5.11Exkurs: Wie Moleküle im Körper miteinander sprechen: Nervenzellen
5.11.1Aufbau
Jeder vielzellige Organismus weist eine Differenzierung seiner Zellen auf. Diese bilden Gewebe und Organe, die sich auf unterschiedliche Aufgaben spezialisiert haben.
Neben den Ausscheidungsorganen bei Wirbeltieren, den Nieren findet man die Verdauungsorgane (Mund, Magen, Darm), den Blutkreislauf, das Hormonsystem, das Immunsystem und das Nervensystem. Aufgabe des Nervensystems:
Das Nervensystem hat die Aufgabe der Informationsweiterleitung und Verarbeitung.
Informationen oder Reize kommen von ausserhalb und innerhalb des Organismus, werden von Sinneszellen oder Rezeptoren wahrgenommen, von Nervenzellen als Signale weitergeleitet und in Nervenzentren (Gehirn) verarbeitet.
Bausteine dieser Nervensysteme sind als kleinste Einheit Nervenzellen, auch Neuronen genannt.
Der grösste Teil der Nervenzellen des Nervensystems befindet sich im Gehirn.
Aufbau der Nervenzellen:
In der Abbildung sieht man verschiedene Neurontypen. Das multipolare Neuron findet man als typisches Motoneuron (= motorische Nervenzelle), eine Nervenzelle, die ihre Information letztendlich an einen Muskel weiterleitet. Man kann 3 Bereiche ausmachen:
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den Zellkörper in dem der sich der Hauptteil des Cytoplasmas mit den Organellen befindet,
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die Dendriten als kurze Fortsätze am Zellkörper
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und einen langen Fortsatz, der Neurit oder das Axon mit einem verzweigten Ende mit Verdickungen (= Endknöpfchen.)
Diesen grundsätzlichen Aufbau findet man in abgewandelter Form bei allen Nervenzellen, egal ob sie im Gehirn, in der Netzhaut der Augen oder im Rückenmark liegen. Der Unterschied liegt meistens in der Form/Länge der Dendriten resp. Axone. 
Die langen Axone der Motoneuronen (spezielle motorische Neuronen welche Information vom Gehirn zu Muskeln oder Drüsen weiterleiten) durchlaufen in Bündeln den Körper. Dies sind die landläufig bekannten Nerven. Sie sind von Bindegewebe umgeben, Blutgefässe versorgen die Zellen mit Nahrung.
5.11.2Weiterleitung des Reizes
Nervenzellen haben die Fähigkeit elektrische Signale zu empfangen, zu erzeugen und weiterzuleiten; wie sie das machen ist kompliziert. Kurz: das Hauptprinzip dahinter ist, dass unterschiedliche Konzentrationen an Ionen (vor allem Na+, Ca+ sowie K+) zu unterschiedlichen Spannungen (eine Spannung ist ja eine Ladungsdifferenz, somit auch zwischen Na+ und K+) führen, welche dann ermöglichen, Informationen zu verarbeiten.
Bleibt noch das Problem übrig, wie Nervenzellen oder Rezeptoren diese Signale auf andere Zellen übertragen können. Betrachten wir dazu die Kontaktstellen von Nervenzelle und Nervenzelle oder Rezeptor und Nervenzelle oder Nervenzelle und Muskelzelle. Man nennt diese Kontaktstellen Synapsen.
Das Signal wandert in der Nervenzelle zunächst als kleiner Impuls die Nervenfaser entlang, bis es am Ende der Faser ankommt, dort wo sie auf die nachgeschaltete Nervenzelle trifft, an die das Signal übermittelt werden soll. An dieser Stelle, sie heisst Synapse, treten die beiden Zellen aber nicht direkt miteinander in Kontakt, sondern sie näheren sich einander nur so weit, dass sie sich gerade eben nicht berühren, sondern dass noch ein winziger Zwischenraum zwischen ihnen frei bleibt. Diesen Zwischenraum nennt man synaptischen Spalt. An der Synapse enthält die Nervenendigung der Zelle, die das Signal weitergeben will, kleine Speicherbläschen, die mit dem für die Informationsübertragung benötigten Botenstoff, zum Beispiel dem Neurotransmitter Acetylcholin, gefüllt sind. Sobald das elektrische Signal in der Nervenzelle die Synapse erreicht, öffnen sich die Speicherbläschen, und der Botenstoff wird in den synaptischen Spalt abgegeben. Dort trifft er auf die Signalempfänger an der Aussenseite der zweiten Zelle, die Rezeptoren.
Sobald ein Acetylcholinmolekül an den Rezeptor bindet, verändert dieser seine Form. Diese minimale Bewegung wird in der zweiten Zelle registriert und in ein neues elektrisches Signal umgewandelt, das zur nächsten Synapse weitergeleitet wird. Die Nerven sollen natürlich nicht für den Rest ihres Lebens in diesem Erregungsstadium bleiben, sondern möglichst bald in den Ruhezustand zurückkehren, damit sie neue Reize aufnehmen und verarbeiten können. Das Signal muss also auch wieder abgeschaltet werden. Dafür gibt es im synaptischen Spalt ein Enzym, das für diese Aufgabe spezialisiert ist. Es heisst Acetylcholinesterase und wirkt wie eine molekulare Schere, die das Acetylcholin in zwei Teile zerschneidet, Essigsäure und Cholin. Sie fallen vom Rezeptor ab, der sich daraufhin in seinen Ausgangszustand zurück bewegt und sofort das nächste Botenstoffmolekül in Empfang nehmen kann. So können an der Synapse ankommende elektrische Signale mit hoher Geschwindigkeit weitergeleitet werden.
Die Essigsäure sowie das Cholin werden wieder in die präsynaptische Zelle (diejenige Zelle, welche das Acetylcholin enthielt) aufgenommen und mit Hilfe von CoA erneut zu Acetylcholin zusammengebaut. CoA steht für Coenzym A und erfüllt wichtige Aufgaben bei der Aktivierung, Umwandlung und Übertragung von Acyl-Gruppen. Als ‚Acyl’ wird der Rest bezeichnet. 
Viele Nervengifte, die früher als wirksame Insektizide (heute nicht mehr zugelassen) oder Nervengase für die chemische Kriegsführung hergestellt wurden, sind deshalb so gefährlich, weil sie die Acetylcholinesterase angreifen und ausschalten. Es kommt zu Krämpfen und Lähmungen der Muskulatur, die, sobald sie auf den Atemapparat übergreifen, tödlich enden.
Acetylcholin spielt auch eine wichtige Rolle für Lernprozesse und für das Gedächtnis. Wird das Zusammenspiel zwischen dem Neurotransmitter Acetylcholin, dem Enzym, das ihn inaktiviert, der Acetylcholinesterase, und dem Acetylcholinrezeptor als Signalempfänger gestört, entstehen Krankheiten wie Parkinson und Alzheimer. Neben dem Acetylcholin gibt es auch noch zahlreiche andere Botenstoffe im Gehirn. Jeder von ihnen hat seine Spezialaufgabe zu erfüllen und besitzt dafür einen eigenen Rezeptor und ein eigenes Enzym, das seine Wirkung wieder ausschaltet.
Grundlagen der Reaktionskinetik , pearson, pc,
Darstellung einer Potenzialenergiefläche für die Reaktion AB + C bei einer kollinearen Geometrie (q = 180° in Abbildung 36.18). (a, b) Dreidimensionale Ansichten der Fläche. (c) Konturendiagramm der Fläche mit den Konturen der Äquipotenzialenergie. Die gekrümmte, gestrichelte Linie stellt den Pfad eines reaktiven Ereignisses dar, das dem Pfad der Reaktionskoordinate entspricht. Der Übergangszustand für diese Koordinate wird durch das Symbol ‡ gekennzeichnet. (d, e) Querschnitte der Potenzialenergiefläche entlang der Linien a¢ - a bzw. b¢ - b. Diese beiden Diagramme entsprechen dem Potenzial für Zweikörperwechselwirkungen von B mit C und A mit B. [Basierend auf J. H. Noggle, Physical Chemistry, Harper Collins, New York, 1996.]
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