Sia nel regno animale che in quello vegetale, le cellule devono essere in grado di comunicare tra loro per garantire la sopravvivenza. Esistono numerosi canali e giunzioni che collegano le cellule e consentono a sostanze e messaggi di attraversarle. Due esempi principali includono i plasmodesmi e le giunzioni gap, ma possiedono importanti differenze.
Leggi di più sulle somiglianze e le differenze tra cellule vegetali e animali.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
Sia nelle piante che negli animali, le cellule hanno bisogno di un modo per comunicare tra loro, per trasmettere segnali importanti per la risposta immunitaria e per consentire ai materiali di fluire attraverso le membrane verso altre cellule. Le giunzioni gap negli animali e nelle piante plasmodesmata sono due tipi simili di canali, ma possiedono differenze distinte l'una dall'altra.
Che cos'è una giunzione a vuoto?
giunzioni spaziali sono una forma di canale di collegamento che si trova nelle cellule animali. Le cellule vegetali non possiedono giunzioni gap.
Una giunzione gap è composta da connessio emicanali. Gli emicanali sono prodotti dal reticolo endoplasmatico delle cellule e ricollocati sulla membrana cellulare dall'apparato di Golgi. Queste strutture molecolari sono costituite da proteine transmembrana chiamate connessine. Connexons si allineano per formare una giunzione gap tra le cellule vicine.
Per saperne di più sulla funzione e la struttura dell'apparato di Golgi.
Le giunzioni gap fungono da canali per consentire l'ingresso di sostanze cruciali come piccole molecole diffusibili, micro RNA (miRNA) e ioni. Molecole più grandi come zuccheri e proteine non possono passare attraverso questi minuscoli canali.
Le giunzioni gap devono funzionare a velocità diverse per la comunicazione tra le cellule. Possono aprirsi e chiudersi rapidamente quando è necessaria una risposta rapida. La fosforilazione svolge un ruolo nella regolazione delle giunzioni gap.
Tipi di giunzioni gap
Finora, gli scienziati hanno trovato tre tipi principali di giunzioni gap nelle cellule animali. Le giunzioni gap omotipiche possiedono connessioni identiche. Le giunzioni gap eterotipiche sono costituite da diversi tipi di connessoni. Le giunzioni gap eteromeriche possono avere connessioni identiche o differenti.
L'importanza delle giunzioni a vuoto
Le giunzioni gap funzionano per consentire a determinati materiali di passare tra celle vicine. Questo è fondamentale per mantenere la salute di un organismo. Ad esempio, le cellule del miocardio del cuore hanno bisogno di comunicazione rapida tramite flusso ionico per funzionare correttamente.
Anche le giunzioni gap sono essenziali per le risposte del sistema immunitario. Le cellule immunitarie utilizzano le giunzioni gap per generare risposte nelle cellule sane e nelle cellule infette o cancerose.
Le giunzioni gap nelle cellule immunitarie consentono il passaggio di ioni calcio, peptidi e altri messaggeri. Uno di questi messaggeri è l'adenosina trifosfato o ATP, che serve ad attivare le cellule immunitarie. Il calcio (Ca2+) e il NAD+ servono ciascuno come molecole di segnalazione relative alla funzione cellulare durante la vita di una cellula.
L'RNA può anche attraversare giunzioni gap, ma le giunzioni si dimostrano selettive su quali miRNA sono consentiti.
Le giunzioni gap sono importanti anche in alcuni tumori e malattie del sangue come la leucemia. I ricercatori stanno ancora discernendo come funziona la comunicazione tra le cellule stromali e le cellule leucemiche.
Gli scienziati cercano di scoprire maggiori informazioni sui diversi bloccanti delle giunzioni gap, per consentire la produzione di nuovi farmaci che possono aiutare a curare i disturbi immunitari e altre malattie.
Cosa sono i plasmodesmi?
Dato l'importante ruolo delle giunzioni gap nelle cellule animali, ci si potrebbe chiedere se esistono anche nelle cellule vegetali. Tuttavia, le giunzioni gap sono assenti nelle cellule vegetali.
Le cellule vegetali contengono canali chiamati plasmodesmata. Edward Tangl li scoprì per la prima volta nel 1885. Le cellule animali non ospitano di per sé alcun plasmodesma, ma gli scienziati hanno scoperto un canale simile che non è una giunzione gap. Esistono numerose differenze strutturali tra i plasmodesmi e le giunzioni gap.
Quindi cosa sono i plasmodesmi (plasmodesma se singolare)? I plasmodesmi sono minuscoli canali che collegano tra loro le cellule vegetali. A questo proposito, sono abbastanza simili alle giunzioni gap delle cellule animali.
Tuttavia, nelle cellule vegetali, i plasmodesmi devono attraversare le pareti cellulari primarie e secondarie per consentire l'attraversamento di segnali e materiali. Le cellule animali non possiedono pareti cellulari. Quindi le piante hanno bisogno di un modo per attraversare le pareti cellulari, poiché le membrane plasmatiche delle piante non si contattano direttamente tra loro nelle cellule vegetali.
I plasmodesmi sono generalmente cilindrici e rivestiti di membrana plasmatica. Possiedono desmotubuli, tubi stretti costituiti da reticolo endoplasmatico liscio. I plasmodesmi primari di nuova formazione tendono a raggrupparsi insieme. I plasmodesmi secondari si sviluppano quando le cellule si espandono.
Le funzioni dei plasmodesmata
I plasmodesmi consentono il passaggio di molecole specifiche tra le cellule vegetali. Senza i plasmodesmi, i materiali necessari non potrebbero passare tra le rigide pareti cellulari delle piante. I materiali importanti che passano attraverso i plasmodesmi includono ioni, nutrienti e zuccheri, molecole di segnalazione per la risposta immunitaria, occasionalmente molecole più grandi come proteine e alcuni RNA.
In genere servono anche come una sorta di filtro per prevenire molecole e agenti patogeni molto più grandi. Tuttavia, gli invasori possono costringere i plasmodesmi ad aprirsi e annullare questo meccanismo di difesa delle piante. Questo cambiamento nella permeabilità dei plasmodesmi è solo un esempio della loro adattabilità.
Regolazione dei plasmodesmata
I plasmodesmi possono essere regolati. Un importante polimero normativo è calloso. Callose si accumula attorno ai plasmodesmi e lavora per controllare ciò che può entrarci. L'aumento della quantità di callosio comporta un minor movimento delle molecole attraverso i plasmodesmi. Lo fa essenzialmente comprimendo il diametro del poro. La permeabilità può essere aumentata quando c'è meno callosità.
A volte molecole più grandi possono passare attraverso i plasmodesmi, allargando la dimensione dei loro pori o dilatandoli. Questo è purtroppo a volte sfruttato dai virus. I ricercatori stanno ancora imparando l'esatta composizione molecolare dei plasmodesmi e come funzionano.
Variazioni di Plasmodesmata
I plasmodesmi possiedono forme diverse in ruoli diversi nelle cellule vegetali. Nella loro forma più elementare, sono semplici canali. Tuttavia, i plasmodesmi possono creare canali più avanzati e ramificati. Questi ultimi plasmodesmi funzionano più come filtri che controllano il movimento a seconda del tipo di tessuto vegetale. Alcuni plasmodesmi funzionano come setaccio mentre altri funzionano come imbuto.
Altri tipi di giunzioni tra celle
Nelle cellule umane si possono trovare quattro tipi di giunzioni intracellulari. Le giunzioni a vuoto sono una di queste. Gli altri tre sono desmosomi, giunzioni aderenti e giunzioni occludenti.
I desmosomi sono piccoli connettori necessari tra due cellule che spesso resistono all'esposizione, come le cellule epiteliali. La connessione è costituita da caderine o proteine di collegamento.
Le giunzioni occludenti sono anche chiamate giunzioni strette. Si verificano quando le membrane plasmatiche di due cellule si fondono. Non molte sostanze possono passare attraverso la giunzione occludente o stretta. Il sigillo risultante funge da barriera protettiva contro gli agenti patogeni; tuttavia, questi possono a volte essere superati, aprendo le cellule all'attacco.
Le giunzioni aderenti si trovano sotto le giunzioni occludenti. Le caderine collegano questi due tipi di giunzioni. Le giunzioni aderenti sono unite tramite filamenti di actina.
Ancora un altro connettore è l'emidesmosoma, che utilizza l'integrina anziché le caderine.
Recentemente, gli scienziati hanno scoperto che sia le cellule animali che i batteri contengono canali di membrana cellulare simili ai plasmodesmi, che non sono giunzioni gap. Questi sono chiamati nanotubi tunnel o TNT. Nelle cellule animali, questi TNT possono consentire agli organelli vescicolari di spostarsi tra le cellule.
Sebbene ci siano molte differenze tra le giunzioni gap e i plasmodesmi, entrambi svolgono un ruolo nel consentire comunicazione intracellulare. Trasmettono segnali cellulari e possono essere regolati per consentire o rifiutare l'incrocio di determinate molecole. A volte virus o altri vettori di malattie possono manipolarli e alterarne la permeabilità.
Man mano che gli scienziati apprendono di più sulla composizione biochimica di entrambi i tipi di canali, possono regolare meglio o creare nuovi farmaci che possono prevenire le malattie. È chiaro che i pori rivestiti di membrana intracellulare sono prevalenti in molte specie e sembra probabile che nuovi canali debbano ancora essere scoperti in batteri, piante e animali.