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Tight Junctions

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Tight Junctions

In vielen Bereichen des Körpers schwimmen die Zellen nicht einfach umher, sondern müssen eng nebeneinander liegen. Diese Anordnung dient nicht nur der Stabilität, sondern auch der Kommunikation und dem Stoffaustausch zwischen Zellen. Neben Gap Junctions und Desmosomen sind Tight Junctions eine weitere Art dieser Zell-Zell-Verbindungen.

Vorkommen der Tight Junctions

Tight Junctions kommen in Epithelzellen und Endothelzellen vor, die Grenzflächen des Körpers darstellen.

Epithelzellen bilden die Barrieren zwischen Körper und Außenwelt und sind daher in der Haut und in Schleimhäuten zu finden. Endothelzellen bilden Grenzflächen innerhalb des Körpers, wie die Wände von Blutgefäßen.

An diesen Grenzflächen ist es besonders wichtig, dass die Membranen benachbarter Zellen unmittelbar aneinander liegen, um eine dichte, lückenlose Barriere zu bilden. Tight Junctions ermöglichen es den Epithel- und Endothelzellen, den Zellzwischenraum (Interzellularraum) zu verschließen und somit die unkontrollierte Diffusion von Stoffen durch diese Barriere zu verhindern.

Diffusion beschreibt die Bewegung von Stoffen, in diesem Fall von einer auf die andere Seite der Grenzfläche, die von Epithel- und Endothelzellen dargestellt wird.

Aufgrund dieser Funktion wird die Barriere aus Epithelzellen auch als Diffusionsbarriere bezeichnet. Tight Junctions kommen unter anderem in folgenden Grenzflächen des Körpers vor:

  • Darmepithel: Hier sorgen die Tight Junctions dafür, dass der Darminhalt nicht durch das Darmepithel ins Blut gelangt.
  • Blut-Hirn-Schranke: Tight Junctions bilden eine wichtige Grundlage, um zu verhindern, dass Substanzen unkontrolliert aus dem Blut ins Gehirn gelangen.
  • Nierenepithel: Tight Junctions sorgen dafür, dass der Harn (Urin) nicht durch das Harnepithel in den Bauchraum gelangt.

Bei der Krankheit "Leaky Gut Syndrom" ist diese Diffusionbarriere gestört. Dabei können Giftstoffe und Bakterien aus dem Darm ins Blut gelangen und es kommt zu Krankheiten wie Akne, Migräne und Entzündungen.

Aufbau der Tight Junctions

Tight Junctions bestehen aus einem Netzwerk aus Transmembranproteinen, die wie Bänder um Epithelzellen herum gewunden sind. Die Membranproteine benachbarter Zellen sind in Form von Kopf-Kopf-Kontakten eng miteinander verbunden, um eine dichte Diffusionsbarriere zu bilden.

Transmembranproteine sind Proteine, die innerhalb der Membran einer Zelle sitzen und gehören deshalb auch zur Gruppe der integralen Membranproteine. Mehr hierzu erfährst Du im StudySmarter-Artikel zur Zellmembran.

Die häufigsten Transmembranproteine, durch die Tight Junctions gebildet werden, sind Occludin und Claudin.

Verbindungen zum Zellskelett

Damit Zellen an Grenzflächen im Körper stabil bleiben, haben Tight Junctions zusätzlich eine Verbindung zum Skelett der Zelle. Über das Protein ZO (Zonula occludens) sind die Proteine Occludin und Claudin intrazellulär mit Aktin-Strängen verbunden.

Aktin ist ein Protein, das zu Strängen zusammengebaut werden kann. In dieser Form dient es der Stabilisierung der Zelle und ihrer Form und stellt einen wichtigen Teil des Zellskeletts (Cytoskelett) dar.

Auf diese Weise kann das stabilisierende Aktin innerhalb der Zelle mit der Zellwand genauer gesagt mit den Tight Junctions verbunden werden.

Aufgaben und Funktion der Tight Junctions

Die Tight Junctions haben insgesamt drei Aufgaben, die sie mithilfe ihrer dichten Bindung ausführen können:

Diffusionsbarriere

Tight Junctions bilden eine Diffusionsbarriere an Grenzflächen. Das bedeutet, dass sie für bestimmte Moleküle durchlässig sind und für einige nicht (Semipermeabilität). Diese Diffusionbarriere ist eine wichtige Voraussetzung für Transzytose.

Unter Transzytose versteht man den Transport von Stoffen durch eine Zelle, die von der Bindung an Rezeptoren abhängig ist. Rezeptoren sind Moleküle, die sich auf der Oberfläche von Zellen befinden und wie ein Schloss darauf warten, dass ein bestimmtes Molekül – ihr passender Schlüssel – an sie bindet. Als Reaktion auf eine Bindung werden in der Zelle Reaktionen ausgelöst. In diesem Fall wird z. B. die Passage von Molekülen durch die Zellmembran in die Zelle ermöglicht.

Tight Junctions verhindern die parazelluläre Diffusion die Passage von Molekülen oder Ionen durch den Raum zwischen den Zellen auf die andere Seite der Barriere – und machen es daher nötig, dass Stoffe die Diffusionsbarriere mithilfe von Transzytose überwinden. Ausgewählte Stoffe jedoch werden durch die Tight Junctions gelassen und können die Barriere mithilfe von parazellulärer Diffusion überwinden.

Auf diese Weise kann genau bestimmt werden, welche Stoffe auf die andere Seite der Diffusionsbarriere gelangen dürfen.

Zaunfunktion

Eine weitere Funktion von Tight Junctions ist ihre sogenannte Zaunfunktion. Sie verhindern die Bewegung von Bestandteilen der Zellmembran und halten so die Zellpolarität aufrecht.

Als Zellpolarität wird die Auftrennung der verschiedenen Zellbestandteile in unterschiedliche Bereiche der Zelle bezeichnet. Durch die Zellpolarität können die Seiten der Zellen in zwei Pole mit eigenen Funktionen unterteilt werden.

Tight Junctions können die apikalen von den basalen Membrankomponenten voneinander trennen, indem sie eine Barriere bilden und sie auf ihrer jeweiligen Seite halten. Die basale Seite zeigt nach innen, also zum Gewebe, und enthält Membranproteine, durch die Zellen verankert werden können. Die apikale Seite hingegen zeigt nach außen, ist also z. B dem Darminhalt (Darmepithel) oder der Außenwelt (Haut) zugewandt. Tight junctions befinden sich in lateralen Bereichen einer Zelle, also an den Seiten und Bilden dabei eine Trennung zwischen der oberen und unteren Seite der Zelle.

Die Aufteilung einer Epithelzelle in apikal und basal ermöglicht es ihr außerdem, Stoffe durch Transzytose von der einen auf die andere Seite zu transportieren. Auf der apikalen Seite können Stoffe in die Zelle aufgenommen (Endozytose) und auf der basalen ins Gewebe abgelassen werden (Exozytose). Der Stofftransport durch Epithel- und Endothelzellen kann daher gerichtet ablaufen.

Mechanische Funktion

Tight Junctions dienen durch ihre Verknüpfung mit dem Zytoskelett zudem der mechanischen Stabilisierung von Epithelzellverbänden. Sie bilden eine Verbindung zwischen den Zytoskeletten der Zellen und sorgen dadurch für die Stabilität des Epithelgewebes.

Fehlfunktionen von Tight Junctions

Wenn Tight Junctions nicht ordnungsgemäß funktionieren, können manche Stoffe ungehindert vom Blut ins Hirn, aus der Niere ins Blut oder vom Darm ins Blut gelangen. Das kann zu einer Vielzahl von Krankheiten führen.

Morbus Crohn ist eine chronisch-entzündliche Darmkrankheit, bei der die Abdichtung der Darmepithelschicht durch Tight Junctions gestört ist.

Die dadurch entstehenden Lücken in der Diffusionsbarriere ermöglichen es Bakterien aus dem Darm in die Darmwand einzudringen und dort Entzündungen auszulösen. Durch die Entzündung werden Epithelzellen des Darms abgetötet und ermöglichen es dadurch noch mehr Bakterien, einzudringen und Entzündungen auszulösen. Dieser Teufelskreis führt zu einer chronischen Entzündung des Verdauungstrakts.

Auch bei weiteren Krankheiten wie Multipler Sklerose ist die Diffusionsbarriere der Tight Junctions gestört. Dadurch ist die Blut-Hirn-Schranke undicht und erlaubt es Immunzellen, die Nervenzellen im Gehirn anzugreifen und zu schädigen. Bei einem Schlaganfall werden Tight Junctions in der Blut-Hirn-Schranke sogar abgebaut.

Tight Junctions – Das Wichtigste auf einen Blick

  • Tight Junctions bestehen aus integralen Membranproteinen, die sich um Epithel- und Endothelzellen schlingen und Verbindungen zwischen nebeneinanderliegenden Zellen bilden.
  • Die wichtigsten Membranproteine zur Bildung von Tight Junctions sind Occludine oder Claudine.
  • Durch Tight Junctions werden Zellen dicht nebeneinander angeordnet, sodass zwischen ihnen keine Durchlässigkeit besteht. Dadurch wird eine Diffusionsbarriere gebildet, die das Eindringen von Molekülen durch den Interzellularraum und das Ausströmen von Körperflüssigkeiten verhindert.
  • Tight Junctions können die Zytoskelette der Epithel-/Endothelzellen miteinander verbinden, um die Zellen mechanisch zu stabilisieren, und halten die Zellpolarität aufrecht.
  • Gestörte Tight Junctions ermöglichen das unerwünschte Eindringen von Pathogenen und Immunzellen in Gewebe, in denen Entzündungen ausgelöst werden und zu chronischen Krankheiten führen.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Tight Junctions

Tight Junctions sind Zell-Zell-Verbindungen. Sie ermöglichen, dass der Interzellularraum verschlossen bleibt und bilden dadurch eine Diffusionsbarriere.

Tight Junctions haben mehrere Nutzen. Sie bilden eine Diffusionsbarriere, die nur für bestimmte Moleküle durchlässig ist. Sie haben eine Zaunfunktion, durch die sie die Bewegung von Membrankomponenten verhindern und somit für die Aufrechterhaltung der Zellpolarität sorgen. Außerdem dienen Tight Junctions der mechanischen Stabilisierung von Epithelzellverbänden.

Elektrische Synapsen kommen selten in Nervenzellen vor.

Desmosomen kommen besonders in den Zellen des Herzmuskels und in mehrschichtigem Plattenepithel vor.

Finales Tight Junctions Quiz

Frage

Wie sind Tight Junctions aufgebaut?

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Antwort

Tight Junctions bestehten aus integralen Membranproteinen, die sich in Form von Kopf-Kopf-Kontakten zusammenknüpfen. Die Proteine sind dann in Strängen angeordnet und bilden eine sogenannte Diffusionsbarriere. 

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Frage

Was sind die wichtigsten Membranproteine?

Antwort anzeigen

Antwort

Die wichtigsten Membranproteine sind Occludine oder Claudine. 


Frage anzeigen

Frage

Wie können Tight Junctions unterschiedlich dicht sein?

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Antwort

Je nach dem wie die integralen Membraproteine zusammengesetzt sind, ist die Diffusionsbarriere unterschiedlich dicht.

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Frage

Warum werden Tight Junctions unterschiedlich dicht zusammengesetzt?

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Antwort

Tight Junction bilden abhängig von der Funktion des Epithels unterschiedliche dichte Netzwerke. Im Darm ist das Netzwerk eher lose aufgebaut. In der Blut-Hirn-Schranke sehr dicht. Je dichter des Netzwerk, umso weniger durchlässig ist es. 


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Frage

Wo kommen Tight Junctions vor?

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Antwort

Durch ihre Funktion als Diffusionsbarriere kommen Tight Junction zwischen den Epithelzellen vor. Z.B. im Darmepithel, in der Blut-Hirn-Schranke und im Nierenepithel.


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Frage

Wofür sorgen Tight Junctions im Darmepithel?

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Antwort

Im Darmepithel sorgen sie dafür, dass der Darminhalt nicht durch das Darmepithel ins Blut gelangt. 


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Frage

Wofür sorgen Tight Junctions in der Blut-Hirn-Schranke?

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Antwort

In der Blut-Hirn-Schranke verhindern sie, dass Substanzen unkontrolliert aus dem Blut ins Gehirn gelangen. 

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Frage

Was ist bei der Krankheit "Leaky Gut Syndrome" gestört?

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Antwort

Bei der Krankheit "Leaky Gut Syndrome" ist diese Diffusionbarriere gestört. Dabei können Giftstoffe und Bakterien aus dem Darm ins Blut gelangen und es kommt zu Krankheiten wie Akne, Migräne, und Entzündungen.


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Frage

Beschreibe die Funktion der Tight Junctions als Diffusionsbarriere.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Diffusionbarriere ist für bestimmte Moleküle durchlässig (= semipermeabel) und für einige nicht. Sie verhindern die parazelluläre Diffusion (bzw. das Eindringen) von Molekülen oder Ionen durch den Interzellularraum. Genauso verhindern sie das Ausströmen von Körperflüssigkeiten.


Frage anzeigen

Frage

Erkläre die Zaunfunktion der Tight Junctions.

Antwort anzeigen

Antwort

Sie verhindern die Bewegung von Membrankomponenten und halten so die Zellpolarität aufrecht, indem sie die apikalen und basalen Membrankomponenten von einander separieren


Frage anzeigen

Frage

Wie sorgen Tight Junctions für mechanische Stabilität?

Antwort anzeigen

Antwort

Tight Junctions sorgen für die mechanische Stabilisierung von Zellverbänden, in dem sie die Zytoskelette der Zellen miteinander verbinden. 

Frage anzeigen

Frage

Welche Krankheiten führen dazu, dass Tight Junctions nicht richtig funktionieren?

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Antwort

 Multiple Sklerose oder Diabetes mellitus.

Frage anzeigen

Frage

Was passiert bei multipler Sklerose?

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Antwort

Bei Multiple Sklerose entzündet sich das Gehirn immer wieder. Dadurch verliert die Blut-Hirn-Schranke ihre Schutzfunktion. Zellen der körpereigenen Immunabwehr können sie überwinden.


Frage anzeigen

Frage

Was passiert mit den Tight Junctions bei einem Schlaganfall?

Antwort anzeigen

Antwort

Bei einem Schlaganfall werden Tight Junctions in der Blut-Hirn-Schranke sogar abgebaut. 


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