Różnica między złączami szczelinowymi a Plasmodesmata

Zarówno w królestwie zwierząt, jak i roślin komórki muszą być w stanie komunikować się ze sobą, aby zapewnić przetrwanie. Istnieje wiele kanałów i połączeń, które łączą komórki i umożliwiają przenikanie między nimi substancji i wiadomości. Dwa główne przykłady obejmują połączenia plazmodesmatowe i szczelinowe, ale mają one istotne różnice.
Przeczytaj więcej o podobieństwach i różnicach między komórkami roślinnymi i zwierzęcymi.

TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)

Zarówno u roślin, jak iu zwierząt komórki potrzebują sposobu komunikowania się ze sobą, przekazywania ważnych sygnałów odpowiedzi immunologicznej i umożliwienia przepływu materiałów przez błony do innych komórek. Połączenia szczelinowe u zwierząt i roślin plazmodesmatowych to dwa podobne typy kanałów, ale różnią się między sobą.

Węzły szczelinowe są formą kanału łączącego znajdującą się w komórkach zwierzęcych. Komórki roślinne nie posiadają połączeń szczelinowych.

Połączenie szczelinowe składa się z koneksony

Połączenia szczelinowe służą jako kanały umożliwiające przedostawanie się kluczowych substancji, takich jak małe cząsteczki dyfundujące, mikroRNA (miRNA) i jony. Większe cząsteczki, takie jak cukry i białka, nie mogą przejść przez te małe kanały.

Połączenia między komórkami muszą działać z różnymi prędkościami. Mogą się szybko otwierać i zamykać, gdy potrzebna jest szybka reakcja. Fosforylacja odgrywa rolę w regulacji połączeń szczelinowych.

Do tej pory naukowcy odkryli trzy główne typy połączeń szczelinowych w komórkach zwierzęcych. Homotypowe złącza szczelinowe mają identyczne koneksony. Heterotypowe złącza szczelinowe zbudowane są z różnych typów koneksonów. Heteromeryczne złącza szczelinowe mogą mieć identyczne lub różne koneksony.

Połączenia szczelinowe działają, aby umożliwić przechodzenie pewnych materiałów między sąsiednimi komórkami. Ma to kluczowe znaczenie dla utrzymania zdrowia organizmu. Na przykład komórki mięśnia sercowego potrzebują szybka komunikacja poprzez przepływ jonów w celu prawidłowego działania.

Połączenia szczelinowe są również niezbędne dla odpowiedzi układu odpornościowego. Komórki odpornościowe wykorzystują połączenia szczelinowe do generowania odpowiedzi w zdrowych komórkach, a także w komórkach zakażonych lub rakowych.

Połączenia szczelinowe w komórkach odpornościowych umożliwiają przechodzenie jonów wapnia, peptydów i innych przekaźników. Jednym z takich przekaźników jest trifosforan adenozyny lub ATP, który służy do aktywacji komórek odpornościowych. Wapń (Ca2+) i NAD+ służą jako cząsteczki sygnalizacyjne związane z funkcją komórki przez całe życie komórki.

RNA może również przechodzić przez połączenia szczelinowe, ale połączenia te okazują się selektywne w stosunku do dozwolonych miRNA.

Połączenia szczelinowe są również ważne w niektórych nowotworach i chorobach krwi, takich jak białaczka. Naukowcy wciąż badają, jak działa komunikacja między komórkami zrębu a komórkami białaczkowymi.

Naukowcy starają się odkryć więcej informacji na temat różnych blokerów połączeń szczelinowych, aby umożliwić produkcję nowych leków, które mogą pomóc w leczeniu zaburzeń immunologicznych i innych chorób.

Biorąc pod uwagę ważną rolę połączeń szczelinowych w komórkach zwierzęcych, można się zastanawiać, czy istnieją one również w komórkach roślinnych. Jednak w komórkach roślinnych nie ma połączeń szczelinowych.

Komórki roślinne zawierają kanały zwane plazmodesmata. Edward Tangl po raz pierwszy odkrył je w 1885 roku. Komórki zwierzęce nie zawierają żadnych plazmodesmat per se, ale naukowcy odkryli podobny kanał, który nie jest złączem szczelinowym. Istnieje szereg różnic strukturalnych między połączeniami typu plasmodesmata i szczelinowymi.

Czym więc jest plasmodesmata (plazodesma w liczbie pojedynczej)? Plasmodesmata to maleńkie kanały, które łączą ze sobą komórki roślinne. Pod tym względem są one dość podobne do połączeń szczelinowych komórek zwierząt.

Jednak w komórkach roślinnych plasmodesmata musi przechodzić przez pierwotne i wtórne ściany komórkowe, aby przepuścić sygnały i materiały. Komórki zwierzęce nie posiadają ścian komórkowych. Rośliny potrzebują więc sposobu na przedostanie się przez ściany komórkowe, ponieważ błony plazmatyczne roślin nie stykają się bezpośrednio ze sobą w komórkach roślinnych.

Plasmodesmata są na ogół cylindryczne i pokryte błoną plazmatyczną. Posiadają desmotubules, wąskie rurki wykonane z gładkiej retikulum endoplazmatycznego. Nowo utworzone pierwotne plazmodesmy mają tendencję do skupiania się razem. Wtórne plazmodesmy rozwijają się wraz z ekspansją komórek.

Plasmodesmata umożliwia przejście określonych cząsteczek między komórkami roślinnymi. Bez plazmodesmy niezbędne materiały nie mogłyby przejść między sztywnymi ścianami komórkowymi roślin. Ważnymi materiałami, które przechodzą przez plazmodesmaty, są jony, składniki odżywcze i cukry, cząsteczki sygnalizacyjne odpowiedzi immunologicznej, czasami większe cząsteczki, takie jak białka i niektóre RNA.

Generalnie służą również jako rodzaj filtra, który zapobiega znacznie większym cząsteczkom i patogenom. Jednak najeźdźcy mogą zmusić plasmodesmata do otwarcia i przełamania tego mechanizmu obronnego roślin. Ta zmiana przepuszczalności plasmodesmata jest tylko jednym z przykładów ich zdolności adaptacyjnych.

Plasmodesmata może być regulowana. Jednym z wyróżniających się polimerów regulacyjnych jest kaloza. Kaloza gromadzi się wokół plasmodesmata i kontroluje to, co może do nich wejść. Zwiększone ilości kalozy powodują mniejszy ruch cząsteczek przez plazmodesmatę. Czyni to, zasadniczo ściskając średnicę porów. Przepuszczalność można zwiększyć, gdy jest mniej kalozy.

Czasami większe cząsteczki mogą przechodzić przez plasmodesmata, poszerzając ich rozmiar porów lub je rozszerzając. Jest to niestety czasami wykorzystywane przez wirusy. Naukowcy wciąż dowiadują się o dokładnym składzie molekularnym plazmodesmy i sposobie ich działania.

Plasmodesmata ma różne formy w różnych rolach w komórkach roślinnych. W swojej najbardziej podstawowej formie są to proste kanały. Jednak plasmodesmata może tworzyć bardziej zaawansowane i rozgałęzione kanały. Te ostatnie plazmodesmy działają bardziej jako filtry kontrolujące ruch w zależności od typu tkanki roślinnej. Niektóre plazmodesmaty działają jak sito, podczas gdy inne działają jako lejek.

W komórkach ludzkich można znaleźć cztery rodzaje połączeń wewnątrzkomórkowych. Jednym z nich są węzły szczelinowe. Pozostałe trzy to desmosomy, węzły przylegające i węzły okluzyjne.

Desmosomy to małe łączniki potrzebne między dwiema komórkami, które często wytrzymują ekspozycję, takie jak komórki nabłonkowe. Połączenie składa się z kadheryn lub białek łącznikowych.

Złącza okludujące nazywane są również złączami ścisłymi. Występują, gdy błony plazmatyczne dwóch komórek łączą się. Niewiele substancji może przedostać się przez złącze zamykające lub ścisłe. Powstała uszczelka stanowi barierę ochronną przed patogenami; jednak czasami można je przezwyciężyć, otwierając komórki na atak.

Przylegające połączenia można znaleźć pod połączeniami okludującymi. Kadheryny łączą te dwa rodzaje skrzyżowań. Przylegające połączenia są połączone za pomocą filamentów aktynowych.

Jeszcze innym łącznikiem jest hemidesmosom, który wykorzystuje integrynę zamiast kadheryn.

Niedawno naukowcy odkryli, że zarówno komórki zwierzęce, jak i bakterie zawierają podobne do plasmodesmata kanały błony komórkowej, które nie są połączeniami szczelinowymi. Są to tak zwane tunelujące nanorurki lub TNT. W komórkach zwierzęcych te TNT mogą umożliwić przemieszczanie się organelli pęcherzykowych między komórkami.

Chociaż istnieje wiele różnic między złączami szczelinowymi a plazmodesmatami, oba odgrywają rolę w umożliwianiu komunikacja wewnątrzkomórkowa. Przekazują sygnały komórkowe i można je regulować, aby umożliwić lub odmówić przenikania określonych cząsteczek. Czasami wirusy lub inne wektory chorób mogą nimi manipulować i zmieniać ich przepuszczalność.

Gdy naukowcy dowiadują się więcej o biochemicznym składzie obu rodzajów kanałów, mogą lepiej dostosowywać lub wytwarzać nowe leki, które mogą zapobiegać chorobom. Oczywiste jest, że pory wyłożone błoną wewnątrzkomórkową są powszechne u wielu gatunków i wydaje się prawdopodobne, że nowe kanały nie zostały jeszcze odkryte w bakteriach, roślinach i zwierzętach.