Die Zelle: Zytosol und Zytoskelett

Das Zytoskelett einer Zelle ist ein Netzwerk intrazellulärer Proteinfilamente, das die mechanische Stabilität unterstützt, Organellen verankert und an der intra- und extrazellulären Migration beteiligt ist. Das Zytosol ist die von der Zellmembran umschlossene Flüssigkeit, die die Organellen und das Zytoskelett umgibt. Es enthält zahlreiche chemische Substanzen und ist Reaktionsort vieler biochemischer Prozesse.

Aktualisiert: Feb 17, 2023

Inhalt

Zytoskelett

Zytosol

Quellen

Zytoskelett

Das Zytoskelett besteht aus verschiedenen Proteinfilamenten, die das Zytosol durchziehen. Drei verschiedene Arten von Filamenten bilden das Gerüst, entlang dem sich molekulare Motorproteine bewegen.

Proteinfilamente

Mikrofilamente (Aktinfilamente):
- Struktur:
  - Dünne Filamente
  - 7 nm Durchmesser
  - Häufigstes intrazelluläres Protein
  - Doppelhelix aus zwei umeinander gewickelten Aktinpolymeren (F-Aktin)
  - Gerichtetes Wachstum (positives und negatives Ende)
- Funktion:
  - Dynamische Verlängerung und Verkürzung (Treadmilling) → Zellmigration
  - Transportstrecke für Kurzstreckentransport durch Myosine
  - Mechanische Stabilität
- Beispiele:
  - Muskelkontraktion
  - Zellteilung (Aktinfilamente lagern sich kreisförmig zusammen und trennen die beiden Tochterzellen voneinander durch Kontraktion)
  - Zellmigration von Makrophagen
  - Intrazelluläre Plasmaströmungen

Intermediärfilamente:
- Struktur:
  - Mitteldicke Filamente
  - 10 nm Durchmesser
- Verschiedene Faserproteine
- Funktion:
  - Erhaltung der Zellform
  - Verankerung von Organellen
  - Strukturkomponenten der Kernlamina
- Beispiele:
  - Keratinfilamente schützen vor mechanischer Belastung.
  - Zell-Zell-Verbindungen und interzelluläre Kommunikation
  - Stabiler als Mikrofilamente
  - Stärkere Zugfestigkeit
Mikrotubuli:
- Struktur:
  - Dickere Filamente
  - 25 – 100 nm Durchmesser
  - Spiralförmige Struktur aus Alpha- und Betatubulin
- Funktion:
  - Verankerung an den Zentriolen in der Nähe des Zellkerns
  - Gerichtetes Wachstum: Addition und Subtraktion von Tubulin-Untereinheiten
  - Intrazelluläre Transportstrecken für Motorproteine
- Beispiele:
  - Ausbildung des Spindelapparats während der Zellteilung
  - Ausbildung von Zilien und Geißeln, die die Bewegung durch die extrazelluläre Matrix ermöglichen

Filaments of the cytoskeleton — Filamente des Zytoskeletts
Bild von Lecturio.

Fibers that comprise the cytoskeleton — Filamente des Zytoskeletts
Bild von Lecturio.

Motorproteine

Spezialisierte Proteine wandern entlang der Mikrotubuli und transportieren Organellen, Substrate oder Chromosomen innerhalb der Zelle.

Struktur:
- Proteinkomplexe:
  - Transportvesikel
  - Verbindungsprotein
  - Motorprotein
- Unterschiedliche Motorproteine je nach Transportrichtung:
  - Dynein bewegt sich von der Peripherie in Richtung des Zellkerns.
  - Kinesin bewegt sich vom Zellkern in Richtung Peripherie.
Funktion:
- Umwandlung chemischer Energie in kinetische Energie
- Transport von Substanzen entlang der Mikrotubuli-Transportstrecken
- Wanderung des Proteinkomplexes entlang der Mikrotubuli durch ATP-Hydrolyse
Beispiele:
- Wanderung entlang des Spindelapparats, um die Schwesterchromatiden während der Kernteilung voneinander zu trennen
- Transport von mit Neurotransmittern gefüllten Vesikel über die Axone von Neuronen

Molekularer Motor, der sich entlang der Mikrotubuli bewegt — Motorprotein, das sich entlang der Mikrotubuli bewegt
Bild von Lecturio.

Zytosol

Das Zytosol ist eine Flüssigkeit, die sich im Inneren von Zellen befindet (Flüssigkeitsmatrix):
- Wasser (70 %)
- Gelöste Ionen (pH 7,0 – 7,4)
- Kleine Proteine
- Große, wasserlösliche Makromoleküle
Umgeben von der Zellmembran
Flüssiger Bestandteil des Zytoplasmas (das Zytoplasma setzt sich aus Zytosol und Zytoskelett zusammen)
Ort verschiedener eukaryontischer Zellprozesse:
- Signaltransduktion
- Zytokinese
- Glykolyse
- Pentosephosphatweg
- Proteinbiosynthese
- Gluconeogenese
- Transport von Metaboliten und Vesikeln
Organisationsbereiche innerhalb des Zytosols (Komponenten vermischen sich nicht zufällig):
- Konzentrationsgradienten: (z. B. Calcium) können in der Nähe eines geöffneten Kanals erzeugt werden
- Proteinkomplexe: Weitergabe von Substraten entlang eines Stoffwechselweges
- Proteinkompartimente: räumliche Trennung von Substanzen vom Zytosol durch die Ausbildung spezifischer Proteinstrukturen (z. B. Proteasen innerhalb des Proteasoms)
- Ausbildung von Mikrodomänen durch das Zytoskelett: eingeschränkte Diffusion größerer Proteine innerhalb der Zelle aufgrund des Zytoskeletts (Zytoskelett-Siebung)

Quellen

Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Molecular Biology of the Cell. 4. Auflage. New York: Garland Science. How Cells Regulate Their Cytoskeletal Filaments. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26809/
Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Molecular Biology of the Cell. 4. Auflage. New York: Garland Science. The Cytoskeleton and Cell Behavior. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26930/
H. Lodish, A. Berk, SL Zipursky et al. (2000). Molecular Cell Biology. 4. Auflage. New York: WH Freeman. Abschnitt 18.1, The Actin Cytoskeleton.