Die Mikrovilli sind sehr kleine Ausstülpungen der Zellmembran. Ihre Größe beträgt etwa einen µm. Der Durchmesser eines Mikrovillus liegt bei ungefähr 0,5 µm. Dabei liegen viele einzelne Mikrovilli dicht nebeneinander. Zusammen ergeben sie den rasenähnlich aussehenden Saum, auch Bürstensaum genannt.
Zum Einprägen: Der BÜRSTENsaum (Mikrovilli) besitzt eine HAARähnliche Struktur.
Mikrovilli: Definition
Die Mikrovilli liegen an apikaler Seite der Membran. Als fingerförmige Ausstülpungen dienen die Mikrovilli der Oberflächenvergrößerung der Membran. Eine Oberflächenvergrößerung ist für Zellen wichtig, die möglichst viel Kontakt zu einer inneren Oberfläche besitzen wollen.
Dieser Kontakt ist deshalb wichtig, um die auf dieser Oberfläche befindlichen Stoffe schneller und besser aufnehmen (resorbieren) zu können. Deswegen kommen Mikrovilli auf den resorbierenden Zellen des Darms und der Niere vor.
Die spezialisierte Form der Mikrovilli wird als Stereovilli bezeichnet.
Die Membran der Zelle ist in zwei Seiten aufgeteilt. Der eine Teil der Zellmembran ist die Außenseite. Diese muss nicht zwangsläufig die Haut sein, es kann sich auch um eine innere Oberfläche handeln. Die andere Seite der Membran hingegen schaut nach innen. Diese sogenannte Zellpolarität lässt sich in Abbildung 1 erkennen. Die Mikrovilli sitzen an der nach außen gerichteten Seite der Zellmembran.
Mikrovilli Aufbau
Mikrovilli sind Ausstülpungen der Zellmembran. Sie werden unter anderem als Bürstensaum bezeichnet. Die Mikrovilli sind klein und haben eine haarähnliche Struktur. Dies ist in Abbildung 2 dargestellt.
Durch seine schmale Form kann der Bürstensaum nur als Streifen auf den Zellen in lichtmikroskopischen Bildern erkannt werden. Er ist zu klein, um genauer aufgelöst zu werden. Erst durch elektronenmikroskopische Aufnahmen können die feinen Strukturen der Mikrovilli erkennbar gemacht werden.
Die Mikrovilli sind mit Aktinfilamenten durchzogen. Diese Filamente sorgen für die Stabilität und Struktur der Mikrovilli.
Aktinfilamente sind Proteinfasern, die jeweils aus zwei Strängen Aktin bestehen. Aktinfilamente bilden unter der Zellmembran ein dichtes, stützendes Netzwerk und sorgen somit für die Stabilität des Zellskeletts und die Verankerung von Zellstrukturen.
Zudem dienen die Aktinfilamente dem Bürstensaum als Verankerung. Untereinander sind die Aktinfilamente durch Proteine vernetzt. Solche Proteine sind Villin und Fimbrin, welche zur Quervernetzung der Aktinfilamente beitragen. Dies führt zu einer gesteigerten Stabilität der Filamente.
Die Verankerung eines Mikrovillus nennt man Terminalgeflecht. Dieses Terminalgeflecht ist an der oberflächlichen Seite der Zellmembran lokalisiert. Das Terminalgeflecht ist kontraktionsfähig, kann sich also zusammenziehen (kontrahieren). Wenn sich das Terminalgeflecht kontrahiert, wird die Zelloberfläche zusammengezogen.
Durch diese Verkleinerung der oberflächlichen Membran werden die Mikrovilli wie ein Fächer aufgespannt. Somit ist zwischen jedem Mikrovilli mehr Platz und sie können eine bessere Resorptionsleistung hervorbringen. Mehr Kontakt mit der Oberfläche bedeutet mehr Kontakt der Mikrovilli mit den zu resorbierenden Stoffen.
Mikrovilli: Aufbau der Stereovilli
Stereovilli sind spezialisierte Mikrovilli. Eine alte Bezeichnung für Stereovilli ist Stereozilien. Die Stereovilli sind verzweigte Mikrovilli.
Die alte Bezeichnung Stereozilien für die Stereovilli leitet sich von den Kinozilien ab. Kinozilien sind ebenfalls Ausstülpungen der Zellmembran. Im Gegensatz zu Stereovilli und Mikrovilli besitzen Kinozilien Mikrotubuli als Stabilisatoren. Stereovilli und Mikrovilli hingegen erhalten ihre Stabilität durch Aktinfilamente. Mehr dazu erfährst du im letzten Abschnitt dieses Artikels.
Die Stereovilli sind stark verzweigte Mikrovilli. Sie kommen dabei, im Gegensatz zu den Mikrovilli seltener im Körper vor. Weitere Unterschiede lernst du im nächsten Abschnitt des Artikels genauer kennen.
Mikrovilli Vorkommen
Mikrovilli kommen an vielen Abschnitten des Körpers vor. Sie gehören zur apikalen Seite der Plasmamembran. Dabei treten Mikrovilli in resorbierenden Geweben auf, beispielsweise in der Darmwand. Diese ist nicht glatt, sondern besteht aus vielen Windungen, die auch als Darmzotten und Darmkrypten bezeichnet werden. Auf diesen Darmzotten sitzen die Mikrovilli auf den Epithelzellen und zeigen zur inneren Oberfläche des Darms.
Resorbierende Gewebe sind solche, die an der Aufnahme von Nahrungsbestandteilen (= Resorption) in den Körper beteiligt sind. Dazu gilt etwa der Darm mit seinen Darmzotten.
Mikrovilli: Vorkommen der Stereovilli
Stereovilli sind spezialisierte verzweigte Formen der Mikrovilli. Demnach kommen sie im Körper weniger häufig als die Mikrovilli vor. Ein Beispiel für ihr Vorkommen ist im Nebenhodengang oder auf Sinneszellen im Innenohr.
Mikrovilli: Funktion
Mikrovilli als Auffaltungen der Membran haben verschiedenste Aufgaben. Hierbei ergänzen sich Struktur und Funktion gegenseitig.
Mikrovilli: Oberflächenvergrößerung
Mikrovilli dienen der Oberflächenvergrößerung. Dies kannst du dir gut merken, wenn du die Mikrovilli anschaust. Diese Ausstülpungen der Membran sorgen dafür, dass eine größere Fläche der Membran mit der inneren Oberfläche in Kontakt kommen kann.
Diese Eigenschaft der Oberflächenvergrößerung ist bei Verdauungsprozessen von großer Bedeutung. Wenn Nahrungsbestandteile resorbiert werden sollen, ist eine größere Fläche der Membran günstig. Durch sie kommt mehr aufgenommene Nahrung mit der Membran in Kontakt. Somit können Nahrungsbestandteile mithilfe der Mikrovilli bestmöglich resorbiert werden.
Die Mikrovilli enthalten sogenannte Bürstensaumenzyme. Diese Enzyme spielen eine wichtige Rolle in der Verdauung. Kohlenhydrate, die mit der Nahrung aufgenommen werden, können durch Enzyme gespalten werden. Die Amylase der Bauchspeicheldrüse und die Bürstensaumenzyme beispielsweise spalten Zweifachzucker zu Einfachzuckern. Diese können von der Darmwand aufgenommen werden.
Die Glykokalix der Mikrovilli ist zuständig für die resorbierenden Eigenschaften. Sie trägt die oben erwähnten Enzyme und damit erschließt sie einen Teil der Funktionen von Mikrovilli.
Als eine Glykokalix wird ein Teil der Zellmembran bezeichnet. An diesen speziellen Teil sind Kohlenhydrate an die extrazelluläre Matrix gebunden. Dies ist wichtig für verschiedenste Zellkontakte und Interaktionen der Zellen. Sie schützt die Mikrovilli vor der Selbstverdauung durch die Verdauungsenzyme.
Mikrovilli: Geringer Diffusionswiderstand
Die Mikrovilli haben einen geringen Diffusionswiderstand. Dies bedeutet, dass sie sich gut für die Abgabe und Aufnahme von Stoffen eignen. Diese Eigenschaft ist gerade im Hinblick auf die Verdauung und mit dieser einhergehenden Resorption von großer Bedeutung.
Mikrovilli: Erkrankung
Wie du dir vorstellen kannst, gehen Erkrankungen der Mikrovilli häufig mit einer verminderten Resorption einher. Dies ist der Fall bei der selten auftretenden Microvillus inclusions disease. Diese Erkrankung bezeichnet man auch als Davidsons’s disease.
Die Mikrovilli gehen bei dieser Erkrankung zugrunde, die Oberflächenvergrößerung im Darm nimmt ab. Dadurch kommt es zu einer Mangelversorgung des Körpers mit Nährstoffen, unter anderem Kohlenhydraten, da diese durch fehlende Mikrovilli nur unzureichend resorbiert werden können.
Microvillus inclusions disease ist eine Erkrankung, die durch eine Genmutation auftritt. Das bedeutet, dass die Krankheit vererbt werden kann. Dabei wird ein Protein verändert, das normalerweise die Polarität der Zelle bestimmt. Ist dieses Protein mutiert, können an der apikalen Zellmembran keine Mikrovilli ausgebildet werden.
Vergleich von Kinozilien und Mikrovilli
Mikrovilli und Kinozilien sind beide Ausstülpungen der Zellmembran. Sie vergrößern also gleichermaßen die Oberfläche der Zelle. Trotzdem haben Mikrovilli und Stereozilien einige Unterschiede vorzuweisen. Das Vorkommen der beiden Ausstülpungen unterscheidet sich, da sie andere Funktionen besitzen.
Kinozilien werden als Flimmerhärchen, Mikrovilli bekanntermaßen als Bürstensaum bezeichnet.
Kinozilien sind deutlich länger und dicker als Mikrovilli. Somit können sie besser unter dem Lichtmikroskop erkannt werden. Die Kinozilien enthalten Mikrotubuli, welche ihnen Stabilität verleihen.
Mikrotubuli sind stabilisierende Filamente der Zelle. An ihnen findet ein An- und Abtransport von Stoffen statt.
Die Mikrotubuli in den Kinozilien sind in einer ganz bestimmten Formation angeordnet, die möglichst viel Stabilität verspricht. Man nennt sie 9 x 2 + 2 Formation.
Merke dir: Mikrotubuli kommen in Kinozilien vor, nicht aber in den wortähnlichen Mikrovilli. Hier ist die Struktur und Stabilität durch Aktinfilamente gegeben.
Die Kinozilien dienen nicht nur der Oberflächenvergrößerung, sondern können auch schlagende Bewegungen ausführen. Dies ist bei den Mikrovilli nicht der Fall, sie sind unbeweglich. Die Kinozilien kommen deswegen beispielsweise am Epithel der Luftröhre vor, um eingeatmeten Schmutz durch Bewegung von innen nach außen zu transportieren.
Mikrovilli - Das Wichtigste
- Mikrovilli sind fingerförmige Ausstülpungen der Zellmembran. Sie sitzen auf der äußeren Seite der Zelle als Bürstensaum.
- Der Bürstensaum dient der Oberflächenvergrößerung. Dies sorgt für eine gesteigerte Resorption (Aufnahme von Stoffen).
- Das Vorkommen der Mikrovilli beschränkt sich größtenteils auf manche Organe des Verdauungstrakts, wie den Darm.
- Die spezialisierte Form der Mikrovilli wird als Stereovilli bezeichnet. Sie stellen eine verzweigte Form der Mikrovilli dar.
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