4.15
Gap junctions are specialized membrane channels between neighboring animal cells. They support intercellular signaling by allowing the exchange of ions, second messengers, sugars, and other small molecules between cells.
These channels are made of transmembrane proteins called connexins, or CX proteins.
Six connexin molecules assemble into a hemichannel, also called a connexon. A connexon makes up one half of a complete gap junction channel.
Connexons can be classified into two types: homomeric and heteromeric. When all six connexins are the same type, the structure is called a homomeric connexon.
For instance, in the heart, CX40 can form homomeric connexons. However, CX40 can also combine with another heart connexin, CX43, to form a heteromeric connexon. This heteromeric connexon may have different functions, such as selectivity for specific molecules.
Connexins are first made in the rough endoplasmic reticulum. Many connexins then move to the Golgi apparatus, where they assemble into connexons. The cell then transports the connexons to the plasma membrane. There, they pair with connexons from neighboring cells.
Together, the two hemichannels form a complete gap junction channel that directly connects the cytoplasm of both cells.
Many of these channels cluster together to form structures called gap junction plaques.
In many tissues, gap junction channels remain open under normal conditions, allowing continuous communication between cells.
In the heart, this open state is essential. Gap junctions allow electrical signals to spread rapidly from one cell to the next. Because ions move directly between neighboring cells, large groups of cardiomyocytes contract together in a coordinated, rhythmic pattern.
However, gap junctions are not permanently open. For example, when intracellular calcium levels rise, conformational changes in the connexin proteins cause the channel to close.
Multizelluläre Organismen nutzen eine Vielzahl von Möglichkeiten, wie Zellen miteinander kommunizieren können. Gap Junctions sind spezialisierte Proteine, die bei Tieren Poren zwischen benachbarten Zellen bilden. Sie verbinden das Zytoplasma zwischen beiden und ermöglichen den Austausch von Molekülen und Ionen. Sie kommen in einer Vielzahl von Wirbellosen und Wirbeltieren vor, vermitteln zahlreiche Funktionen inklusive der Zelldifferenzierung und Zellentwicklung. Gleichzeitig werden sie mit zahlreichen menschlichen Krankheiten assoziiert. Dazu gehören z.B. Herz- und Hautkrankheiten.
Die Gap Junctions der Wirbeltiere bestehen aus Transmembranproteinen, die Connexine (CX) genannt werden, und sechs Connexine bilden einen Halbkanal, der Connexon genannt wird. Der Mensch hat mindestens 21 verschiedene Formen der Connexine. Sie werden in fast allen Zelltypen exprimiert. Ein Connexon-Halbkanal wird als Homomer bezeichnet, wenn alle sechs Connexine gleich sind. Man bezeichnet sie als Heteromer, wenn sie aus verschiedenen Typen zusammengesetzt sind.
Die meisten Zellen exprimieren mehr als eine Art der Connexine. Diese können funktionelle Connexon-Halbkanäle oder eine durchgehende Pore (Gap Junction) bilden, indem sie sich mit einem Gegenstück einer benachbarten Zelle paaren. Die Gap Junctions werden als homotypisch angesehen, wenn die einzelnen Connexone gleich sind, und als heterotypisch, wenn sie sich voneinander unterscheiden. Cluster, die als Gap Junction-Plaques bezeichnet werden, bilden sich häufig an Orten wo die Kanäle kontinuierlich recycelt und im Zentrum der Plaques abgebaut und an der Peripherie ersetzt werden.
Gap Junctions ermöglichen den Durchtritt von Ionen, Botenstoffen, Zuckern und anderen kleinen Molekülen zwischen den Zellen. Dieser Austausch ist selektiv permeabel und wird durch die Connexin-Zusammensetzung des Kanals bestimmt. Sie besitzen die Fähigkeit, unter bestimmten Bedingungen zwischen einem offenen und geschlossenen Zustand zu wechseln. Dadurch können die Zellen den Austausch von Molekülen zwischen ihnen regulieren. Faktoren wie der pH-Wert und das Vorhandensein von Ca2+-Ionen können die Kommunikation zwischen den Zellen in einem kürzeren Zeitraum regulieren, als die differentielle Genexpression, welche die Art und die Häufigkeit der Connexine in den verschiedenen Zelltypen der embryonalen und adulten Geweben reguliert.
Gap junctions are specialized membrane channels between neighboring animal cells. They support intercellular signaling by allowing the exchange of ions, second messengers, sugars, and other small molecules between cells.
These channels are made of transmembrane proteins called connexins, or CX proteins.
Six connexin molecules assemble into a hemichannel, also called a connexon. A connexon makes up one half of a complete gap junction channel.
Connexons can be classified into two types: homomeric and heteromeric. When all six connexins are the same type, the structure is called a homomeric connexon.
For instance, in the heart, CX40 can form homomeric connexons. However, CX40 can also combine with another heart connexin, CX43, to form a heteromeric connexon. This heteromeric connexon may have different functions, such as selectivity for specific molecules.
Connexins are first made in the rough endoplasmic reticulum. Many connexins then move to the Golgi apparatus, where they assemble into connexons. The cell then transports the connexons to the plasma membrane. There, they pair with connexons from neighboring cells.
Together, the two hemichannels form a complete gap junction channel that directly connects the cytoplasm of both cells.
Many of these channels cluster together to form structures called gap junction plaques.
In many tissues, gap junction channels remain open under normal conditions, allowing continuous communication between cells.
In the heart, this open state is essential. Gap junctions allow electrical signals to spread rapidly from one cell to the next. Because ions move directly between neighboring cells, large groups of cardiomyocytes contract together in a coordinated, rhythmic pattern.
However, gap junctions are not permanently open. For example, when intracellular calcium levels rise, conformational changes in the connexin proteins cause the channel to close.
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