Le giunzioni gap sono canali cilindrici tra le cellule animali che consentono a piccole molecole e ioni di passare dall’interno di una cellula all’interno della cellula adiacente. Quando si trovano nelle cellule vegetali, strutture simili sono chiamate plasmodesmi. Senza questi passaggi, il materiale non potrebbe passare attraverso la membrana plasmatica, che separa l’interno della cellula dall’esterno. Aiutano le cellule a comunicare rapidamente segnali chimici ed elettrici e a raggiungere l’omeostasi, o equilibrio fisiologico.
Le giunzioni gap lasciano passare solo ioni o particelle cariche e piccole molecole fino a circa 1,000 dalton nella cellula successiva. A differenza di altri canali cellulari, questi non limitano il tipo di materiale che passa da cellula a cellula. Questi canali si trovano nella maggior parte dei tipi di cellule animali, ad eccezione delle fibre muscolari scheletriche e delle cellule a circolazione libera come i globuli rossi e i linfociti circolanti.
Le giunzioni gap si formano quando due connessoni opposti, o emicanali, si uniscono attraverso lo spazio intracellulare o lo spazio tra due cellule adiacenti. Vicino al canale, lo spazio intracellulare si restringe a circa 30 angstrom (1.2e-7in) da circa 200 angstrom (9.8e-7in) o più. I connessoni sono strutture proteiche esagonali composte da sei proteine chiamate connessine.
Le tre funzioni principali delle giunzioni gap contengono cellule danneggiate, accoppiamento metabolico e accoppiamento elettrico. Se una cellula viene danneggiata, è importante isolarla da altre cellule o uccidere la cellula danneggiata in modo che il difetto non si diffonda. Le giunzioni comunicano segnali di morte tra le cellule e si spengono in risposta all’aumento dei livelli di calcio intracellulare e al basso pH. Si propone che il danno alla comunicazione con questi passaggi provochi il cancro, perché le cellule perdono la loro capacità di isolare e uccidere le cellule difettose.
Le giunzioni gap sono essenziali per il corretto funzionamento del corpo a causa del loro ruolo nell’accoppiamento elettrico. Poiché consentono alle particelle cariche, o ioni, di passare da una cellula all’altra, gli ioni fanno cambiare la carica complessiva della cellula. Se la carica della cellula diventa più positiva, si parla di depolarizzazione, e se la cellula diventa sufficientemente depolarizzata, o sufficientemente positiva, provoca un potenziale d’azione. Il potenziale d’azione, a sua volta, innesca una rapida ondata di segnali che culmina in una contrazione muscolare. Questi passaggi sono utilizzati in questa capacità nella muscolatura liscia e nel muscolo cardiaco.
L’accoppiamento elettrico si verifica anche tra neuroni adiacenti in giunzioni specializzate chiamate sinapsi elettriche. Queste sinapsi elettriche trasmettono anche i neuroni attraverso lo spazio intracellulare per creare una depolarizzazione o una carica più positiva nel neurone adiacente. La segnalazione elettrica è molto più veloce della segnalazione chimica e può offrire segnali di trasmissione in entrambe le direzioni.
Le giunzioni gap aiutano l’accoppiamento metabolico consentendo ai secondi messaggeri chimici come gli ioni calcio e l’adenosina monofosfato ciclico, noto anche come cAMP o AMP ciclico, di passare nel citoplasma della cellula adiacente. L’AMP ciclico è un secondo messaggero chimico derivato dall’adenosina trifosfato, più comunemente noto come ATP. L’AMP ciclico passa facilmente attraverso le giunzioni gap, permettendogli di trasmettere il messaggio degli ormoni. Gli ormoni sono importanti sostanze chimiche messaggere, molte delle quali non possono passare da sole attraverso le membrane cellulari e richiedono l’aiuto di messaggeri secondari e canali come le giunzioni gap.