Gap Junctions sind zylindrische Kanäle zwischen tierischen Zellen, die es kleinen Molekülen und Ionen ermöglichen, vom Inneren einer Zelle in das Innere der benachbarten Zelle zu gelangen. In Pflanzenzellen werden ähnliche Strukturen als Plasmodesmen bezeichnet. Ohne diese Durchgänge könnte kein Material die Plasmamembran passieren, die das Innere der Zelle vom Äußeren trennt. Sie helfen den Zellen, chemische und elektrische Signale schnell zu kommunizieren und eine Homöostase oder ein physiologisches Gleichgewicht zu erreichen.
Gap Junctions lassen nur Ionen oder geladene Teilchen und kleine Moleküle bis etwa 1,000 Dalton in die nächste Zelle passieren. Im Gegensatz zu anderen zellulären Kanälen beschränken diese nicht, welche Art von Material von Zelle zu Zelle gelangt. Diese Kanäle finden sich in den meisten Tierzellen, mit Ausnahme von Skelettmuskelfasern und frei zirkulierenden Zellen wie roten Blutkörperchen und zirkulierenden Lymphozyten.
Gap Junctions bilden sich, wenn sich zwei gegenüberliegende Connexons oder Hemikanäle über den intrazellulären Raum oder den Raum zwischen zwei benachbarten Zellen verbinden. In der Nähe des Kanals verengt sich der intrazelluläre Raum auf ungefähr 30 Angström (1.2e-7 Zoll) von etwa 200 Angström (9.8e-7 Zoll) oder breiter. Connexons sind hexagonale Proteinstrukturen, die aus sechs Proteinen, den sogenannten Connexinen, bestehen.
Die drei Hauptfunktionen von Gap Junctions sind das Einschließen beschädigter Zellen, die metabolische Kopplung und die elektrische Kopplung. Wenn eine Zelle beschädigt wird, ist es wichtig, sie von anderen Zellen zu isolieren oder die schlechte Zelle abzutöten, damit sich der Defekt nicht ausbreitet. Die Verbindungen kommunizieren Todessignale zwischen den Zellen und werden als Reaktion auf erhöhte intrazelluläre Kalziumspiegel und einen niedrigen pH-Wert abgeschaltet. Es wird vermutet, dass eine Beschädigung der Kommunikation mit diesen Durchgängen Krebs verursacht, da die Zellen ihre Fähigkeit verlieren, defekte Zellen zu isolieren und abzutöten.
Gap Junctions sind aufgrund ihrer Rolle bei der elektrischen Kopplung von wesentlicher Bedeutung für das ordnungsgemäße Funktionieren des Körpers. Da sie geladenen Teilchen oder Ionen erlauben, von Zelle zu Zelle zu gelangen, bewirken die Ionen, dass sich die Gesamtladung der Zelle ändert. Wenn die Ladung der Zelle positiver wird, wird dies als Depolarisation bezeichnet, und wenn die Zelle ausreichend depolarisiert oder ausreichend positiv ist, verursacht dies ein Aktionspotential. Das Aktionspotential wiederum löst eine schnelle Signalwelle aus, die in einer Muskelkontraktion gipfelt. Diese Durchgänge werden in dieser Eigenschaft im glatten Muskel und im Herzmuskel verwendet.
Elektrische Kopplung tritt auch zwischen benachbarten Neuronen an spezialisierten Verbindungsstellen auf, die als elektrische Synapsen bezeichnet werden. Diese elektrischen Synapsen übertragen auch Neuronen über den intrazellulären Raum, um eine Depolarisation oder eine positivere Ladung im benachbarten Neuron zu erzeugen. Elektrische Signalisierung ist viel schneller als chemische Signalisierung und kann Sendesignale in beide Richtungen bieten.
Gap Junctions unterstützen die metabolische Kopplung, indem sie chemischen sekundären Botenstoffen wie Calciumionen und zyklischem Adenosinmonophosphat – auch bekannt als cAMP oder zyklisches AMP – ermöglichen, in das Zytoplasma der angrenzenden Zelle zu gelangen. Zyklisches AMP ist ein zweiter Botenstoff, der von Adenosintriphosphat, besser bekannt als ATP, abgeleitet wird. Zyklisches AMP passiert leicht Gap Junctions, wodurch es die Botschaft von Hormonen übertragen kann. Hormone sind wichtige Botenstoffe, von denen viele die Zellmembranen nicht alleine passieren können und die Hilfe von sekundären Botenstoffen und Kanälen wie Gap Junctions benötigen.