Neurotransmittersynthese – Bildung von Botenstoffen

Was ist die Neurotransmittersynthese?

Die Neurotransmittersynthese bezeichnet die biochemischen Prozesse, durch die das Nervensystem körpereigene Botenstoffe – sogenannte Neurotransmitter – herstellt. Diese Botenstoffe werden in Nervenzellen (Neuronen) produziert und ermöglichen die Kommunikation zwischen Nervenzellen sowie zwischen Nervenzellen und anderen Zelltypen wie Muskel- oder Drüsenzellen. Ohne eine funktionierende Neurotransmittersynthese ist eine geregelte Nervenaktivität nicht möglich.

Grundlagen der Neurotransmitter

Neurotransmitter sind chemische Substanzen, die an der synaptischen Übertragung beteiligt sind. Sie werden im präsynaptischen Neuron gespeichert, bei Bedarf in den synaptischen Spalt ausgeschüttet und docken dort an spezifische Rezeptoren des nachgeschalteten Neurons an. Je nach Wirkung unterscheidet man:

• Exzitatorische Neurotransmitter: Aktivieren die Zielzelle (z. B. Glutamat)
• Inhibitorische Neurotransmitter: Hemmen die Zielzelle (z. B. GABA)
• Modulatorische Neurotransmitter: Verändern die Reaktionsbereitschaft von Neuronen (z. B. Dopamin, Serotonin)

Wichtige Neurotransmitter und ihre Synthese

Acetylcholin

Acetylcholin ist der erste entdeckte Neurotransmitter und spielt eine zentrale Rolle im peripheren und zentralen Nervensystem. Es wird aus Cholin und Acetyl-CoA durch das Enzym Cholinacetyltransferase (ChAT) synthetisiert. Cholin stammt hauptsächlich aus der Nahrung sowie aus dem Abbau von Phosphatidylcholin.

Dopamin

Dopamin gehört zur Gruppe der Katecholamine und wird aus der Aminosäure L-Tyrosin gebildet. Der Syntheseweg verläuft über L-DOPA, das durch die Enzyme Tyrosinhydroxylase und DOPA-Decarboxylase zu Dopamin umgewandelt wird. Dopamin ist entscheidend für Motivation, Belohnung und motorische Kontrolle.

Noradrenalin und Adrenalin

Noradrenalin (Norepinephrin) entsteht aus Dopamin durch das Enzym Dopamin-beta-Hydroxylase. Adrenalin (Epinephrin) wird anschließend aus Noradrenalin durch die Phenylethanolamin-N-Methyltransferase gebildet. Beide Substanzen sind wichtige Stresshormone und Neurotransmitter im sympathischen Nervensystem.

Serotonin

Serotonin (5-Hydroxytryptamin, 5-HT) wird aus der Aminosäure L-Tryptophan synthetisiert. In einem zweistufigen Prozess wird Tryptophan zunächst durch die Tryptophanhydroxylase zu 5-Hydroxytryptophan (5-HTP) umgewandelt, das anschließend durch eine Decarboxylase zu Serotonin wird. Serotonin beeinflusst Stimmung, Schlaf, Appetit und viele weitere Körperfunktionen.

GABA (Gamma-Aminobuttersäure)

GABA ist der wichtigste hemmende Neurotransmitter im zentralen Nervensystem. Es wird direkt aus der Aminosäure Glutamat durch das Enzym Glutamatdecarboxylase (GAD) gebildet, wobei Vitamin B6 (Pyridoxal-5-Phosphat) als Kofaktor notwendig ist.

Glutamat

Glutamat ist der häufigste exzitatorische Neurotransmitter. Es wird im Citratzyklus sowie durch Transaminierungsreaktionen aus alpha-Ketoglutarat gewonnen. Glutamat dient gleichzeitig als Vorläufer für GABA und ist an zahlreichen Lernprozessen beteiligt.

Kofaktoren und Nährstoffe bei der Neurotransmittersynthese

Die Neurotransmittersynthese ist auf eine Reihe von Mikronährstoffen angewiesen, die als Kofaktoren für die beteiligten Enzyme dienen:

• Vitamin B6 (Pyridoxal-5-Phosphat): Kofaktor für die Synthese von GABA, Serotonin und Dopamin
• Vitamin B12 und Folsäure: Notwendig für die Methylierungsprozesse, die bei der Synthese von Neurotransmittern eine Rolle spielen
• Vitamin C: Kofaktor bei der Umwandlung von Dopamin zu Noradrenalin
• Eisen: Wichtig für die Tyrosinhydroxylase (Dopaminsynthese) und die Tryptophanhydroxylase (Serotoninsynthese)
• Zink und Magnesium: Beteiligt an enzymatischen Reaktionen im Neurotransmitterstoffwechsel

Störungen der Neurotransmittersynthese

Eine gestörte Neurotransmittersynthese kann erhebliche gesundheitliche Folgen haben und wird mit verschiedenen neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen in Verbindung gebracht:

• Parkinson-Erkrankung: Verlust dopaminerger Neuronen in der Substantia nigra führt zu einem Dopaminmangel
• Depression: Häufig assoziiert mit verminderter Serotonin- und Noradrenalin-Verfügbarkeit
• Schizophrenie: Dysregulation des Dopaminsystems gilt als Schlüsselmechanismus
• Angststörungen: Beeinträchtigte GABA- und Serotoninaktivität kann die Entstehung begünstigen
• ADHS: Veränderungen im Dopamin- und Noradrenalin-Stoffwechsel werden als ursächlich betrachtet

Therapeutische Ansätze

Viele Medikamente in der Neurologie und Psychiatrie greifen gezielt in die Neurotransmittersynthese oder den Neurotransmitterstoffwechsel ein:

• L-DOPA: Vorläufer von Dopamin, eingesetzt bei Parkinson
• SSRIs (Selektive Serotonin-Wiederaufnahme-Hemmer): Erhöhen die Serotoninverfügbarkeit im synaptischen Spalt
• MAO-Hemmer: Verhindern den Abbau von Monoaminen wie Serotonin, Dopamin und Noradrenalin
• Cholinesterasehemmer: Verlangsamen den Abbau von Acetylcholin, eingesetzt bei Alzheimer-Demenz

Quellen

1. Kandel ER, Schwartz JH, Jessell TM, Siegelbaum SA, Hudspeth AJ. Principles of Neural Science. 5. Auflage. McGraw-Hill, 2013.
2. Stahl SM. Stahl's Essential Psychopharmacology: Neuroscientific Basis and Practical Applications. 4. Auflage. Cambridge University Press, 2013.
3. World Health Organization (WHO). Neurological Disorders: Public Health Challenges. WHO Press, Genf, 2006. Verfügbar unter: https://www.who.int/mental_health/neurology/neurodiso/en/