Zelluläre Verbindungen und Zellwände: Struktur & Funktion

Zelluläre Verbindungen und Membrandifferenzierungen

In einigen Bereichen der Zellmembran können spezifische Anpassungen auftreten. Dies kann die Invagination von Mikrovilli zur Vergrößerung der Membranoberfläche bedeuten oder die Bildung von Verbindungen zwischen Zellstrukturen, die im Wesentlichen der mechanischen Haftung von Geweben dienen.

Mechanische Zellverbindungen

Diese Verbindungen treten in Geweben auf, die starker Beanspruchung ausgesetzt sind, wie z. B. zur Stabilisierung von Epithelzellen oder Herzmuskelzellen. Ihre Hauptfunktion ist die mechanische Festigkeit der Zellunion. Sie werden in verschiedene Klassen eingeteilt:

Adhäsionsbänder (Adherens Junctions)

• Entstehen durch die Bindung von Transmembranproteinen beider Zellen.
• Intrazellulär binden diese Proteine an Aktinfilamente, die Teil des Zytoskeletts sind.

Desmosomen

• Diese Verbindungen sind wie punktförmige Knöpfe auf verschiedenen Ebenen zwischen den Plasmamembranen benachbarter Zellen.
• Die Bindung erfolgt durch Transmembranproteine, die in der inneren Membran in einer schalenförmigen Scheibe (Desmosomenplatte) verankert sind.
• An diese Platte binden auch Intermediärfilamente des Zytoskeletts.

Dichte Verbindungen (Tight Junctions)

• Sie versiegeln Zellen in Epithelien und wirken als Barriere für den Durchgang von Molekülen oder Ionen.
• Sie bilden ein Netzwerk von Transmembranprotein-Strängen.

Kanalverbindungen (Gap Junctions)

• Dies sind Strukturen, die aus Transmembranproteinen gebildet werden, welche sich in Gruppen von 6 zu sechseckigen Formationen zusammenfinden.
• Diese bilden einen wässrigen Kanal in der Mitte, der sich mit den Kanälen benachbarter Zellen ausrichtet und so eine direkte Verbindung zwischen den Zytoplasmen herstellt.
• Sie sind in den meisten tierischen Geweben zu finden.

Plasmodesmen (Pflanzen)

• Dies sind die Kommunikationskanäle in pflanzlichen Geweben, deren Funktion der von Gap Junctions entspricht, obwohl ihre Struktur anders ist.
• In den Plasmodesmen ist die Plasmamembran einer Zelle kontinuierlich mit der ihrer Nachbarzelle verbunden.
• Die Zellwände, die durch eine Kittsubstanz zusammengehalten werden, sind an diesen Stellen unterbrochen, wo die Zellen Ionen und kleine Moleküle austauschen.

Extrazelluläre Matrix (Tiere)

Die extrazelluläre Matrix ist das Medium, in das Zellen in tierischem Gewebe eingebettet sind. Sie bietet strukturellen Halt und beeinflusst die Zellfunktion.

Zellwände: Struktur und Funktion

Zellwände sind starre und unlösliche Hüllen, die Zellen von Pflanzen, Algen, Pilzen und Moneren umgeben.

Pflanzen- und Algenzellwand

Die Zellwand von Pflanzen und Algen besteht im Wesentlichen aus Zellulose und Proteinen. In allen Zellen besteht sie aus 2 Schichten: der Mittellamelle und der primären Zellwand. In vielen Zellen zeigt sich eine dritte Schicht, die sekundäre Zellwand, die entsteht, wenn die Zellen ihr Wachstum abgeschlossen haben und auch durch Lignin verstärkt werden kann.

Mittellamelle

• Die erste Schicht, die fundamental aus Pektin besteht.

Primäre und Sekundäre Zellwand

Primäre Zellwand:

• Ist relativ dünn und semi-rigide und ermöglicht Zellwachstum.
• Wird durch die Sekretion von Stoffen außerhalb der Zellmembran gebildet.
• Besteht fundamental aus in einer Matrix aus Polysacchariden (Hemicellulose und Pektin), Monosacchariden und einigen strukturellen Proteinen eingebetteten Zellulosefasern.
• Ihre Struktur ist ein Netzwerk von Zellulosefasern, die in Schichten angeordnet und durch Hemicellulose- und Pektinmoleküle verbunden sind. Strukturelle Proteine sind ebenfalls mit diesen Strukturen verbunden.

Sekundäre Zellwand:

• Ist dick und starr und verhindert weiteres Zellwachstum.
• Entsteht in bestimmten Zellen, wenn das Wachstum aufhört, durch die Ablagerung neuer Schichten zwischen der Plasmamembran und der primären Zellwand.
• Die Zusammensetzung ist ähnlich der der primären Wand, enthält aber oft sehr viel Zellulose und wenig Pektin.
• Ihre Struktur ist laminiert; die Zellulosefasern sind sehr geordnet und haben unterschiedliche Ausrichtungen in aufeinanderfolgenden Schichten, was eine äußerst widerstandsfähige Struktur bildet. Oft wird sie durch Lignin verstärkt.

Zellwände von Hefen und Pilzen

• Eine starre Hülle, die von der Zelle selbst ausgeschieden wird und fundamental aus Polysacchariden besteht.
• In Pilzen ist der strukturelle Polysaccharid Chitin reichlich vorhanden.

Zellwand von Moneren (Prokaryoten)

• Eine poröse und starre Hülle, die die Form der prokaryotischen Zellen bestimmt.
• Hauptbestandteil ist Peptidoglykan, aber es gibt erhebliche Unterschiede zwischen den Zellwänden der verschiedenen Moneren-Gruppen.