44 Frumubygging

4.6 Tengsl milli frumna og frumustarfsemi

Hæfniviðmið

Í lok þessa hluta munt þú geta gert eftirfarandi:

lýst utanfrumuefninu
talið upp dæmi um hvernig plöntufrumur og dýrafrumur eiga samskipti við nálægar frumur
tekið saman hlutverk þéttitengja, hnoðtengja, gatatengja og frymisbrúa

Þú veist nú þegar að vefur er hópur svipaðra frumna sem starfa saman. Eins og við má búast þurfa frumur sem starfa saman að eiga samskipti sín á milli, rétt eins og þú þarft að eiga samskipti við aðra í hópverkefni. Skoðum nú hvernig frumur eiga samskipti sín á milli.

Utanfrumuefni dýrafrumna

Frumur í flestum fjölfruma lífverum losa efni út í utanfrumurýmið; hér verður fjallað um dýrafrumur sem dæmi. Helstu hlutar þessara efna eru prótein og algengasta próteinið er kollagen. Kollagenþræðir fléttast saman við próteóglýkön, sem eru próteinsameindir með kolvetnum. Saman köllum við þessi efni utanfrumuefni (mynd 4.27). Utanfrumuefnið heldur ekki aðeins frumunum saman og myndar vef, heldur gerir það frumunum í vefnum einnig kleift að eiga samskipti sín á milli. Hvernig getur það gerst?

This illustration shows the plasma membrane. Embedded in the plasma membrane are integral membrane proteins called integrins. On the exterior of the cell is a vast network of collagen fibers. The fibers are attached to the integrins via a protein called fibronectin. Proteoglycan complexes also extend from the plasma membrane to the extracellular matrix. A close-up view shows that each proteoglycan complex is composed of a polysaccharide core. Proteins branch from this core, and carbohydrates branch from the proteins. The inside of the cytoplasmic membrane is lined with microfilaments of the cytoskeleton. — **Mynd 4.27.** Utanfrumuefnið samanstendur af neti próteina og kolvetna.

Frumur hafa próteinviðtaka á ytra yfirborði frumuhimnunnar. Þegar sameind í utanfrumuefninu binst viðtakanum breytir hún sameindabyggingu hans. Viðtakinn breytir aftur á móti lögun örþráða sem liggja rétt innan við frumuhimnuna. Þessar lögunarbreytingar koma af stað efnaboðum inni í frumunni sem berast til kjarnans og kveikja eða slökkva á umritun tiltekinna hluta DNA. Það hefur áhrif á próteinframleiðslu og breytir þannig starfseminni innan frumunnar.

Blóðstorknun er dæmi um hlutverk utanfrumuefnisins í samskiptum frumna. Þegar frumur sem klæða blóðæð skemmast sýna þær próteinviðtaka sem kallast vefjaþáttur. Þegar vefjaþáttur binst öðrum þætti í utanfrumuefninu veldur það því að blóðflögur festast við vegg skemmdu blóðæðarinnar, örvar nálægar sléttar vöðvafrumur í blóðæðinni til að dragast saman og þrengja þannig æðina, og hrindir af stað röð skrefa sem örva blóðflögurnar til að framleiða storkuþætti.

Millifrumutengi

Frumur geta einnig átt samskipti sín á milli með beinni snertingu, eða millifrumutengjum. Plöntu-, dýra- og sveppafrumur eiga samskipti með mismunandi hætti. Frymisbrýr eru tengi milli plöntufrumna; tengi dýrafrumna eru meðal annars þéttitengi, gatatengi og hnoðtengi.

Frymisbrýr

Almennt geta langir hlutar frumuhimna nálægra plöntufrumna ekki snert hver annan vegna þess að frumuveggurinn sem umlykur hverja frumu aðskilur þær. Hvernig getur planta þá flutt vatn og önnur næringarefni úr jarðvegi frá rótum, í gegnum stöngla og til blaða? Slíkur flutningur fer fyrst og fremst fram um æðavefi, það er viðarvef og sáldvef. Einnig eru til byggingarlegar aðlaganir sem kallast frymisbrýr (eintala: frymisbrú). Fjölmörg göng sem liggja milli frumuveggja nálægra plöntufrumna tengja umfrymi þeirra og gera flutning efna frá frumu til frumu, og þar með um alla plöntuna, mögulegan (mynd 4.28).

This illustration shows two plant cells side-by-side. A gap in the cell wall, a plasmodesma, allows fluid and small molecules to pass from the cytoplasm of one cell to the cytoplasm of the other. — **Mynd 4.28.** Frymisbrú er gangur milli frumuveggja tveggja nálægra plöntufrumna. Frymisbrýr leyfa efnum að fara frá umfrymi einnar plöntufrumu til umfrymis nálægrar frumu.

Þéttitengi

Þéttitengi er vatnsþétt lokun milli tveggja nálægra dýrafrumna (mynd 4.29). Prótein, einkum tvö prótein sem kallast klaudín og okklúdín, halda frumunum þétt saman.

This illustration shows two cell membranes joined together by a matrix of tight junctions. — **Mynd 4.29.** Þéttitengi mynda vatnsþéttar tengingar milli nálægra dýrafrumna. Prótein halda þéttitengjum saman. (heimild: breyting á verki eftir Mariana Ruiz Villareal)

Þessi þétta festing kemur í veg fyrir að efni leki milli frumnanna. Þéttitengi finnast venjulega í þekjuvefjum sem klæða innri líffæri og holrými og mynda megnið af húðinni. Til dæmis koma þéttitengi þekjufrumna sem klæða þvagblöðruna í veg fyrir að þvag leki út í utanfrumurýmið.

Hnoðtengi

Hnoðtengi finnast einnig aðeins í dýrafrumum og virka eins og punktsoðningar milli nálægra þekjufrumna (mynd 4.30). Cadherin-prótein eru stutt prótein í frumuhimnunni sem tengjast milliþráðum og mynda hnoðtengi. Þau tengja tvær nálægar frumur og halda frumunum saman í blaðlíkri skipan í líffærum og vefjum sem teygjast, eins og húð, hjarta og vöðvum.

This illustration shows two cells fused together by a desmosome. Cadherins extend from each cell and join the two cells together. Intermediate filaments connect to cadherins on the inside of the cell. — **Mynd 4.30.** Hnoðtengi myndar mjög sterka punktsoðningu milli frumna. Tengd cadherin-prótein og milliþræðir mynda það. (heimild: breyting á verki eftir Mariana Ruiz Villareal)

Gatatengi

Gatatengi í dýrafrumum líkjast frymisbrúm í plöntufrumum að því leyti að þau eru göng milli nálægra frumna sem leyfa flutning jóna, næringarefna og annarra efna sem gera frumum kleift að eiga samskipti (mynd 4.31). Að byggingu eru gatatengi og frymisbrýr hins vegar ólík.

This illustration shows two cells joined together with protein pores called gap junctions that allow water and small molecules to pass through. — **Mynd 4.31.** Gatatengi er próteinklædd op sem leyfir vatni og litlum sameindum að fara milli nálægra dýrafrumna. (heimild: breyting á verki eftir Mariana Ruiz Villareal)

Gatatengi myndast þegar sex connexin-prótein í frumuhimnunni raðast í aflanga kleinuhringslaga einingu sem kallast connexon. Þegar op connexona í nálægum dýrafrumum raðast saman myndast gangur milli frumanna tveggja. Gatatengi eru sérstaklega mikilvæg í hjartavöðva. Rafboðin sem valda vöðvasamdrætti fara skilvirkt í gegnum gatatengi og gera hjartavöðvafrumum kleift að dragast saman í takt.

Tengill í námsefni

Til að framkvæma sýndarsmásjáræfingu og rifja upp hluta frumu skaltu fara í gegnum skrefin í þessu gagnvirka verkefni.