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Hauptinhalt

Zell-Zell-Verbindungen

Verschiedene Arten von interzellulären Verbindungen, einschließlich Plasmodesmen, Tight Junctions, Gap Junctions und Desmosomen.

Einführung

Wenn du ein Gebäude baust, welche Art von Verbindungen könntest du zwischen den Räumen einbauen? In einigen Fällen möchtest du, dass Personen von einem Raum in den anderen gehen können. In diesem Fall würdest du eine Tür einsetzen. In anderen Fällen möchtest du, dass zwei benachbarte Wände fest zusammenhalten. In diesem Fall könntest du starke Bolzen einsetzen. Und in wieder anderen Fällen möchtest du vielleicht sicherstellen, dass der Raum zwischen zwei Wänden abgedichtet ist - um zum Beispiel zu verhindern, dass Wasser zwischen ihnen tropft.
Wie sich herausstellt, stehen Zellen vor denselben Fragen, wenn sie in einem Gewebe neben anderen Zellen angeordnet sind. Sollten sie Türen anbringen, die sie direkt mit ihren Nachbarn verbinden? Müssen sie sich mit ihren Nachbarn punktverschweißen, damit eine starke Schicht entsteht, oder vielleicht sogar Dichtungen ausbilden, um zu verhindern, dass Wasser durch das Gewebe dringt? Verbindungen, die alle diese Funktionen erfüllen, können in Zellen verschiedener Arten gefunden werden, und hier betrachten wir nacheinander jede von ihnen.

Plasmodesmen

Pflanzenzellen, die von Zellwänden umgeben sind, berühren sich über weite Teile der Plasmamembran nicht, so wie tierische Zellen es können. Sie besitzen jedoch spezielle Verbindungen namens Plasmodesmen (Singular: Plasmodesma), Stellen, an denen ein Loch in der Zellwand entsteht, um direkten cytoplasmatischen Austausch zwischen zwei Zellen zu ermöglichen.
Abbildung von zwei durch ein Plasmodesmos verbundenen Zellen, die zeigt, wie Substanzen über das Plasmodesma vom Zytoplasma einer Zelle zur nächsten wandern können.
Bildquelle: OpenStax Biology.
Plasmodesmen sind mit einer Plasmamembran ausgekleidet, die durchgehend mit den Membranen der beiden Zellen verbunden ist. Durch jedes Plasmodesmos verläuft ein Zytoplasma-Strang, der einen noch dünneren Strang des endoplasmatischen Retikulums enthält (in obiger Abildung nicht dargestellt).
Moleküle unterhalb einer bestimmten Größe (die Ausschlussgröße) bewegen sich durch passive Diffusion frei durch den Kanal der Plasmodesmen. Die Ausschlussgröße variiert zwischen Pflanzen und sogar zwischen Zelltypen innerhalb einer Pflanze. Plasmodesmen können sich gezielt erweitern (ausdehnen), um die Passage bestimmter großer Moleküle, wie Proteine, zu ermöglichen, wobei dieser Vorgang kaum verstanden wird.start superscript, 1, comma, 2, end superscript

Gap Junctions

Funktionell betrachtet ähneln Gap Junctions tierischer Zellen den Plasmodesmen in Pflanzenzellen: Sie sind Kanäle zwischen benachbarten Zellen, die den Transport von Ionen, Wasser und anderen Stoffen ermöglichen.cubed Vom Aufbau her unterscheiden sich Gap Junctions jedoch ziemlich von Plasmodesmen.
In Wirbeltieren entstehen Gap Junctions, wenn sechs Einheiten bestimmter Membranproteine, die Connexine , eine längliche, ringähnliche Struktur bilden, die als Connexon bezeichnet wird. Wenn sich die Öffnungen von Connexonen zweier benachbarter Tierzellen zueinander ausrichten, bildet sich ein Kanal zwischen den Zellen. (Wirbellose bilden Gap Junctions auf ähnliche Weise, verwenden aber eine andere Art von Proteinen, die Innexine genannt werden.)start superscript, 4, end superscript
Abbildung der Plasmamembranen zweier Zellen, die durch Gap Junctions zusammengehalten werden. Wo sich zwei Connexone aus den verschiedenen Zellen treffen, können sie einen Kanal bilden, der von einer Zelle zur nächsten führt.
Bildquelle: OpenStax Biology, Bearbeitung einer Arbeit von Mariana Ruiz Villareal
Gap Junctions sind vor allem im Herzmuskel wichtig: Das elektrische Signal für die Kontraktion breitet sich schnell zwischen Herzmuskelzellen aus, wenn Ionen durch Gap Junctions strömen, wodurch sich die Zellen synchron zusammenziehen können.

Tight Junctions

Nicht alle Verbindungen zwischen Zellen schaffen zytoplasmatische Verbindungen. Tight Junctions bilden stattdessen eine wasserdichte Versiegelung zwischen zwei benachbarten Tierzellen.
Am Ort einer Tight Junction werden Zellen durch viele einzelne Gruppen von Tight-Junction-Proteinen, die als Claudine bezeichnet werden, dicht aneinander gehalten. Jede Proteingruppe bindet dabei an eine Partnergruppe an der gegenüberliegenden Zellmembran. Die Gruppen sind in Strängen angeordnet, die ein verzweigtes Netzwerk bilden, wobei eine größere Anzahl von Strängen für eine dichtere Abdichtung sorgt.start superscript, 5, end superscript
Abbildung der Membranen zweier Zellen, die durch Tight Junctions zusammengehalten werden. Die Tight Junctions sind wie Nieten, und sie sind in mehreren Strängen angeordnet, die Linien und Dreiecke bilden.
Bildquelle: OpenStax Biology, Bearbeitung einer Arbeit von Mariana Ruiz Villareal
Die Funktion von Tight Junctions ist es, Flüssigkeit daran zu hindern, zwischen Zellen durchzutreten. Dadurch kann eine Schicht von Zellen (zum Beispiel die Auskleidung von Organen) als eine undurchlässige Barriere dienen. Tight Junctions zwischen Epithelzellen, die deine Blase auskleiden, verhindern zum Beispiel, dass Urin in den extrazellulären Raum austritt.

Desmosomen

Tierische Zellen können auch Verbindungen namens Desmosomen enthalten, deren Aufgabe mit Punktschweißungen zwischen benachbarten Epithelzellen verglichen werden kann. Ein Desmosom besteht aus einem Komplex von Proteinen. Einige dieser Proteine ​​erstrecken sich über die Membran, während andere die Verbindung innerhalb der Zelle verankern.
Cadherine, spezielle Adhäsionsproteine, befinden sich auf den Membranen beider Zellen und interagieren im Raum zwischen ihnen, indem sie die Membranen zusammenhalten. Im Inneren der Zelle binden sich die Cadherine an eine Struktur, die als zytoplasmatische Plaque bezeichnet wird (rot in der Abbildung), die mit den Intermediärfilamenten verbunden ist und hilft, die Verbindung zu verankern.
Desmosomen heften benachbarte Zellen aneinander und stellen sicher, dass Zellen in Organen und Geweben, die sich dehnen, wie Haut und Herzmuskel, in einem ununterbrochenen Verbund zusammen bleiben.