Auf den ersten Blick haben Faden bildende Cyanobakterien (Algen) und Elefanten nicht viel gemeinsam. Die Unterschiede könnten nicht deutlicher sein. Während Cyanobakterien aus einigen bis wenigen Hundert Zellen aufgebaut sind, finden sich in einem Elefanten bis zu 30 Billiarden Zellen. Gemeinsam, zählen sie zu den mehrzelligen Organismen. Und egal ob groß oder klein, wenn mehrere Zellen zusammen als Organismus funktionieren sollen, ist es unerlässlich, dass die Zellen miteinander kommunizieren und gemeinsam für Zusammenhalt und Stabilität sorgen. Diese Eigenschaften werden hierbei durch sogenannte Zell-Zell-Verbindungen erreicht.
Zell-Zell-Verbindungen – Definition
Mehrzellige Organismen sind in der Regel aus verschiedenen Zellverbänden mit spezifischer Funktionen aufgebaut. Hierbei handelt es sich um sogenannte Gewebe.
Als Gewebe werden Zellverbände bezeichnet, die eine gemeinsame Funktion oder Struktur aufweisen. Zum Gewebe gehören neben den vorhandenen Zellen außerdem die vorliegende extrazelluläre Matrix (EZM).
Neben den Zellen spielt auch die extrazelluläre Matrix eine wichtige Rolle bei der Funktionalität und der Struktur eines Gewebes.
Die extrazelluläre Matrix (EZM) ist die Gesamtheit aller Makromoleküle bzw. Strukturen eines Gewebes, welche nicht zu den lebenden Zellen gehören.
Damit die Funktionalität eines Gewebes gewährleistet werden kann, ist es wichtig, dass die einzelnen Zellen des Zellverbandes miteinander kommunizieren und gemeinsam eine strukturelle Einheit bilden. Dies wird durch sogenannte Zell-Zell-Verbindungen erreicht.
Zell-Zell-Verbindungen oder Zellkontakte sind spezialisierte Kontaktregionen zwischen zwei Zellen bzw. zwischen Zellen und der extrazellulären Matrix. Diese Verbindungsregionen ermöglichen die Kommunikation und den mechanischen Zusammenhalt zwischen Zellen in einem Gewebe.
Funktionen der Zell-Zell-Verbindungen – Zellkontakte
Die Funktionen von Zell-Zell-Verbindungen können grundlegend in drei Teilaspekte eingeteilt werden. Diese sind die Kommunikation, der Zusammenhalt und die Abdichtung. Je nach Art ihrer Funktion werden Zell-Zell-Verbindungen daher in die folgenden Typen unterschieden:
- Kommunikationskontakte (Kommunikation)
- Haftkontakte (Zusammenhalt und Stabilität)
- Verschlusskontakte (Abdichtung)
Zellkontakte – Kommunikationskontakte
Kommunikationskontakte dienen zu Kommunikation zwischen den Zellen. Hierbei handelt es sich um metabolische und elektrische Kommunikation. Diese kann beispielsweise durch die Übertragung bzw. den Austausch von Metaboliten und Ionen erfolgen.
Häufige Kommunikationskontakte sind in Tierzellen sogenannten Gap Junctions und bei Pflanzenzellen sogenannte Plasmodesmen.
Zellkontakte – Haftkontakte
Haftkontakte (auch Adhäsionskontakte) haben die Funktion, Zellen miteinander oder mit der extrazellulären Matrix zu verbinden. So gewährleisten Haftkontakte den Zusammenhalt und eine ausreichende Stabilität von Zellverbänden.
Zu den wichtigsten Haftkontakten gehören die Desmosomen.
Zellkontakte – Verschlusskontakte
Bei Verschlusskontakten handelt es sich um dichte Zellverbindungen, welche eine lückenlose Aneinanderreihung von Zellen ermöglichen. Häufig sind Verschlusskontakte in der äußersten und abschließenden Zellschichten der Organismen zu finden (Epithel). Also dort, wo inneres vom äußeren des Körpers abgegrenzt werden muss (Beispiel: Darmepithel).
Durch Verschlusskontakte wird gewährleistet, dass keine unerwünschten Stoffe in das Gewebe eintreten, sondern ein Stofftransport nur geregelt über die Biomembran der abschließenden Zellschicht stattfindet. Vielleicht hast Du schon mal von Tight Junctions gehört, sie gehören zu den typischen Verschlusskontakten.
Zell-Zell-Erkennung – Arten
Im folgenden Abschnitt lernst Du die wichtigsten Zell-Zell-Verbindungen kennen.
Gap Junction
Wie Du schon gelernt hast, gehören Gap Junctions zu den Kommunikationskontakten. Gap Junctions sind Proteinröhren, welche von einer Zelle bis in die angelagerte Zelle reichen und somit einen Austausch zwischen den Zellen ermöglichen.
Die Proteinröhren sind aus zwei aneinandergelagerten Connexonen aufgebaut. Die einzelnen Connexonen sind in den jeweiligen Biomembranen der beiden Zellen eingelagert. Diese werden wiederum aus sechs Connexinen gebildet.
Ein Connexon (oder Halbkanal) ist eine transmembrane Proteinstruktur, welche aus sechs Connexinmolekülen aufgebaut ist. Connexone bilden eine Pore in der Biomembran. Zwei aneinandergelagerte Connexone bilden eine Gap Junction.
Abbildung 1: Gap Junction.
Gap Junctions ermöglichen den Transport von Ionen und Molekülen zwischen zwei Zellen. So gewährleisten Sie den Stofftransport und die Übertragung von elektrischen Signalen.
Vertiefende Informationen zu Gap Junctions erhältst Du in einem gesonderten StudySmarter Artikel zu dieser Thematik.
Plasmodesmen
Plasmodesmen (sg. Plasmodesmos), auch Plasmodesmata (sg. Palsmodesma), sind Zell-Zell-Verbindungen zwischen Pflanzenzellen. So wie bei Gap Junctions sorgen diese Verbindungen für einen Stoffaustausch und für Kommunikation zwischen den Pflanzenzellen. Im Aufbau unterscheiden sich diese Zell-Zell-Verbindungen jedoch voneinander.
Einzelne Plasmodesmen sind tubuläre Durchgänge in der Zellwand. Die Öffnungen der Zellwand werden Tüpfel genannt. Bei diesen Durchgängen handelt es sich um cytoplasmatische Kanäle, welche durch Zellmembrane ausgekleidet sind. Des Weiteren verbinden Ausläufer des endoplasmatisches Retikulums die beiden benachbarten Zellen durch den Durchgang. Zusätzlich sind Plasmodesmen mit Strukturproteinen (Actin und Myosin) ausgekleidet, welche das Öffnen und Schließen gewährleisten.
Im StudySmarter Artikel zu Plasmodesmen werden die Strukturen und Funktionen dieser im Detail erklärt. Schau mal vorbei!
Desmosomen
Desmosomen (Macula adhaerens) sind punktförmige Strukturen, welche Du Dir als Schweißpunkten zwischen Zellen vorstellen kannst. Sie verbinden Zellen miteinander und sorgen so für Stabilität und Zusammenhalt und gehören damit zu den Haftkontakten.
Die Verbindung zwischen den Zellen wird durch sogenannte Cadherine hergestellt. Diese Cadherine sind in den jeweiligen Zellmembranen integriert und bilden zwischen den Zellen (Interzellulärspalt) Verbindungen aus. Für zusätzliche Stabilität sind die Cadherine innerhalb der Zelle (Intrazellulär) mit weiterer Proteinstrukturen (Plaques und Keratinfilamente) verankert.
Cadherine sind transmembrane Proteine, welche durch die Bildung von Dimeren Haftkontakte zwischen Zellen ermöglichen. Dadurch tragen sie zum Zusammenhalt und zur Stabilität von Gewebestrukturen bei.
Abbildung 3: Schematische Abbildung Desmosom.
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Tight Junctions
Tight Junctions (engl. enge Verbindung) (auch Zonula occludens) sind dichte Verknüpfungen zwischen zwei Zellen, welche den Stofftransport im Raum zwischen den Zellen (Interzellulärspalt) verhindern. Sie bilden eine Diffusionsbarriere, damit keine unerwünschten Stoffe in das Gewebe eindringen können. Dort, wo Tight Junctions vorliegen, liegen die Zellmembrane der Zellen so nah beieinander, dass gewissermaßen kein Interzellularraum vorhanden ist.
Proteinkomplexe (Claudine und Occludine), welche in die Membran der aneinander gelagerten Zellen eingelagert und netzartig angeordnet sind, bilden die sehr engen Tight Junctions zwischen den Zellen.
Abbildung 4: Schematische Darstellung Tight Junctions
Alles Weitere, was Du über Tight Junctions wissen solltest, kannst Du Dir im StudySmarter Artikel zu dieser Thematik aneignen.
Zellverbindung zur extrazellulären Matrix
Wie schon zu Beginn erwähnt, spielen auch Verbindungen zwischen Zelle und extrazellulären Matrix, eine wichtige Rolle für den Zusammenhalt in einem Gewebe. Wichtige Zellverbindungen sind hierbei die sogenannten Hemidesmosomen.
Hemidesmosomen sind Verbindungen zwischen den Zellen und der Basallamina der extrazellulären Matrix. Die Verbindung wird hierbei durch transmembrane Proteine (Integrine) vermittelt.
Die Basallamina ist eine Grenzschicht der extrazellulären Matrix, welche an der Basis der von Epithelgewebe zu finden ist. Sie trägt zur Stabilität und Isolation von entsprechenden Geweben bei. Sie besteht hauptsächlich aus verschieden Proteinen und Zuckermolekülen.
Die Integrine der Hemidesmosomen sind wie bei den Desmosomen auf der cytoplasmatischen Seite über Plaques mit den Intermediärfilamenten verbunden, während sie extrazellulär auf der Basallamina verankert sind. So sorgen die Hemidesmosomen dafür, dass die Epithelzellen nicht auf der Basallamina verrutschen.
Übersicht der Zell-Zell-Verbindungen
Zu Übersicht hast Du in folgender Tabelle noch einmal alle vorgestellten Zell-Zell-Verbindungen auf einen Blick vereint.
| Name | beteiligte Proteine | Funktion |
| Gap Junctions | Connexone (zwei pro Kanal). Ein Connexon ist aus sechs Connexinen aufgebaut. | Kommunikationskontakt. Stoffaustausch und Kommunikation zwischen den Zellen. |
| Plasmodesmen (Pflanzenzelle) | Cytoplasmatisch. Öffnung in der Zellwand (Tüpfel). Actin und Myosin ermöglichen Öffnen und Schließen. | Kommunikationskontakt. Stoffaustausch und Kommunikation zwischen den Zellen. |
| Desmosomen | Catherine. Plaques. Keratinfilamente (Intermediärfilamente des Cytoskeletts). | Haftungskontakt. Stabilität und Zusammenhalt im Zellverband. |
| Hemidesmosomen | Integrine. Plaques. Keratinfilamente (Intermediärfilamente des Cytoskeletts) | Haftungskontakt. Kontakt zwischen Zellen und der extrazellulären Matrix. Verhindert das Vertuschen von Epithelzellen. |
| Tight Junctions | Proteinkomplexe (Claudine und Occludine) | Verschlusskontakt. Diffusionsbarriere zwischen den Zellen. Verhindert Stofftransport durch den Interzellulärspalt. |
Zell-Zell-Verbindungen – Das Wichtigste
- Zell-Zell-Verbindungen sind spezialisierte Kontaktregionen zwischen zwei Zellen bzw. zwischen Zellen und der extrazellulären Matrix.
- Zell-Zell-Verbindungen ermöglichen die Kommunikation und den mechanischen Zusammenhalt zwischen Zellen in einem Gewebe.
- Die Funktionen von Zell-Zell-Verbindungen können grundlegend in drei Teilaspekte unterteilt werden. Diese sind die Kommunikation, der Zusammenhalt und die Abdichtung.
- Kommunikationskontakte (Gap Junctions und Plasmodesmen) dienen zu Kommunikation zwischen den Zellen. Hierbei handelt es sich um metabolische und elektrische Kommunikation.
- Haftkontakte (Desmosomen) haben die Funktion, Zellen miteinander oder mit der extrazellulären Matrix zu verbinden. So gewährleisten Haftkontakte den Zusammenhalt und eine ausreichende Stabilität von Zellverbänden.
- Bei Verschlusskontakten (Tight Junctions) handelt es sich um dichte Zellverbindungen, welche eine lückenlose Aneinanderreihung von Zellen ermöglichen. Durch Verschlusskontakte wird gewährleistet, dass keine unerwünschten Stoffe in das Gewebe eintreten (= Diffusionsbarriere).
Nachweise
- Elsenhans (2015). Zell-Zell-Kontakte. Thieme.de (25.07.2022)
- Khanacadaemy.org: Zell-Zell-Verbindungen. (25.07.2022)
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