Bedingungen und Beteiligte der Interaktion
Die Grundlage für die Ausbildung jeder Verbindung ist die Interaktion von adhärenten Membranproteinen benachbarter Zellen. Die Hauptvoraussetzung für ihre Entstehung ist ein langanhaltender physischer Kontakt.
Verbindungen können zwischen verschiedenen Zellen entstehen:
- Gleichartigen Zellen: bilden einheitliche Verbände in Epithel- und einigen Muskelgeweben.
- Verschiedenartigen Zellen: bilden Interaktionssysteme nach dem Typ „Erzieher-Zögling“ (charakteristisch für Hoden und Thymus).
- Neuronalen Zellen: spezialisierte Verbindungen zwischen Fortsätzen von Nervenzellen sowie zwischen Nervenfasern und Muskeln.
Funktionelle Klassifikation
Alle interzellulären Verbindungen werden üblicherweise in drei Hauptfunktionsgruppen unterteilt:
- Mechanische Verbindungen: sorgen für einen festen Zusammenhalt der Zellen (umfassen einfache und haftende Verbindungstypen).
- Verschließende Verbindungen: erzeugen eine Barriere, die Milieus auf verschiedenen Seiten des Zellverbands vollständig voneinander abgrenzt.
- Kommunikationsverbindungen: dienen dem direkten Austausch von Molekülen oder der Übertragung von Nervenimpulsen.
Mechanische Verbindungen: einfache und haftende
Einfache Verbindungen besitzen keine komplexen spezialisierten Strukturen. Die Plasmolemme befinden sich in einem Abstand von 15–20 nm, und die Adhäsion wird durch Glykoprotein-Makromoleküle (Cadherine, Integrine) gewährleistet. Ein Sonderfall einer solchen Verbindung sind Interdigitationen. Dies sindartige „fingerförmige“ Ausstülpungen, bei denen die Membran einer Zelle in das Cytoplasma einer anderen hineinragt, um die Kontaktfläche maximal zu vergrößern.
Zu den komplexen haftenden Verbindungen gehören:
- Desmosom (Macula adherens): ein kleiner, kreisrunder Haftungsfleck. Intrazellulär ist die Membran durch eine Schicht aus Desmoplakin-Proteinen verdickt, an die Bündel intermediärer Filamente (z. B. Keratin im Epithel) herantreten. Im interzellulären Spalt verbinden die beiden Hälften der Verbindung durch das Adhäsionsprotein Desmoglein.
- Hemidesmosom: befindet sich an der basalen Zelloberfläche. Es ist strukturell wie eine Hälfte eines Desmosoms aufgebaut, verankert die Zelle jedoch nicht an Nachbarzellen, sondern an einer zellulären Struktur — der Basalmembran.
- Adhäsionsgürtel (Zonula adherens): hat die Form eines Bandes. Im Gegensatz zum punktuellen Desmosom akkumuliert sich hier unter der Membran das Protein Vinculin, an das dünne Actinfilamente gebunden sind.
Barriere- und Austauschverbindungen
Tight Junction (Zonula occludens) gehört zum verschließenden Typ. Die Zellmembranen werden durch spezielle Proteine dicht miteinander „vervnetzt“, wodurch an der Oberfläche ein maschenförmiges Netzwerk entsteht. Dieser Kontakt dichtet den Interzellularraum vollständig ab und verhindert die Diffusion von Substanzen.
Für den Stoffaustausch existieren Kommunikationsverbindungen:
- Gap Junctions (Nexusse, Gap Junctions): Bereiche mit einem Durchmesser von 0,5–3 µm, in denen sich die Membranen bis auf 2 nm annähern. Sie werden von hohlen Proteinkanälen durchzogen, die aus zwei aneinandergrenzenden Hälften bestehen — den Connexonen (wobei jedes 1–1,5 nm in den Spalt hineinragt). Nexusse gewährleisten eine metabolische und elektrische Kopplung, indem sie Ionen, Zucker und Aminosäuren passieren lassen.
- Synapsen: chemische oder elektrische Verbindungen zur Signalübertragung. Eine klassische chemische Synapse besteht aus einer präsynaptischen Membran, dem synaptischen Spalt und einer postsynaptischen Membran mit Rezeptoren. Das Signal wird mithilfe eines speziellen Wirkstoffs, des Neurotransmitters, übertragen.
Kurz gefasst: Antworten auf Fragen zum Thema
Welche Strukturproteine bilden Tight Junctions (Zonula occludens)?
Tight Junctions (Zonula occludens) werden durch spezielle Proteine gebildet, die für eine dichte Anlagerung der Plasmolemme benachbarter Zellen und die Abdichtung des Interzellularraums sorgen.
Die molekulare Zusammensetzung umfasst:
- Occludine.
- Claudine.
- Weitere Proteine.
In spezialisierten Tight Junctions zwischen Sertoli-Zellen sind mindestens 50 Reihen von Proteinmolekülen an der Bildung der Verbindung beteiligt, was eine extrem hohe Dichtigkeit gewährleistet.
Welche Proteine sind Bestandteil der molekularen Zusammensetzung eines Desmosoms?
Die molekulare Zusammensetzung des Desmosoms (Macula adherens) umfasst intrazelluläre, cytoskeletale und interzelluläre Proteine.
Die wichtigsten strukturellen Komponenten:
- Desmoplakine — bilden die Verdickung des Plasmalemms (die cytoplasmatische Plakette) von der Innenseite der Zelle.
- Keratin — ein gewebespezifisches Protein intermediärer Filamente (im Epithelgewebe), dessen Bündel an die Desmoplakinschicht herantreten, um die mechanische Belastung zu verteilen.
- Desmogleine — adhäsive Haftungsproteine, die im erweiterten Interzellularraum liegen und die beiden Hälften der Verbindung miteinander verknüpfen.
Zur Unterscheidung der Proteine in haftenden Verbindungen: Im Desmosom wirken Desmoplakine (Buchstabe „D“), während im Adhäsionsgürtel Actin (Buchstabe „A“) aktiv ist.
Fragen aus Vorlesungen und Prüfungen
Worin besteht der Hauptunterschied zwischen einem Desmosom und einem Adhäsionsgürtel?
Die Unterschiede liegen in Form und molekularer Zusammensetzung. Ein Desmosom ist ein punktueller „Fleck“ mit Desmoplakinen und intermediären Filamenten, während ein Gürtel ein durchgehendes Band um die Zelle herum mit Vinculin und Actinfilamenten darstellt.
Wie wird die Funktion von Gap Junctions (Nexusssen) reguliert?
Die Durchlässigkeit von Connexon-Kanälen hängt von der Konzentration der Calciumionen ab. Bei einem Anstieg des Ca²⁺-Spiegels ändert sich die Konfiguration der Proteine, und das Lumen des Kanals wird sicher verschlossen.
Wo im Körper sind Hemidesmosomen zu finden?
Hemidesmosomen kommen ausschließlich an der basalen Zelloberfläche vor. Ihre Hauptaufgabe ist die Verankerung des Zellverbands an der Basalmembran.
Was es zum Thema noch zu wiederholen gibt
- Molekularer Aufbau eines Connexons in einer Gap Junction
- Spezifität gewebsspezifischer intermediärer Filamente (Keratine u. a.)
- Mechanismus der Neurotransmitterfreisetzung in der Synapse
- Adhäsive Glykoproteine einfacher Verbindungen: Integrine und Cadherine
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