Medizinische Biologie: Zell-Zell-Kontakte

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Die verschiedenen Arten der Zellverbindungen.

Zellkontakte

Okklusionsverbindungen

Zonula occludens - Tight junctions: Sie verschweißen benachbarte Zellmembranen und dichten damit z.B. Epithelzellverbände gegen ein Lumen ab. Die Naht schränkt einerseits die laterale Beweglichkeit von Membranproteinen ein als auch die unkontrollierte Diffusion von Stoffen zwischen den Zellen hindurch.

Weblinks: KEGG: Tight junction - Homo sapiens (human)

Haftverbindungen

Haftverbindungen dienen in erster Linie der mechanischen Stabilisierung von Geweben und dem Formerhalt der Einzelzelle.

Desmosomen verbinden Zellen untereinander.

Zonula adhaerens - Gürteldesmosomen. Sie liegen in Epithelgeweben basal der tight junctions. Von innen inserieren hier die Aktinfilamente des Zelle.

Weblinks: KEGG: Adherens junction - Homo sapiens (human)

Macula adhaerens - Punktdesmosomen (Desmosomen i.e.S.). Sie ähneln Druckknöpfen und verbinden die Zellen punktuell. Es handelt sich dabei um Proteinplaques an der inneren Zellmembran. Sie bestehen u.a. aus Desmoplakin I und II, BPAG1, Envoplakin, Periplakin und Plectin. Desmoglein I und II überbrücken den Intrazellularspalt und verbinden zwei gegenüberliegende Desmosomen benachbarter Zellen miteinander.

Hemidesmosomen verbinden Zellen mit der Basallamina (Basalmembran), die aus einer Lamina lucida und einer darunterliegenden Lamina densa besteht. Intrazellulär sind die Hemidesmosomen mit den Tonofilamenten, bzw. dem Zytoskelett verbunden.

Fokale Adäsionspunkte

Weblinks: KEGG: Focal adhesion - Homo sapiens (human)

Kommunikationsverbindungen

Gap junctions (Nexus) - Ein Nexus setzt sich aus 2 Connexonen (Hemikanäle) zusammen, die jeweils aus 6 Connexin-Proteinen bestehen. Der gebildete Kanal ist etwa 1,5 nm breit und lässt kleinmolekulare Substanzen durch wie anorganische Ionen, Nucleotide, Aminosäuren, Wasser, Glucose und überträgt damit auch elektrische Erregungen, z.B. im Herzmuskel. Ein tiefer pH-Wert oder eine hohe Ca²⁺-Konzentration bewirken eine Schließung des Kanals, so dass beschädigte Zellen vom Zellverband abgekoppelt werden.

Weblinks: KEGG: Gap junction - Homo sapiens (human)

Extrazellulärraum

Kollagen

Kollagen ist für die mechanische Stabilität der Gewebe zuständig und v.a. im Binde- und Stützgewebe zu finden. Im Knochen liefert es die Matrize für die Mineralisierung mit Calciumhydroxylapatit (Calciumphosphat). Ebenso stabilisiert es die Basalmembran, die sämtlichen Epithelien als Unterlage dient.

Die Kollagentripelhelix setzt sich aus 3 Peptidketten zusammen, die jeweils eine Länge von über 1.000 Aminosäuren aufweisen. Diese bestehen hauptsächlich aus den 3 Aminosäuren Glycin, Prolin und Hydroxyprolin, die repetitiv angeordnet sind. Zum Teil findet sich auch Hydroxylysin.

Hydroxyprolin und -lysin entstehen durch posttranslationale Modifikation, d.h. nach der Bildung des Propeptids, aus Prolin und Lysin. Die Hydroxylierung ist Vitamin C-abhängig. Die so gebildeten Hydroxylysin-Reste werden dann glykosyliert. Nach Abspaltung der Propeptide werden außerdem Lysinreste oxidiert, als Voraussetzung für die Quervernetzung.

Man unterscheidet verschiedene Kollagentypen, die sich in ihrer Struktur, ihren Eigenschaften und ihrem Verwendungsort unterscheiden:

Kollagen I - Knochen, Sehnen, Muskel, Gefäße
Kollagen II - Knorpel
Kollagen III - Retikulin
Kollagen IV - Basalmembran

Pathologie: Bei einem extremen Vitamin C-Mangel kann kein Hydroxyprolin mehr gebildet werden und das Kollagen wird brüchig. Folge ist die Erkrankung Skorbut, die durch Kapillarfragilität, Zahnausfall, Knochenerweichung usw. gekennzeichnet ist.

Proteoglykane

Proteoglycane (Glycosaminoglycane) bestehen aus einem Protein-Kern und langen Ketten von repetitiven Disaccharideinheiten, die aufgrund der zahlreichen Hydroxyl-Gruppen gut Wasser binden. Wichtige Proteoglykane sind Keratansulfat, Chondroitinsulfat und Heparansulfat. (Zur Synthese und chemischen Struktur siehe im Buch Biochemie und Pathobiochemie).

Aufg.:

Organisation der Interzellularsubstanz des Bindegewebes
Regulation der Gefäßpermeabilität
Mechanischer Schutz der Zelle vor Zerquetschung
Elastizität durch Wasserbindung z.B. im Knorpelgewebe.