also Fett, besteht. Diese Lipidschicht trennt den Raum in der Zelle vom Extrazellulärraum, und das mit gutem Grund: In beiden herrschen unterschiedliche
Zusammensetzungen von Ionen, Molekülen und Proteinen, und was nicht zusammengehört, bleibt auch in der Natur besser getrennt. Allerdings ist die Membran nicht komplett undurchlässig - kleine
unpolare (also nicht geladene) Moleküle können sie durchdringen, für den Rest der Stoffe besitzt die Membran Transportmechanismen wie kleine Proteintunnel oder "Pumpen", deren Aktivität von der
Zelle kontrolliert werden kann.
Nun aber zurück zu unseren unterschiedlichen Zusammensetzungen des intrazellulären und extrazellulären Raumes - da in beiden Ionen, also geladene Teilchen, in unterschiedlichen Konzentrationen
vorliegen, und die Ladungen sich nicht ausgleichen, entsteht ein konstantes elektrisches Potential an der Membran - das Ruhepotential (das lässt sich z.B. mit der Goldman-Hodgkin-Katz-Gleichung
berechnen).
Weiter oben habe ich gesagt, dass eigentlich alle Zellen ein Membranpotential besitzen, das ist zwar richtig, allerdings hilft uns das in diesem Fall nicht, da wir nun Zellen benötigen, die auf das
Membranpotential anderer Zellen Einfluss nehmen können - die Evolution hat sich dafür z.B. die Neuronen, die Nervenzellen, ausgedacht.
Ein Reiz, der an so einer Nervenzelle ankommt (meist über ein Sinnesorgan aufgenommen und in elektrische Signale umgeschrieben, oder von Gehirn und Zentralem Nervensystem ausgehend) öffnet hier
Kanäle in der Membran, die dafür sorgen, dass das festgefahrene Ladungsverhältnis zwischen Zellinnerem und -äußeren auf den Kopf gestellt wird - die Zelle depolarisiert. Wenn die Depolarisation
stark, bzw. positiv genug ist (das normale Membranpotential ist in der Regel negativ), entsteht das universelle Nervensignal - ein Aktionspotential. Diese elektrische Ladung setzt sich dann über
den Zelleib des Neurons fort und gelang an das ende des langen Zellfortsatzes, des Axons, und damit auch an eine Synapse, also dem Raum, an dem die erregte Zelle in Kontakt mit einer anderen tritt;
hier wird das Signal nicht einfach so weitergegeben (das passiert bei einigen Zellen allerdings doch, z.B. den Zellen des Herzens, in denen sogenannte Gap Junctions zu einer direkten Kopplung der
verschiedenen Zellen führen, was sehr sinnvoll ist, da das Herz sich ja möglichst synchron kontrahieren soll), sondern erst in ein chemisches Signal umgewandelt - das Aktionspotential sorgt dafür,
dass kleine Bläschen mit einem Stoff, den man gemeinhin als Neurotransmitter bezeichnet (und von dem es dutzende unterschiedlicher Varianten gibt, zum beispiel Acetylcholin), in den Raum zwischen
Axonende und zu erregender Zelle ("synaptischer Spalt") abgegeben werden. Die ausgeschütteten Neurotransmitter binden dann an Rezeptoren der zu erregenden Zelle, wodurch sich (entweder direkt oder
über eine Kette von Proteinen und Enzymen) Ionenkanäle öffnen und die sich veränderte Membranspannung die nächste Zelle zu depolarisieren beginnt.
Das war nun eine Menge, aber es ist noch nicht ganz vorbei: Denn diese Ionenkanäle, die die Neurotransmitter öffnen, müssen nicht immer dazu führen, dass die Membran depolarisiert - das Ganze geht
auch in die andere Richtung, damit wird die Membran dann "unempfindlicher" gegenüber Aktionspotentialen.
Dass das Sinn macht und eigentlich sehr schlau ist, wird einem klarer, wenn man sich vor Augen hält, dass eine Zelle nicht von einer anderen Zelle kontaktiert wird, sondern dass so ein Neuron
hunderte von Zellkonatken ausprägt, von denen Alle ein Wörtchen mitzureden haben, wenn es um die Entscheidung "Signal oder nicht" geht.
Ich gebe zu, das ganze klingt reichlich kompliziert, aber die Komplexität lohnt - die Fortleitungsgeschwindigkeiten und Reaktionszeiten (im Bereich von Millisekunden) sowie die vielfältigen
Verschaltungsmöglichkeiten sind den oben (und das nur oberflächlich) beschriebenen Aufwand wert.
Die chemische Variante ist um einiges langsamer, folgt allerdings einem nicht weniger interessanten Prinzip: hier werden chemische Verbindungen durch die Blutbahn geschickt, die an ihren Zielorten
Zellen dazu bewegen, bestimmten Aufgaben nachzukommen. Doch auch hier erstmal einige wenige Grundlagen.
Viele Zellen in unserem Körper produzieren Botenstoffe und setzen diese frei, je nachdem, wie weitreichend deren Wirkungsradius ist, unterteilt man in autokrine (die Zelle erregt sich selbst),
parakrine (Zellen in näherer Umgebung werden erreicht) und endokrine (im ganzen Körper mögliche) Wirkungen.
Das Prinzip der Hormonwirkung ist recht simpel - die sezernierten (=ausgeschiedenen) Verbindungen treffen auf Rezeptoren an (oder auch in) den Zielzellen, an die sie binden, und über die (eventuell
über weitere Zwischenschritte) die gewünschte Reaktion der Zelle vermittelt wird. Soviel zum Groben.
Sieht man sich die Sache einmal genauer an, erkennt man wieder, wie smart Mutter Natur doch manchmal ist - die endokrinen Hormone erreichen zwar jede Zelle im Körper, aber sie entfalten ihre
Wirkung nur auf den Zellen, die auch Rezeptoren für sie besitzen (das sollte man sich vor allem als Student von Anfang an klar machen).
Schauen wir uns nun die Hormone etwas genauer an, stellen wir fest, dass es auch da wieder Wechselwirkungen mit der Zellmembran gibt - fettige, lipophile Stoffe wie z.b. die Steroidhormone (also
Testosteron, Glukagon..) gelangen problemlos durch die Membran und binden an einen Rezeptor in der Zelle, der sich dann in den Zellkern begibt und sich dort aufmacht, einige Gene auf der DNA in
Proteine umzusetzen (das dauert eine Weile und erklärt, dass diese Hormone eher für eine langfristige Veränderung des Stoffwechsels bzw. der Zellausstattung zuständig sind).
Die nicht-fettigen Hormone (und das ist der Großteil) wirken über drei verschiedene Rezeptortypen, an die sie an der außenseite der Plasmamembran binden und die die Wirkung ins Zellinnere
(zum Teil über einige Zwischenschritte) vermitteln. Das sind meist kurzfristige Wirkungen, z.B. das Bereitstellen von Zucker, wenn ausgeschüttetes Adrenalin uns fluchtbereit machen will, wenn wir
mal wieder Angst im Dunkeln oder vor einer Prüfung haben..
Das schaut nun nach zwei getrennten Kommunikationssystemen, die unabhängig voneinander Arbeiten aus; ein Eindruck, der täuscht. Denn die Aktivität vieler unserer Hormone wird über den Hypothalamus
(einem Kerngebiet im Hirn) geregelt - es zeigt sich wieder einmal, dass alle roten Fäden letztendlich dann doch dort oben irgendwie zusammenlaufen.
Zum Schluss sei noch auf etwas hingewiesen: Meine Ausführung lesen sich hoffentlich verständlich und einfach, aber die Natur hat eine wichtige Eigenschaft, die vor allem Studenten wie mich immer
wieder vor Probleme stellt - sie ist nämlich immer komplizierter, als sie auf den ersten Blick wirkt.
