Was sind Gap Junctions?

Lückenübergänge sind zylindrische Kanäle zwischen tierischen Zellen, die es kleinen Molekülen und Ionen ermöglichen, von der Innenseite einer Zelle zur Innenseite der benachbarten Zelle zu gelangen. In Pflanzenzellen werden ähnliche Strukturen als Plasmodesmen bezeichnet. Ohne diese Durchgänge könnte kein Material durch die Plasmamembran gelangen, die das Innere der Zelle von der Außenseite trennt. Gap Junctions helfen Zellen dabei, chemische und elektrische Signale schnell zu übermitteln und Homöostase oder physiologisches Gleichgewicht zu erreichen.

Gap Junctions lassen nur Ionen oder geladene Teilchen und kleine Moleküle mit bis zu 1.000 Dalton in die nächste Zelle gelangen. Im Gegensatz zu anderen Zellkanälen schränken Gap Junctions nicht ein, welche Art von Material von Zelle zu Zelle gelangt. Diese Kanäle kommen in den meisten Tierzelltypen vor, mit Ausnahme von Skelettmuskelfasern und frei zirkulierenden Zellen wie roten Blutkörperchen und zirkulierenden Lymphozyten.

Gap Junctions entstehen, wenn sich zwei gegenüberliegende Connexons oder Hemichannels über den intrazellulären Raum oder den Raum zwischen zwei benachbarten Zellen verbinden. In der Nähe des Kanals verengt sich der intrazelluläre Raum von etwa 200 Angström (9,8e-7in) oder mehr auf etwa 30 Angström (1,2e-7in) oder mehr. Connexons sind hexagonale Proteinstrukturen, die aus sechs Proteinen bestehen, die Connexine genannt werden.

Die drei Hauptfunktionen von Gap Junctions umfassen beschädigte Zellen, metabolische Kopplung und elektrische Kopplung. Wenn eine Zelle beschädigt wird, ist es wichtig, sie von anderen Zellen zu isolieren oder die fehlerhafte Zelle abzutöten, damit sich der Defekt nicht ausbreitet. Gap Junctions kommunizieren Todessignale zwischen Zellen und schalten sich als Reaktion auf erhöhte intrazelluläre Calciumspiegel und niedrigen pH-Wert ab. Es wird vorgeschlagen, dass eine Schädigung der Gap Junction-Kommunikation Krebs verursacht, da die Zellen ihre Fähigkeit verlieren, defekte Zellen zu isolieren und abzutöten. Die Untersuchung des Ausmaßes der Beteiligung an Gap Junctions an der Entstehung von Krebs ist noch nicht abgeschlossen.

Lückenübergänge sind aufgrund ihrer Rolle bei der elektrischen Kopplung für das ordnungsgemäße Funktionieren des Körpers wesentlich. Während sie den Durchgang geladener Teilchen oder Ionen von Zelle zu Zelle ermöglichen, bewirken die Ionen, dass sich die Gesamtladung der Zelle ändert. Wenn die Ladung der Zelle positiver wird, spricht man von einer Depolarisation, und wenn die Zelle ausreichend depolarisiert oder ausreichend positiv wird, verursacht sie ein Aktionspotential. Das Aktionspotential wiederum löst eine schnelle Signalwelle aus, die in einer Muskelkontraktion gipfelt. Gap Junctions werden in dieser Eigenschaft bei glatten Muskeln und Herzmuskeln eingesetzt.

Elektrische Kopplung tritt auch zwischen benachbarten Neuronen an speziellen Gap Junctions auf, die als elektrische Synapsen bezeichnet werden. Diese elektrischen Synapsen übertragen auch Neuronen durch den intrazellulären Raum, um eine Depolarisation oder eine positivere Ladung im benachbarten Neuron zu erzeugen. Elektrische Signale sind viel schneller als chemische Signale und können Sendesignale in beide Richtungen liefern.

Gap Junctions unterstützen die metabolische Kopplung, indem sie chemische Second Messenger wie Calciumionen und cyclisches Adenosinmonophosphat - auch als cAMP oder cyclisches AMP bekannt - in das Zytoplasma der Nachbarzelle gelangen lassen. Cyclisches AMP ist eine Second-Messenger-Chemikalie, die von Adenosintriphosphat, besser bekannt als ATP, abgeleitet ist. Cyclisches AMP passiert leicht Gap Junctions und überträgt so die Botschaft der Hormone. Hormone sind wichtige Botenstoffe, von denen viele nicht alleine durch Zellmembranen gelangen können und die Hilfe von sekundären Botenstoffen und Kanälen wie Gap Junctions benötigen.