An einer chemischen Synapse setzt das präsynaptische Neuron nach Ankunft eines Aktionspotenzials über Ca2+-Einstrom Neurotransmitter aus Vesikeln frei. Diese diffundieren über den 20–40 nm breiten synaptischen Spalt und binden an Rezeptoren der postsynaptischen Membran. Je nach Rezeptortyp und Ionenfluss entsteht ein erregendes oder hemmendes Potenzial.
Bindet ein erregender Transmitter wie Glutamat an ionotrope Rezeptoren (AMPA-, Kainat-, NMDA-Rezeptoren), öffnen sich Kationenkanäle. Es strömt überwiegend Na+ in die Zelle, die Membran depolarisiert lokal um etwa 1–5 mV in Richtung Schwellenpotenzial. Ein einzelnes EPSP reicht typischerweise nicht aus, um ein Aktionspotenzial auszulösen.
Hemmende Transmitter wie GABA (im ZNS) und Glycin (im Rückenmark) öffnen Cl−-Kanäle (GABAA-Rezeptor) oder K+-Kanäle (metabotroper GABAB-Rezeptor). Cl− strömt nach innen, K+ nach außen, die Membran wird hyperpolarisiert (−70 → −75 mV) und ist schwerer erregbar.
Da einzelne EPSPs zu schwach sind, müssen viele Eingänge integriert werden. Bei der räumlichen Summation addieren sich gleichzeitig eintreffende EPSPs verschiedener Synapsen. Bei der zeitlichen Summation überlagern sich rasch hintereinander eintreffende EPSPs derselben Synapse, bevor das vorhergehende abgeklungen ist.
Erst wenn die Summe aller EPSPs minus aller IPSPs am Axonhügel die Schwelle von etwa −55 mV überschreitet, wird ein Aktionspotenzial generiert.
Die Effizienz von Synapsen ist plastisch. Long-Term Potentiation (LTP) am NMDA-Rezeptor des Hippocampus gilt als zelluläres Korrelat von Lernen und Gedächtnis: Wiederholte starke Reizung erhöht die Anzahl postsynaptischer AMPA-Rezeptoren und verstärkt damit das EPSP nachhaltig.
Benzodiazepine (Diazepam) verstärken die GABA-Wirkung am GABAA-Rezeptor und wirken so beruhigend, angstlösend und antikonvulsiv. Strychnin blockiert Glycinrezeptoren im Rückenmark und führt zu unkontrollierten Krämpfen.
Abitur-Tipp: Merke: EPSP = Depolarisation durch Na+-Einstrom (Glutamat), IPSP = Hyperpolarisation durch Cl−-Einstrom oder K+-Ausstrom (GABA, Glycin). Erst die Summation am Axonhügel entscheidet über das Aktionspotenzial.