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Die extrazelluläre Matrix und die Zellwand

Die extrazelluläre Matrix und die Zellwand. Kollagen, Integrine, Fibronektin, Zellulose und Pektin.

Einführung

Wir haben viel Zeit damit verbracht, uns anzusehen, was sich innerhalb einer Zelle befindet. Aber was befindet sich denn außerhalb? Das hängt sehr davon ab, auf welche Art von Zelle wir uns anschauen.
Pflanzen und Pilze besitzen eine feste Zellwand zum Schutz und für Stabilität, während tierische Zellen Stoffe in ihre Umgebung absondern können, um ein Netzwerk von Makromolekülen zu bilden, das die extrazelluläre Matrix genannt wird. Hier werden wir uns eingehender mit diesen externen Strukturen und ihren Funktionen in verschiedenen Zelltypen befassen.

Extrazelluläre Matrix von Tierzellen

Die meisten tierischen Zellen setzen Stoffe in den extrazellulären Raum frei, wodurch ein komplexes Netzwerk von Proteinen und Kohlenhydraten entsteht, das als extrazelluläre Matrix (ECM) bezeichnet wird. Ein Hauptbestandteil der extrazellulären Matrix ist das Protein Kollagen. Kollagenproteine ​​werden durch Verknüpfungen mit Kohlenhydraten verändert, und sobald sie aus der Zelle freigesetzt werden, setzen sie sich zu langen Fasern zusammen, die als Kollagenfibrillen bezeichnet werden.start superscript, 1, end superscript
Kollagen spielt eine Schlüsselrolle, wenn es darum geht, Geweben Festigkeit und Formbeständigkeit zu verleihen. Menschliche genetische Störungen, die das Kollagen betreffen, wie das Ehlers-Danlos-Syndrom, führen zu Geweben, die stark überdehnt werden können und leicht reißen.squared
In der extrazellulären Matrix sind Kollagenfasern mit einer Gruppe von Kohlenhydrat-haltigen Proteoglykanen verwoben, die an ein langes Polysaccharidgerüst gebunden sein können, wie in der folgenden Abbildung dargestellt. Die extrazelluläre Matrix enthält auch viele andere Arten von Proteinen und Kohlenhydraten.
Abbildung, die die extrazelluläre Matrix und ihre Verbindungen zur Zelle zeigt. Ein Netzwerk von Kollagenfasern und Proteoglykanen befindet sich außerhalb der Zelle. Kollagen verbindet sich über Fibronektin mit Integrin-Proteinen in der Plasmamembran. Im Inneren der Zelle verbinden sich die Integrine mit den Mikrofilamenten des Zytoskeletts.
Bildquelle: OpenStax Biology.
Die extrazelluläre Matrix ist direkt mit den Zellen verbunden, die sie umgibt. Einige der Hauptverbindungen bestehen aus Proteinen, den Integrinen, die in die Plasmamembran eingebettet sind. Proteine ​​in der extrazellulären Matrix, wie die Fibronektin-Moleküle, die in der obigen Abbildung grün dargestellt sind, können als Brücken zwischen Integrinen und anderen extrazellulären Matrixproteinen wie Kollagen dienen. Auf der Innenseite der Membran sind die Integrine mit dem Zytoskelett verbunden.
Integrine verankern die Zelle in der extrazellulären Matrix. Darüber hinaus helfen sie ihr, Reize aus der Umgebung wahrzunehmen. Sie können sowohl chemische als auch mechanische Signale von der extrazellulären Matrix erkennen und als Antwort Signalwege aktivieren.start superscript, 4, comma, 5, end superscript
Die Blutgerinnung ist ein weiteres Beispiel für die Kommunikation zwischen Zellen und der extrazellulären Matrix. Wenn die Zellen, die ein Blutgefäß auskleiden, beschädigt werden, exprimieren sie einen Proteinrezeptor, der Gewebefaktor genannt wird. Wenn der Gewebefaktor an ein in der extrazellulären Matrix vorhandenes Molekül bindet, löst dies eine Reihe von Reaktionen aus, die den Blutverlust reduzieren. Zum Beispiel bewirkt es, dass Blutplättchen an der Wand des beschädigten Blutgefäßes haften bleiben und sie stimulieren, Gerinnungsfaktoren zu erzeugen.

Die Zellwand

Obwohl Pflanzen kein Kollagen bilden, besitzen sie ihre eigene Art von stabilisierender extrazellulärer Struktur: die Zellwand. Die Zellwand ist eine feste Hülle, die die Zelle umgibt, sie schützt und ihr Stabilität und Form verleiht. Hast du jemals bemerkt, dass es knirscht, wenn du in rohes Gemüse wie Sellerie beißt? Ein großer Teil dieses Knirschens kommt von der Festigkeit der Zellwände von Sellerie.
Pilze besitzen auch Zellwände, wie einige Protisten (eine Gruppe von meist einzelligen Eukaryoten) und die meisten Prokaryoten - obwohl ich nicht empfehle, in solche zu beißen, um zu sehen, ob sie knirschen!
Wie die tierische extrazelluläre Matrix besteht die Pflanzenzellwand aus Molekülen, die von der Zelle ausgeschieden werden. Das hauptsächliche organische Molekül der Pflanzenzellwand ist Cellulose, ein Polysaccharid, das aus Glukoseeinheiten zusammengesetzt ist. Cellulosemoleküle ordnen sich in Form von Mikrofibrillen an, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.
Abbildung der Pflanzenzellwand, die das Netzwerk von Cellulose-Mikrofibrillen und Pektinen zeigt (wobei Pektine in der Mittellamelle besonders häufig vorkommen).
Bildquelle: "Plant cell wall diagram" von Mariana Ruiz Villareal, public domain
Die meisten Zellwände von Pflanzenzellen enthalten eine Vielzahl verschiedener Polysaccharide und Proteine. Zu den häufig zusätzlich zur Cellulose in der Pflanzenzellwand vorkommenden anderen Polysacchariden zählen Hemicellulose und Pektin, die du in der Abbildung oben sehen kannst. Die Mittellamelle, im oberen Teil der Abbildung zu sehen, ist eine klebrige Schicht, die hilft, die Zellwände angrenzender Pflanzenzellen zusammenzuhalten.start superscript, 6, comma, 7, end superscript