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Biologie der Zellen und Gewebe (Fach) / Extrazelluläre Matrix (Lektion)
- Allgemein: Tierische Zellen besitzen keine Zellwand. Um den Zusammenhalt von Zellen in Geweben zu verstärken, bilden sie häufig um die Zellen herum ein komplexes Netzwerk aus Proteinen und Kohlenhydraten – die extrazelluläre Matrix (extracellular matrix, ECM).
- Funktionen& EIgenschaften die ECM füllt die Räume zwischen den Zellen aus, hilft, die Zellen fest zu Geweben zu verbinden (z. B. Zusammenhalt von Zellen der Muskulatur), gewährleistet Festigkeit (Sehnen, Knochen, Knorpel), kann Filter aufbauen (Nierenglomeruli), bildet eine Grundlage, auf der sich Zellen im Körper fortbewegen können (Embryonalentwicklung), ...
- Die wichtigsten Komponenten Zelloberflächenproteine (z.B. Integrine, CAMs, Cadherine) Fasermoleküle (z.B. Collagen, Fibronectin, Laminin, Tenascin, Elastin) Proteoglycane (z.B. Perlecan, Aggrecan, Syndecan, Decorin, Lumican) Polysaccharide (z.B. Hyaluronsäure, Heparansulfat)
- Integrine Molekularer Aufbau aus zwei Untereinheiten: -Untereinheit: durch eine Disulfidbrücke verbunden, Ca++-bindend b-Untereinheit: Verbindung zum Actin-Cytoskelett Beide Untereinheiten zusammen bilden den Fibronectin-Rezeptor; aktive vs. inaktive Konformation Die wichtigsten Bindungspartner: FIbronectin Laminin →extrazellulär Plaqu-Proteine (Talin, ILK, Filamin, ...) →intrazellulär
- Collagen • eines der am häufigsten vorkommenden Protein im Tierreich; • kommt in fast allen extrazellulären Matrices vor, vor allem in Bindegeweben und in Basallaminae; • bildet eine Multigenfamilie, die nach bisherigem Kenntnisstand aus mindestens 14 Klassen besteht! Collagen
- Aufbau/Struktur (Collagen) Allen Collagenen gemeinsam ist der Aufbau aus einer speziellen Helix, der "Tripelhelix": jede 3. Aminosäure ist ein Glycin, aussergewöhnlich viele Proline, Modifikation von Aminosäuren: OH-Prolin, OH-Lysin 3 Aminosäuren pro Helixwindung, Wasserstoffbrücken verbinden 3 benachbarte Ketten ⇒ Procollagen; viele Procollagene lagern sich zu Fasern zusammen. Collagen
- Zusammenbau von Collagen (Beobachtung) Beobachtung: das Collagen-Protein, das aus ECM zu reinigen ist, kann von sich aus keine Tripelhelix mehr bilden !? Ursache: Collagen wird als größere Vorstufe erzeugt und mehrfach modifiziert! Später abgespaltete Teile sind für den Zusammenbau essentiell! ⇒Musterbeispiel für Proteinsekretion!
- Zusammenbau des Collagens (schrittweise) Synthese am rER - erste Modifikationen, Weitertransport zum Golgi Apparat, weitere Glycosylierungen, Weitertransport zur Plasmamembran, Exocytose, Abspaltung N- und C-terminaler Peptide, laterales Zusammenlagern der tripelhelicalen Collagene zu langen Fasern, kovalente Vernetzung der Fasern bei den kovalenten Modifikationen ist Vitamin C als Cofaktor wichtig; bei Vitamin C Mangel kann sich keine stabile Tripelhelix ausbilden! Folge: Skorbut! medizinisches Bild: schwache Bänder, brüchige Haut, brüchige Blutgefäße, Zahnausfall
- Umbau/Abbau von Collagen Matrices • Collagen Matrices werden in einem dynamischen Fließgleichgewicht erhalten; • Abbau durch "Collagenasen" die über α-1-Antitrypsin in Schach gehalten werden; • bei Störungen des Gleichgewichts kommt es z. B. zum Lungenemphysem! (Problem bes. beim Rauchen bzw. wenn - genetisch bedingt - zu wenig α-1-AT vorhanden!)
- weitehe Bestandteile: Hyaluronsäure Vorkommen: Knorpel, Gelenke, proliferierende und embryonale Zellen (z.B. Formbildung des Herzens) Aufbau: ein Disaccharid, das mehrtausendfach kovalent verknüpft / hintereinander gehängt ist (bis 25 000 Zuckerreste!) ⇒wegen der vielen hydrophilen Gruppen ist HA immer stark hydratisiert ⇒großes Volumen! ⇒es bildet sich ein viskoses Gel ⇒nicht an Proteine kovalent gebunden ⇒Synthese extrazellulär Rolle bei der Entwicklung: HA kann Zellen voneinander getrennt halten; → proliferierende und wandernde Zellen haben besonders viel HA. Umgekehrt, wenn Zellen sesshaft werden: →Ausschütten des Enzyms Hyaluronidase → Abbau von HA Bsp: Myoblasten, Krebszellen
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