Inhalt
- TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
- Was ist eine Gap Junction?
- Arten von Gap Junctions
- Die Bedeutung von Gap Junctions
- Was sind Plasmodesmen?
- Die Funktionen von Plasmodesmen
- Regulation von Plasmodesmen
- Variationen von Plasmodesmen
- Andere Arten von Übergängen zwischen Zellen
Sowohl im Tier- als auch im Pflanzenreich müssen Zellen miteinander kommunizieren können, um das Überleben zu sichern. Es gibt eine Reihe von Kanälen und Übergängen, die Zellen überbrücken und ermöglichen, dass Substanzen und Verbindungen zwischen ihnen wechseln. Zwei Hauptbeispiele sind Plasmodesmen und Gap Junctions, sie weisen jedoch wichtige Unterschiede auf.
Lesen Sie mehr über die Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen pflanzlichen und tierischen Zellen.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Sowohl in Pflanzen als auch in Tieren benötigen Zellen eine Möglichkeit, miteinander zu kommunizieren, wichtige Signale für die Immunantwort weiterzuleiten und zu ermöglichen, dass Materialien über Membranen zu anderen Zellen fließen. Gap Junctions in Tieren und Plasmodesmen sind zwei ähnliche Arten von Kanälen, die sich jedoch deutlich voneinander unterscheiden.
Was ist eine Gap Junction?
Gap Junctions sind eine Form des Verbindungskanals in tierischen Zellen. Pflanzenzellen besitzen keine Gap Junctions.
Ein Gap Junction besteht aus Zusammenhängeoder Hemichannels. Hemichannels werden durch das endoplasmatische Retikulum von Zellen hergestellt und durch den Golgi-Apparat auf die Zellmembran verlagert. Diese Molekülstrukturen werden aus Transmembranproteinen hergestellt, die als Connexine bezeichnet werden. Connexons reihen sich aneinander, um einen Lückenübergang zwischen benachbarten Zellen zu bilden.
Lesen Sie mehr über die Funktion und Struktur des Golgi-Apparats.
Gap Junctions dienen als Kanäle, um wichtige Substanzen wie kleine diffusionsfähige Moleküle, Mikro-RNAs (miRNAs) und Ionen aufzunehmen. Größere Moleküle wie Zucker und Proteine können diese winzigen Kanäle nicht passieren.
Gap Junctions müssen für die Kommunikation zwischen Zellen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten arbeiten. Sie können schnell geöffnet und geschlossen werden, wenn eine schnelle Reaktion erforderlich ist. Die Phosphorylierung spielt eine Rolle bei der Regulierung von Gap Junctions.
Arten von Gap Junctions
Bisher haben Wissenschaftler drei Haupttypen von Gap Junctions in tierischen Zellen gefunden. Homotypische Gap Junctions besitzen identische Zusammenhänge. Heterotypische Gap Junctions bestehen aus verschiedenen Arten von Verbindungen. Heteromere Gap Junctions können entweder identische oder unterschiedliche Konnexe haben.
Die Bedeutung von Gap Junctions
Gap Junctions ermöglichen den Durchgang bestimmter Materialien zwischen benachbarten Zellen. Dies ist für die Aufrechterhaltung der Gesundheit eines Organismus von größter Bedeutung. Zum Beispiel müssen Herzmuskelzellen des Herzens schnelle Kommunikation über Ionenfluss, um richtig zu arbeiten.
Gap Junctions sind auch wichtig für die Reaktion des Immunsystems. Immunzellen verwenden Gap Junctions, um Antworten in gesunden Zellen sowie in infizierten oder krebsartigen Zellen zu generieren.
Gap Junctions in Immunzellen lassen Calciumionen, Peptide und andere Botenstoffe passieren. Ein solcher Botenstoff ist Adenosintriphosphat oder ATP, das zur Aktivierung von Immunzellen dient. Calcium (Ca2 +) und NAD + dienen jeweils als Signalmoleküle im Zusammenhang mit der Zellfunktion während des gesamten Lebens einer Zelle.
Es ist auch möglich, dass RNA Lückenübergänge durchquert, die Übergänge erweisen sich jedoch als selektiv, welche miRNAs zulässig sind.
Gap Junctions sind auch bei bestimmten Krebsarten und Bluterkrankungen wie Leukämie von Bedeutung. Die Forscher wissen immer noch, wie die Kommunikation zwischen Stromazellen und Leukämiezellen funktioniert.
Die Wissenschaftler möchten mehr über verschiedene Blocker von Gap Junctions erfahren, um neuartige Medikamente zur Behandlung von Immunerkrankungen und anderen Krankheiten zu entwickeln.
Was sind Plasmodesmen?
Angesichts der wichtigen Rolle von Gap Junctions in tierischen Zellen könnte man sich fragen, ob sie auch in pflanzlichen Zellen existieren. In Pflanzenzellen fehlen jedoch Gap Junctions.
Pflanzenzellen enthalten gerufene Kanäle Plasmodesmen. Edward Tangl entdeckte diese erstmals 1885.Tierzellen haben per se keine Plasmodesmen, aber Wissenschaftler haben einen ähnlichen Kanal entdeckt, der kein Gap Junction ist. Es gibt eine Reihe von strukturellen Unterschieden zwischen Plasmodesmen und Gap Junctions.
Was sind Plasmodesmen (Plasmodesmen im Singular)? Plasmodesmen sind winzige Kanäle, die Pflanzenzellen miteinander verbinden. In dieser Hinsicht sind sie den Gap Junctions von Tierzellen ziemlich ähnlich.
In Pflanzenzellen müssen Plasmodesmen jedoch primäre und sekundäre Zellwände überqueren, damit Signale und Materialien übertragen werden können. Tierzellen besitzen keine Zellwände. Pflanzen brauchen also einen Weg durch die Zellwände, da sich Pflanzenplasmamembranen in Pflanzenzellen nicht direkt berühren.
Plasmodesmen sind im Allgemeinen zylindrisch und mit einer Plasmamembran ausgekleidet. Sie besitzen Desmotubuli, schmale Röhrchen aus glattem endoplasmatischem Retikulum. Die neu gebildeten primären Plasmodesmen neigen dazu, sich zusammen zu sammeln. Sekundäre Plasmodesmen entstehen, wenn sich Zellen ausdehnen.
Die Funktionen von Plasmodesmen
Plasmodesmen ermöglichen den Durchgang spezifischer Moleküle zwischen Pflanzenzellen. Ohne Plasmodesmen könnten notwendige Materialien nicht zwischen den starren Zellwänden von Pflanzen hindurchtreten. Wichtige Materialien, die Plasmodesmen passieren, sind Ionen, Nährstoffe und Zucker. Signalmoleküle für die Immunantwort gelegentlich größere Moleküle wie Proteine und einige RNAs.
Sie dienen im Allgemeinen auch als eine Art Filter, um viel größere Moleküle und Krankheitserreger zu verhindern. Invasoren können die Plasmodesmen jedoch dazu zwingen, diesen Abwehrmechanismus von Pflanzen zu öffnen und außer Kraft zu setzen. Diese Veränderung der Permeabilität von Plasmodesmen ist nur ein Beispiel für ihre Anpassungsfähigkeit.
Regulation von Plasmodesmen
Plasmodesmen können reguliert werden. Ein prominentes regulatorisches Polymer ist Hornhaut. Callose baut sich um Plasmodesmen auf und kontrolliert, was in sie eindringen kann. Erhöhte Mengen an Kallose führen zu einer geringeren Bewegung von Molekülen durch Plasmodesmen. Dies geschieht, indem der Porendurchmesser im Wesentlichen zusammengedrückt wird. Die Durchlässigkeit kann erhöht werden, wenn weniger Hornhaut vorhanden ist.
Manchmal können größere Moleküle Plasmodesmen passieren, indem sie ihre Porengröße erweitern oder sie erweitern. Dies wird leider manchmal von Viren ausgenutzt. Die Forscher lernen immer noch, wie Plasmodesmen genau molekular aufgebaut sind und wie sie funktionieren.
Variationen von Plasmodesmen
Plasmodesmen besitzen in Pflanzenzellen unterschiedliche Formen in unterschiedlichen Rollen. In ihrer einfachsten Form sind sie einfache Kanäle. Plasmodesmen können jedoch erweiterte und verzweigte Kanäle bilden. Diese letzteren Plasmodesmen wirken eher als Filter, die die Bewegung in Abhängigkeit vom Pflanzengewebetyp steuern. Einige Plasmodesmen arbeiten als Sieb, andere als Trichter.
Andere Arten von Übergängen zwischen Zellen
In menschlichen Zellen können vier Arten von intrazellulären Übergängen gefunden werden. Gap Junctions sind eine davon. Die anderen drei sind Desmosomen, anhaftende Übergänge und okkludierende Übergänge.
Desmosomen sind kleine Verbindungen zwischen zwei Zellen, die häufig einer Exposition ausgesetzt sind, wie z. B. Epithelzellen. Die Verbindung besteht aus Cadherinen oder Linkerproteinen.
Occluding Junctions werden auch als Tight Junctions bezeichnet. Sie treten auf, wenn die Plasmamembranen zweier Zellen verschmelzen. Nicht viele Substanzen können durch die verstopfende oder dichte Verbindung gelangen. Die resultierende Versiegelung dient als Schutzbarriere gegen Krankheitserreger; Diese können jedoch manchmal überwunden werden, wodurch die Zellen für Angriffe geöffnet werden.
Anhaftende Übergänge finden Sie unter okkludierende Übergänge. Cadherine verbinden diese beiden Arten von Verbindungen. Anhaftende Übergänge sind über Aktinfilamente miteinander verbunden.
Ein weiterer Konnektor ist das Hemidesmosom, das Integrin anstelle von Cadherinen verwendet.
Kürzlich haben Wissenschaftler entdeckt, dass sowohl tierische Zellen als auch Bakterien ähnliche Zellmembrankanäle wie Plasmodesmen enthalten, die keine Gap Junctions sind. Diese werden Tunnel-Nanoröhren oder TNTs genannt. In tierischen Zellen können diese TNTs ermöglichen, dass sich vesikuläre Organellen zwischen Zellen bewegen.
Obwohl es viele Unterschiede zwischen Gap Junctions und Plasmodesmen gibt, spielen beide eine Rolle beim Zulassen intrazelluläre Kommunikation. Sie leiten Zellsignale weiter und können so reguliert werden, dass bestimmte Moleküle sich kreuzen können. Manchmal können Viren oder andere Krankheitsüberträger sie manipulieren und ihre Permeabilität verändern.
Wenn die Wissenschaftler mehr über die biochemische Zusammensetzung beider Arten von Kanälen erfahren, können sie neue Arzneimittel zur Vorbeugung von Krankheiten besser anpassen oder herstellen. Es ist klar, dass intrazelluläre Membran-ausgekleidete Poren in vielen Arten weit verbreitet sind, und es scheint wahrscheinlich, dass neue Kanäle in Bakterien, Pflanzen und Tieren noch entdeckt werden müssen.