Unterschied zwischen Gap Junctions und Plasmodesmata

Sowohl im Tier- als auch im Pflanzenreich müssen Zellen miteinander kommunizieren können, um das Überleben zu sichern. Es gibt eine Reihe von Kanälen und Verbindungen, die Zellen überbrücken und Substanzen und Nachrichten ermöglichen, zwischen ihnen zu gelangen. Zwei wichtige Beispiele sind Plasmodesmata und Gap Junctions, die jedoch wichtige Unterschiede aufweisen.
Lesen Sie mehr über die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen Pflanzen- und Tierzellen.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Sowohl bei Pflanzen als auch bei Tieren brauchen Zellen eine Möglichkeit, miteinander zu kommunizieren, wichtige Signale für die Immunantwort weiterzugeben und Materialien durch Membranen zu anderen Zellen fließen zu lassen. Gap Junctions in Tieren und Plasmodesmata-Pflanzen sind zwei ähnliche Arten von Kanälen, die sich jedoch deutlich voneinander unterscheiden.

Lückenknoten sind eine Form von Verbindungskanälen, die in tierischen Zellen vorkommen. Pflanzenzellen besitzen keine Gap Junctions.

Ein Gap Junction besteht aus Verbindungen, oder Halbkanäle. Hemikanäle werden vom endoplasmatischen Retikulum von Zellen gebildet und vom Golgi-Apparat zur Zellmembran verlagert. Diese molekularen Strukturen bestehen aus Transmembranproteinen namens Connexinen. Connexons reihen sich aneinander, um eine Gap Junction zwischen benachbarten Zellen zu bilden.
Lesen Sie mehr über die Funktion und den Aufbau des Golgi-Apparates.

Gap Junctions dienen als Kanäle, um wichtige Substanzen wie kleine diffusionsfähige Moleküle, Mikro-RNAs (miRNAs) und Ionen aufzunehmen. Größere Moleküle wie Zucker und Proteine ​​können diese winzigen Kanäle nicht passieren.

Gap Junctions müssen für die Kommunikation zwischen Zellen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten arbeiten. Sie können schnell öffnen und schließen, wenn eine schnelle Reaktion erforderlich ist. Phosphorylierung spielt eine Rolle bei der Regulierung von Gap Junctions.

Bisher haben Wissenschaftler drei Haupttypen von Gap Junctions in tierischen Zellen gefunden. Homotypische Gap Junctions besitzen identische Connexons. Heterotypische Gap Junctions bestehen aus verschiedenen Arten von Connexonen. Heteromere Gap Junctions können entweder identische oder unterschiedliche Connexons aufweisen.

Gap Junctions funktionieren, um bestimmte Materialien zwischen benachbarten Zellen passieren zu lassen. Dies ist von größter Bedeutung, um die Gesundheit eines Organismus zu erhalten. Zum Beispiel brauchen Myokardzellen des Herzens schnelle Kommunikation über Ionenfluss, um richtig zu arbeiten.

Gap Junctions sind auch für die Reaktionen des Immunsystems wichtig. Immunzellen verwenden Gap Junctions, um Antworten in gesunden Zellen sowie in infizierten oder krebsartigen Zellen zu erzeugen.

Gap Junctions in Immunzellen lassen Kalziumionen, Peptide und andere Botenstoffe passieren. Ein solcher Botenstoff ist Adenosintriphosphat oder ATP, das zur Aktivierung von Immunzellen dient. Calcium (Ca2+) und NAD+ dienen jeweils als Signalmoleküle im Zusammenhang mit der Zellfunktion während des gesamten Lebens einer Zelle.

RNA darf auch Gap Junctions passieren, aber die Junctions erweisen sich als selektiv hinsichtlich der zulässigen miRNAs.

Gap Junctions sind auch bei bestimmten Krebsarten und Blutkrankheiten wie Leukämie wichtig. Forscher sind immer noch dabei, herauszufinden, wie die Kommunikation zwischen Stromazellen und Leukämiezellen funktioniert.

Wissenschaftler suchen nach weiteren Informationen über verschiedene Blocker von Gap Junctions, um die Herstellung neuer Medikamente zu ermöglichen, die bei der Behandlung von Immunerkrankungen und anderen Krankheiten helfen können.

Angesichts der wichtigen Rolle von Gap Junctions in tierischen Zellen fragen Sie sich vielleicht, ob sie auch in Pflanzenzellen vorkommen. Gap Junctions fehlen jedoch in Pflanzenzellen.

Pflanzenzellen enthalten Kanäle namens Plasmodesmata. Diese entdeckte Edward Tangl erstmals 1885. Tierische Zellen beherbergen per se keine Plasmodesmen, aber Wissenschaftler haben einen ähnlichen Kanal entdeckt, der keine Gap Junction ist. Es gibt eine Reihe von strukturellen Unterschieden zwischen Plasmodesmen und Gap Junctions.

Was sind also Plasmodesmata (Plasmodesma, wenn Singular)? Plasmodesmata sind winzige Kanäle, die Pflanzenzellen miteinander verbinden. In dieser Hinsicht sind sie den Gap Junctions von Tierzellen sehr ähnlich.

In Pflanzenzellen müssen Plasmodesmen jedoch primäre und sekundäre Zellwände durchqueren, um Signale und Materialien durchzulassen. Tierische Zellen besitzen keine Zellwände. Pflanzen brauchen also einen Weg, um Zellwände zu durchdringen, da Pflanzenplasmamembranen in Pflanzenzellen nicht direkt miteinander in Kontakt stehen.

Plasmodesmata sind im Allgemeinen zylindrisch und mit einer Plasmamembran ausgekleidet. Sie besitzen Desmotubuli, schmale Röhren aus glattem endoplasmatischen Retikulum. Die neu gebildeten primären Plasmodesmata neigen dazu, sich zusammenzuballen. Sekundäre Plasmodesmen entwickeln sich, wenn sich die Zellen ausdehnen.

Plasmodesmata ermöglichen die Passage bestimmter Moleküle zwischen Pflanzenzellen. Ohne Plasmodesmata könnten notwendige Materialien nicht zwischen den starren Zellwänden von Pflanzen gelangen. Wichtige Stoffe, die Plasmodesmen passieren, sind Ionen, Nährstoffe und Zucker, Signalmoleküle für die Immunantwort gelegentlich größere Moleküle wie Proteine ​​und einige RNAs.

Sie dienen im Allgemeinen auch als eine Art Filter, um viel größere Moleküle und Krankheitserreger zu verhindern. Eindringlinge können jedoch die Plasmodesmen zwingen, sich zu öffnen und diesen Abwehrmechanismus der Pflanzen außer Kraft zu setzen. Diese Veränderung der Durchlässigkeit von Plasmodesmen ist nur ein Beispiel für ihre Anpassungsfähigkeit.

Plasmodesmen können reguliert werden. Ein bekanntes regulatorisches Polymer ist Kallose. Callose baut sich um Plasmodesmata herum auf und versucht zu kontrollieren, was in sie eindringen kann. Erhöhte Mengen an Kallose führen zu einer geringeren Bewegung von Molekülen durch Plasmodesmata. Es tut dies, indem es im Wesentlichen den Durchmesser der Pore zusammendrückt. Die Durchlässigkeit kann erhöht werden, wenn weniger Hornhaut vorhanden ist.

Manchmal können größere Moleküle Plasmodesmen passieren, indem sie ihre Porengröße erweitern oder sie erweitern. Dies wird leider manchmal von Viren ausgenutzt. Die Forscher lernen immer noch etwas über den genauen molekularen Aufbau von Plasmodesmen und ihre Funktionsweise.

Plasmodesmata besitzen unterschiedliche Formen in unterschiedlichen Rollen in Pflanzenzellen. In ihrer grundlegendsten Form sind sie einfache Kanäle. Plasmodesmata können jedoch fortgeschrittenere und verzweigtere Kanäle bilden. Diese letzteren Plasmodesmen wirken eher als Filter, die die Bewegung abhängig vom Pflanzengewebetyp steuern. Einige Plasmodesmen wirken als Sieb, andere als Trichter.

In menschlichen Zellen können vier Arten von intrazellulären Verbindungen gefunden werden. Gap Junctions sind eine davon. Die anderen drei sind Desmosomen, adhärente Verbindungen und okkludierende Verbindungen.

Desmosomen sind kleine Verbindungsstücke, die zwischen zwei Zellen benötigt werden, die oft einer Exposition ausgesetzt sind, wie beispielsweise Epithelzellen. Die Verbindung besteht aus Cadherinen oder Linkerproteinen.

Okkludierende Kreuzungen werden auch als Tight Junctions bezeichnet. Sie treten auf, wenn die Plasmamembranen zweier Zellen verschmelzen. Nicht viele Substanzen können durch die okkludierende oder feste Verbindung gelangen. Die resultierende Versiegelung dient als Schutzbarriere gegen Krankheitserreger; diese können jedoch manchmal überwunden werden, wodurch die Zellen für Angriffe geöffnet werden.

Adhäsive Übergänge finden Sie unter Okkludierende Übergänge. Cadherins verbinden diese beiden Arten von Kreuzungen. Adhäsive Verbindungen werden über Aktinfilamente verbunden.

Ein weiterer Konnektor ist das Hemidesmosom, das Integrin anstelle von Cadherinen verwendet.

Kürzlich haben Wissenschaftler entdeckt, dass sowohl tierische Zellen als auch Bakterien ähnliche Zellmembrankanäle wie Plasmodesmen enthalten, die keine Gap Junctions sind. Diese werden Tunnelnanoröhren oder TNTs genannt. In tierischen Zellen können diese TNTs vesikulären Organellen ermöglichen, sich zwischen Zellen zu bewegen.

Obwohl es viele Unterschiede zwischen Gap Junctions und Plasmodesmata gibt, spielen beide eine Rolle bei der Ermöglichung von intrazelluläre Kommunikation. Sie leiten Zellsignale weiter, und sie können so reguliert werden, dass sie bestimmten Molekülen den Durchgang erlauben oder verweigern. Manchmal können Viren oder andere Krankheitsüberträger sie manipulieren und ihre Durchlässigkeit verändern.

Wenn Wissenschaftler mehr über die biochemische Zusammensetzung beider Arten von Kanälen erfahren, können sie sich besser anpassen oder neue Arzneimittel herstellen, die Krankheiten vorbeugen können. Es ist klar, dass bei vielen Arten intrazelluläre Poren mit Membranauskleidung weit verbreitet sind, und es scheint wahrscheinlich, dass neue Kanäle in Bakterien, Pflanzen und Tieren erst noch entdeckt werden müssen.