Guinguette Marais Poitevin

Extrazelluläre Matrix tierischer Zellen

Die meisten tierischen Zellen geben Stoffe in den Extrazellulärraum ab. Die Hauptbestandteile dieser Materialien sind Proteine, und das am häufigsten vorkommende Protein ist Kollagen. Kollagenfasern sind mit kohlenhydrathaltigen Eiweißmolekülen, den Proteoglykanen, verwoben. Zusammen werden diese Materialien als extrazelluläre Matrix bezeichnet (Abbildung 1). Die extrazelluläre Matrix hält nicht nur die Zellen zusammen, um ein Gewebe zu bilden, sondern ermöglicht es den Zellen innerhalb des Gewebes auch, miteinander zu kommunizieren. Wie kann das geschehen?

Abbildung 1. Die extrazelluläre Matrix besteht aus einem Netzwerk von Proteinen und Kohlenhydraten.

Zellen haben Proteinrezeptoren auf den extrazellulären Oberflächen ihrer Plasmamembranen. Wenn ein Molekül innerhalb der Matrix an den Rezeptor bindet, verändert es die molekulare Struktur des Rezeptors. Der Rezeptor wiederum verändert die Konformation der Mikrofilamente, die sich direkt innerhalb der Plasmamembran befinden. Diese Konformationsänderungen induzieren chemische Signale innerhalb der Zelle, die den Zellkern erreichen und die Transkription bestimmter Abschnitte der DNA ein- oder ausschalten, was die Produktion von assoziierten Proteinen beeinflusst und so die Aktivitäten innerhalb der Zelle verändert.

Die Blutgerinnung ist ein Beispiel für die Rolle der extrazellulären Matrix in der Zellkommunikation. Wenn die Zellen, die ein Blutgefäß auskleiden, geschädigt sind, weisen sie einen Proteinrezeptor namens Tissue-Faktor auf. Wenn der Gewebefaktor mit einem anderen Faktor in der extrazellulären Matrix bindet, veranlasst er die Blutplättchen, an der Wand des beschädigten Blutgefäßes zu haften, stimuliert die angrenzenden glatten Muskelzellen im Blutgefäß, sich zusammenzuziehen (und damit das Blutgefäß zu verengen), und leitet eine Reihe von Schritten ein, die die Blutplättchen zur Produktion von Gerinnungsfaktoren anregen.

Interzelluläre Verbindungen

Zellen können auch über direkten Kontakt miteinander kommunizieren, was als interzelluläre Verbindungen bezeichnet wird. Dabei gibt es einige Unterschiede in der Art und Weise, wie pflanzliche und tierische Zellen dies tun. Plasmodesmata sind Verbindungsstellen zwischen Pflanzenzellen, während tierische Zellkontakte Tight Junctions, Gap Junctions und Desmosomen umfassen.

Plasmodesmata

Im Allgemeinen können sich lange Strecken der Plasmamembranen benachbarter Pflanzenzellen nicht berühren, da sie durch die Zellwand, die jede Zelle umgibt, getrennt sind. Wie also kann eine Pflanze Wasser und andere Bodennährstoffe von den Wurzeln über die Stängel zu den Blättern transportieren? Dieser Transport erfolgt in erster Linie über die vaskulären Gewebe (Xylem und Phloem). Außerdem gibt es strukturelle Modifikationen, die Plasmodesmen (Singular = Plasmodesma) genannt werden, zahlreiche Kanäle, die zwischen den Zellwänden benachbarter Pflanzenzellen verlaufen, ihr Zytoplasma verbinden und den Transport von Stoffen von Zelle zu Zelle und damit in der gesamten Pflanze ermöglichen (Abbildung 2).

Abbildung 2. Ein Plasmodesma ist ein Kanal zwischen den Zellwänden von zwei benachbarten Pflanzenzellen. Plasmodesmen ermöglichen den Übergang von Stoffen aus dem Zytoplasma einer Pflanzenzelle in das Zytoplasma einer benachbarten Zelle.

Tight Junctions

Eine Tight Junction ist ein wasserdichter Verschluss zwischen zwei benachbarten tierischen Zellen (Abbildung 3). Die Zellen werden durch Proteine (hauptsächlich zwei Proteine namens Claudine und Occludine) fest gegeneinander gehalten.

Abbildung 3. Tight Junctions bilden wasserdichte Verbindungen zwischen benachbarten tierischen Zellen. Proteine sorgen für die Adhäsion der Tight Junctions.

Diese enge Adhäsion verhindert das Austreten von Materialien zwischen den Zellen; Tight Junctions finden sich typischerweise in Epithelgeweben, die innere Organe und Hohlräume auskleiden und den größten Teil der Haut ausmachen. Die tight junctions der Epithelzellen, die Ihre Harnblase auskleiden, verhindern zum Beispiel, dass Urin in den extrazellulären Raum austritt.

Desmosomen

Auch Desmosomen, die nur in tierischen Zellen vorkommen, wirken wie Schweißpunkte zwischen benachbarten Epithelzellen (Abbildung 4). Kurze Proteine, Cadherine genannt, in der Plasmamembran verbinden sich mit Intermediärfilamenten, um Desmosomen zu bilden. Die Cadherine verbinden zwei benachbarte Zellen miteinander und halten die Zellen in einer flächigen Formation in Organen und Geweben, die sich dehnen, wie die Haut, das Herz und die Muskeln.

Abbildung 4. Ein Desmosom bildet eine sehr starke Punktschweißung zwischen Zellen. Es entsteht durch die Verbindung von Cadherinen und Intermediärfilamenten.

Gap Junctions

Gap Junctions in tierischen Zellen sind wie Plasmodesmata in pflanzlichen Zellen, da sie Kanäle zwischen benachbarten Zellen sind, die den Transport von Ionen, Nährstoffen und anderen Substanzen ermöglichen, die es den Zellen ermöglichen zu kommunizieren (Abbildung 5). Strukturell unterscheiden sich Gap Junctions und Plasmodesmata jedoch.

Abbildung 5. Eine Gap Junction ist eine mit Proteinen ausgekleidete Pore, die Wasser und kleine Moleküle zwischen benachbarten tierischen Zellen hindurchlässt.

Gap Junctions entstehen, wenn sich eine Gruppe von sechs Proteinen (Connexine genannt) in der Plasmamembran in einer länglichen, donutartigen Konfiguration anordnen, die Connexon genannt wird. Wenn sich die Poren („Donut-Löcher“) der Connexons in benachbarten tierischen Zellen ausrichten, bildet sich ein Kanal zwischen den beiden Zellen. Gap Junctions sind besonders wichtig im Herzmuskel: Das elektrische Signal für die Kontraktion des Muskels wird effizient durch Gap Junctions weitergeleitet, so dass die Herzmuskelzellen im Tandem kontrahieren können.

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