Cytologie

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Zellaufbau

Gap Junctions

Was sind Gap Junctions, wie sind sie aufgebaut und welche Funktionen erfüllen sie in unseren Zellen? Das alles erfährst du in diesem Beitrag. 

Du willst das Thema noch schneller verstehen? Kein Problem, dann schaue dir gerne unser Video%Verweis dazu an!

Inhaltsübersicht

Gap Junctions einfach erklärt

Gap Junctions gehören neben den Tight Junctions  und Desmosomen zu den Zell-Zell-Verbindungen. Sie kommen vor allem in Muskel- und Nervengeweben tierischer Organismen vor, da dort eine schnelle Kommunikation erforderlich ist. 

Du kannst sie dir als Proteinkanäle zwischen den Plasmamembranen zweier angrenzender tierischer Zellen vorstellen. Sie ermöglichen somit eine direkte Verbindung des Cytoplasmas der beteiligten Zellen. Im Gegensatz zu den Tight Junctions oder Desmosomen, die mechanische Aufgaben besitzen,  sorgen sie für eine Kommunikation zwischen Zellen. Dies wird entweder durch Weiterleitung von chemischer Substanzen (Wasser oder gelösten kleinen Molekülen) oder elektrischen Ladungen von einer Zelle zur anderen gewährleistet. Diese Kommunikationskontakte können sogar bis zu 25 Prozent der Plasmamembran ausmachen. 

Bei Pflanzen nehmen für die Zell-Zell-Kommunikation analog dazu Plasmodesmen ähnliche Aufgaben wahr. 

Definition

Gap Junctions sind Proteinkanäle, die die 2,7 nm (Nanometer) große Lücke zwischen den Plasmamembranen zweier angrenzender tierischer Zellen überwinden. Sie dienen zur Kommunikation zwischen Zellen, indem chemische Substanzen oder elektrische Signale weitergeleitet werden. 

Gap Junctions Aufbau

Gap Junctions sind aus Proteinen aufgebaute Kanäle, die eine Kommunikationsverbindung zwischen zwei Zellen herstellen. Sie durchspannen die jeweiligen Plasmamembranen der benachbarten Zellen und den dazwischen liegenden Raum (=Interzellularraum). Diese Ansammlungen an Zell-Zell-Kanälen kannst du auch als „plaques“ oder „cluster“ bezeichnen. 

Das beteiligte Kanalprotein kannst du bei Wirbeltieren als Connexin bezeichnen. Sechs Connexine bilden nun jeweils eine ringförmige Struktur – das Connexon (=Halbkanal). Lagern sich jetzt jeweils zwei Connexone der benachbarten Plasmamembranen aneinander, bildet sich eine durchgehende Pore. Diese Pore entspricht einer Gap Junction. 

Du kannst dir ihre Bedeutung übrigens ganz einfach aus dem Englischen herleiten, denn „gap“ bedeutet übersetzt „Lücke“ und „junction“ „Verbindung“. 

Durch eine unterschiedliche Zusammensetzung der Connexine kann die Durchlässigkeit (=Permeabilität) oder Leitfähigkeit der Kanäle jeweils variieren.  Bei uns Menschen gibt es beispielsweise über 20 verschiedene Connexin-Gene.  Der Durchmesser der Poren beträgt circa 1,5 nm, weshalb großen Molekülen wie Proteinen der Zutritt verwehrt bleibt. 

%<img class="" src="https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/30/Gap_cell_junction-de.svg/1200px-Gap_cell_junction-de.svg.png" alt="Quellbild anzeigen" width="229" height="161" />%Beschriftung: Aufbau der Gap junctions, alt. Text: connexine, connexon, Interzellularraum, Plasmamembran, hydrophil, Zell-Zell-Verbindungen, tight junctons, Desmosomen

Im Vergleich zu den anderen Kanalsystemen in der Zelle unterschieden sich die Gap Junctions vor allem darin, dass hier zwei Membranen anstatt einer durchzogen werden.

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Gap Junctions Funktionen

Die Hauptfunktion der Gap Junctions liegt in der Kommunikation zwischen benachbarten Zellen.

Eine Möglichkeit über Gap Junctions zu kommunizieren bietet die elektrische Kommunikation. Darunter kannst du eine schnelle Weiterleitung von elektrischen Signalen in Form von Ionenströmen verstehen. In Nervenzellen (= Neuronen)%Verweis auf Nervenzelle in der Netzhaut (Retina) am Auge oder im Herzen dienen sie als sogenannte elektrische Synapsen.  Diese ermöglichen eine schnelle und gleichmäßige Ausbreitung von elektrischen Potentialen. 

%<img class="" src="https://www.examrace.com/Study-Material/Medical-Science/Physiology/posts/Evolution-of-Nervous-System/Image-of-Electrical-Synapse.png" alt="Quellbild anzeigen" width="241" height="174" />%Beschriftung: elektrische Kommunikation über Gap Junctions an einer elektrischen Synapse; alt. Text: elektrische Synapse, Gap junctions, tight junctions, Nervenzelle, Aktionspotential, Connexin, Connexon

Neben der elektrischen Kommunikation kann auch eine chemische Kommunikation über Gap Junctions stattfinden. Signalmoleküle, sogenannte second messenger wie Calcium-Ionen (Ca2+), können die Gap Junctions durchqueren. Dadurch wird sichergestellt, dass diese Signalmoleküle in benachbarten Zellen in gleicher Konzentration vorhanden sind. Das ermöglicht eine koordinierte Reaktion der Zellen. 

Außerdem können kleine Moleküle wie ATP (Adenosintriphosphat), Glucose oder Aminosäuren durch die Kommunikationskanäle passieren. Sie sind für den Stoffwechsel in unseren Zellen sehr wichtig. 

Gap Junctions Vorkommen

Gap Junctions sind nur in vielzelligen tierischen Organismen (Eumetazoa) zu finden. Sie kommen vor allem dort vor, wo eine schnelle Kommunikation erforderlich ist. Aus diesem Grund sind sie hauptsächlich in Muskel-und Nervengeweben vertreten. In der Herzmuskulatur sorgen sie beispielsweise für die schnelle und einheitliche Kontraktion des Herzens, um den Körper mit sauerstoffreichem Blut zu versorgen. 

Außerdem sind sie in schwach durchbluteten Geweben vertreten. Zum Beispiel in der Augenlinse oder den Knochen sorgen sie dafür, dass Nährstoffe über Gap Junctions zu den Nachbarzellen transportiert werden können. Zusätzlich unterstützen sie in Drüsen wie Leber und Bauchspeicheldrüse die Ausscheidung von Verdauungssekreten. 

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