Plasmodesmen: das Kommunikationsnetzwerk der Pflanzen
Pflanzenzellen sind von dichten Zellwänden umgeben, jedoch nicht voneinander isoliert. Die Verbindung zwischen ihnen wird durch Plasmodesmen gewährleistet — feine zytoplasmatische Kanäle, die die Zellwände buchstäblich von einer Seite zur anderen durchziehen.
Das Lumen jedes solchen Kanals ist sorgfältig mit der Plasmamembran (Zellmembran) ausgekleidet, was den Übergang von einer Zelle zur anderen fließend und kontinuierlich macht. Die Hauptfunktion der Plasmodesmen besteht in der physischen Verbindung benachbarter Zellen und der Gewährleistung eines streng regulierten Stofftransports.
Dank der zahlreichen Plasmodesmen, die die Gewebe durchziehen, entsteht das Symplast — eine globale Gesamtheit aller Pflanzenzellen, die zu einem einzigen kontinuierlichen System vereinigt sind.
Gap Junctions von Tieren (Macula communicans)
Tierische Zellen besitzen keine Zellwand, benötigen jedoch ebenfalls einen schnellen Informationsaustausch. Dafür gibt es Gap Junctions (Lückenverbindungen), die in den meisten Geweben des Organismus lokalisiert sind. Man findet sie im Epithel- und Bindegewebe, im Herzmuskel und im Nervengewebe.
Ein charakteristisches Merkmal dieser Verbindung ist die extreme Annäherung der Membranen benachbarter Zellen. Der Abstand zwischen den Plasmamembranbereichen beträgt nur 2–4 nm.
In diesem engen Raum werden die Membranen von speziellen Proteinkomplexen durchbohrt, die als Connexone bezeichnet werden.
Die Architektur des Connexons ist streng geordnet:
- Es besteht aus genau 6 transmembranen Proteinen. Diese Struktureinheiten werden als Connexine bezeichnet.
- Die Connexine sind kreisförmig angeordnet und umschließen die zentrale hydrophile Pore.
- Der Durchmesser dieser Pore beträgt 1,5 nm.
Funktion und klinische Bedeutung der Gap Junctions
Die Hauptaufgabe der Connexone besteht darin, eine effiziente „Kommunikation“ zwischen benachbarten Zellen zu gewährleisten. Durch die hydrophilen Poren mit einem Durchmesser von 1,5 nm können Ionen und kleine hydrophile Moleküle frei hindurchtreten.
Wenn die Funktion der Gap Junctions gestört ist, leidet unweigerlich die Signalübertragung zwischen den Zellen. Ein herausragendes Beispiel für eine solche Pathologie ist die Herzrhythmusstörung.
Normalerweise müssen sich die Herzmuskelzellen (Kardiomyozyten) synchron zusammenziehen und ionische Signale über Gap Junctions übertragen. Bei einer Funktionsstörung der Connexone in Kardiomyozyten schlägt diese koordinierte Signalübertragung fehl, was letztlich zu einer gefährlichen Herzrhythmusstörung führt.
Kurz gefasst: Antworten auf Fragen zum Thema
Welche Faktoren regulieren das Öffnen und Schließen der Connexon-Pore?
Das Öffnen und Schließen der Connexon-Pore wird durch das Membranpotential und verschiedene humorale Faktoren reguliert. Connexone stellen spannungsabhängige Kanäle dar, sodass eine Änderung der elektrischen Ladung ihre Konfiguration beeinflusst.
Faktoren, die den Kanal schließen und seine Permeabilität verringern:
- Erhöhung der Konzentration intracellularer Calciumionen (verändern die Proteinkonfiguration).
- pH-Änderung (Versauerung des Milieus, Akkumulation von Kohlenstoffdioxid).
- Toxische Faktoren.
- Depolarisation einer der benachbarten Zellen.
Faktoren, die die Öffnung des Kanals begünstigen:
- Depolarisation der präsynaptischen Membran, die die Pore aus der geschlossenen in die offene Form überführt.
Die Zusammensetzung einer Gap Junction lässt sich leicht nach der „Sechser-Regel“ merken: 1 CONNEXON (Komplex) = 6 CONNEXINE (Proteine), die die Pore bilden.
Fragen aus Vorlesungen und Prüfungen
Wo sind Gap Junctions lokalisiert?
Sie kommen in den meisten tierischen Geweben vor: Epithel-, Binde-, Nerven- und Herzmuskelgewebe.
Was ist ein Symplast?
Dies ist die Gesamtheit aller Pflanzenzellen, die physisch durch zytoplasmatische Kanäle — Plasmodesmen — miteinander verbunden sind.
Was passiert durch die Connexon-Pore?
Durch die hydrophile Pore mit einem Durchmesser von 1,5 nm können Ionen und kleine hydrophile Moleküle hindurchtreten.
Was es zum Thema noch zu wiederholen gibt
- Mechanismus des regulierten Stofftransports durch Plasmodesmen
- Typen von Transmembran-Connexin-Proteinen in verschiedenen Geweben
- Prozess der Ionen-Signalübertragung zwischen Kardiomyozyten
- Rolle von Gap Junctions im Nervengewebe (elektrische Synapsen)
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