Dein Herz schlägt ein ganzes Leben lang. Es zieht sich rhythmisch zusammen, wobei die Muskelzellen sich aufeinander abstimmen. Ein solcher Mechanismus ist nur möglich, dank einer ganz speziellen Zell-Zell-Verbindung, den Gap Junctions. Diese sorgen für die Erregungsweiterleitung und für weitere wichtige Abläufe im Körper, die Du im Folgenden besser kennenlernst.
Gap Junctions Definition
Gap Junctions sind spezielle Zell-Zell-Verbindungen. Gap bedeutet so viel wie “Lücke” oder “Spalt”. Junction ist das englische Wort für “Verbindung”. Sie sorgen also für eine Kommunikation und einen Signalaustausch von benachbarten Zellen. Die Gap Junctions durchziehen kanalartig die Membran der Zellen.
Gap Junctions Aufbau
Gap Junctions sind Kanäle, welche sich durch die Zellmembran ziehen. Somit sorgen sie dafür, dass zwei benachbarte Zellen miteinander verbunden sind und kommunizieren können.
Die Bausteine der Gap Junctions
Eine solche Verbindung wird durch sogenannte Connexone realisiert. Diese Connexone sind jeweils in beiden Zellen vorhanden und verbinden sich miteinander. Dadurch entsteht eine Zell-Zell-Verbindung, also ein Gap Junction.
Ein Connexon ist aus sechs Connexinen aufgebaut, welche die Zellmembran durchbrechen. Zusammen ergibt dies einen Zusammenschluss aus zwei mal sechs Connexinen, welche die zwei sich verbindenden Connexone aufbauen.
Connexine sind Eiweiße, welche jeweils vier Transmembrandomänen besitzen. Das bedeutet, dass sie schleifenartig viermal die Zellmembran durchdringen.
Von den Connexonen beziehungsweise Gap Junctions kommen viele an einem Abschnitt der Membran der Zelle vor. So ein häufiges Vorkommen wird unter anderem als Plaque oder Cluster bezeichnet.
Zusammenfassend lässt sich der Aufbau der Gap Junctions wie folgt ausdrücken: Um ein Gap Junction zwischen zwei benachbarten Zellen aufzubauen, benötigt man sechs Connexine pro Zelle. Die sechs Connexine bilden zusammen ein Connexon. Die zwei Connexone benachbarter Zellen bilden zusammen einen Kanal, ein Gap Junction.
Die Gap Junctions bilden einen Kanal zwischen zwei Zellen. Dies geschieht durch die Membran der Zelle, welche aus Fetten (Phospholipiden) aufgebaut sind. Durch die Membran der Zelle können eigentlich nur fettliebende (lipophile) Moleküle dringen. Fettmeidende (lipophobe) beziehungsweise wasserliebende (hydrophile) Moleküle können diese Barriere der Zelle normalerweise nicht durchdringen. Durch die Gap Junctions können lipophobe bzw. hydrophile Moleküle zwischen den Zellen ausgetauscht werden.
Gap Junctions Funktion
Gap Junctions sind, wie Du am Anfang bereits erfahren hast, Zell-Zell-Verbindungen. Aber wofür benötigt der Körper diese spezielle Art der Verknüpfung von Zellen untereinander?
Die wichtigste Funktion der Gap Junctions ist die Kopplung der Zellen. Dabei können durch den Kanal ohne Umwege Stoffe von der einen auf die andere Zelle übergehen. Ein solcher Vorgang funktioniert nur bei geöffneten Gap Junctions der Zelle.
Im Detail bilden die Gap Junctions eine hydrophile Zone innerhalb der Membran der Zelle. Durch ihren Durchmesser, der rund zwei bis vier Nanometer (nm) groß sein kann, passen dadurch allerlei Moleküle.
Beispiele für Moleküle, die durch die Gap Junctions in die benachbarte Zelle gelangen, sind hydrophile Teilchen wie Aminosäuren, Zucker und geladene Teilchen (Ionen).
Der Unterschied zwischen Gap Junctions und anderen Zellverbindungen ist, dass durch sie größere Moleküle gelangen können. Außerdem haben sie nicht als Hauptaufgabe, die Zellmembranen aneinander zu halten. Dies ist unter anderem eine Aufgabe einer weiteren Zellverbindung, den Tight Junctions.
Mehr zu den Tight Junctions und Zell-Zell-Verbindungen findest Du in der gleichnamigen StudySmarter Erklärungen!
Arten der Zellkopplung durch Gap Junctions
Die Gap Junctions haben verschiedenste Aufgaben. Dabei ist das Primärziel stets die Kopplung zweier Zellen. Eine solche Kopplung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Die Gap Junctions realisieren zwei Arten der Zellkopplung besonders: die metabolische Kopplung und die elektrische Kopplung.
Metabolische Kopplung
Metabolische Kopplung bedeutet, dass durch die Gap Junctions verschiedene Metabolite, also Zwischenprodukte verschiedenster Stoffwechselwege, ausgetauscht werden.
Wenn zwei Nachbarzellen mithilfe von Gap Junctions gekoppelt sind, können sie verschiedene Produkte durch diese Zell-Zell-Verbindung schleusen. Durch einen solchen Mechanismus können Zellen untereinander Metabolite austauschen.
Elektrische Kopplung
Gap Junctions können auch eine elektrische Kopplung zweier Zellen hervorrufen. Diese steht im Gegensatz zur metabolischen Kopplung.
Bei der elektrischen Kopplung handelt es sich um eine Erregungsweiterleitung an den Zellen. Dies geschieht durch die Übertragung von elektrischen Signalen.
Durch den Kanal der Gap Junctions können auch geladene Teilchen von einer auf die andere Zelle wandern. Dadurch kann ein elektrischer Zustand der einen Zelle den der anderen beeinflussen. Somit kommt eine elektrische Kopplung zustande.
Gap Junctions Vorkommen
Gap Junctions kommen vermehrt an Zellen vor, die eine metabolische oder elektrische Kopplung benötigen. Durch die Gap Junctions werden Signale schnell verbreitet und weitergeleitet. Diese Funktion benötigen besonders Stoffwechsel aktive Zellen und Zellen der Signalübertragung.
Im Folgenden lernst Du die wichtigsten Einsatzgebiete der Gap Junctions kennen.
Dies soll nicht bedeuten, dass diese wichtigen Zell-Zell-Verbindungen nicht auch in anderen Zellen vorkommen. Die Gap Junctions kommen in fast allen Zellen Deines Körpers vor. In diesen hier vorgestellten sind sie aber am prominentesten.
Gap Junctions Herz
Das Herz ist eines der wichtigsten Organe des Menschen. Wenn es nicht mehr funktioniert, wird der Organismus und das Gehirn durch Blutstau nicht genügend mit Sauerstoff versorgt. Damit dies nicht passiert, gibt es einige Mechanismen, welche die Pumpkraft des Herzens sicherstellen. Eines davon sind die Gap Junctions. Sie kommen in den Muskelzellen des Herzens in einer großen Vielzahl vor.
Wenn nun ein elektrischer Nervenreiz auf eine Herzmuskelzelle trifft, zieht sich diese zusammen (Kontraktion).
Mehr zum Nervensystem kannst Du in der StudySmarter Erklärung Nervensystem erfahren.
Eine einzige sich kontrahierende Zelle würde aber dem Herzen wenig nützen. Für einen Herzschlag sollten sich die Zellen kräftig und gleichmäßig zusammenziehen.
Dafür sorgen die Gap Junctions. Durch sie findet eine elektrische Kopplung der Herzmuskelzellen statt. Wenn ein Signal an einer Nervenzelle eintrifft, verteilt sich dieses Signal durch die Gap Junctions in sehr kurzer Zeit auf alle Herzmuskelzellen. Somit kann das Herz durch elektrische Kopplung der Herzmuskelzellen gleichmäßig kontrahieren.
Wenn eine Herzmuskelzelle kontrahiert, kontrahieren durch die elektrische Kopplung alle anderen gekoppelten Zellen mit. Dieser Vorgang wird als Alles-oder-Nichts Prinzip bezeichnet. Entweder kontrahieren alle Herzmuskelzellen oder keine.
Gap Junctions in Geweben
Wenn Gewebe schlecht durchblutet sind, dann werden diese über Diffusion beziehungsweise über Zell-Zell-Verbindungen mit Nährstoffen versorgt.
Diffusion bedeutet, dass die Teilchen entlang ihres Konzentrationsgefälles laufen. Sie wandern also vom Ort der hohen zum Ort der niedrigen Konzentration, um einen Konzentrationsausgleich zu bewirken.
Schlecht durchblutete Gewebe sind etwa die Linse des Auges. Dort wandern nun Nährstoffe von den durchbluteten (vaskularisierten) Geweben über die Gap Junctions zur Linse. Diese lassen durch ihre Kanalform und ihre Größe wichtige Moleküle wie Zucker oder Proteine passieren.
Gap Junctions – Das Wichtigste
- Gap Junctions sind spezielle Zell-Zell-Verbindungen. Sie sind Kanäle in der Zellmembran, die zwei benachbarte Zellen verbinden
- Der Aufbau der Gap Junctions besteht aus jeweils sechs Connexinen, die sich zu einem Connexon zusammenschließen. Die Verbindung der Connexone zweier Zellen stellen die Zell-Zell-Verbindung der Gap Junctions dar
- Durch die Gap Junctions können große Moleküle, wie Zucker und Proteine gelangen (metabolische Kopplung) - Elektrische Reize können durch die Gap Junctions auf ihre Nachbarzellen übertragen werden (elektrische Kopplung)
- Um eine gleichmäßige Kontraktion des Herzens zu ermöglichen, sind in den Herzmuskelzellen viele Gap Junctions eingelagert
Nachweise
- Werner Buselmaier; Joana Haussig (2018). Biologie Für Mediziner. Springer.
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