Zytoskelett und Zytosol: Funktionen in Zellen

Die Zelle: Zytosol und Zytoskelett

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

Redaktionelle Verantwortung: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

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Zytoskelett

Zytosol

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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 Makrophagen Zellen des angeborenen Immunsystems
  - Intrazelluläre Plasmaströmungen

Intermediärfilamente:
- Struktur:
  - Mitteldicke Filamente
  - 10 nm Durchmesser
- Verschiedene Faserproteine
- Funktion:
  - Erhaltung der Zellform
  - Verankerung von Organellen Organellen Die Zelle: 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 Proteine Proteine und Peptide wandern entlang der Mikrotubuli und transportieren Organellen Organellen Die Zelle: 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 Neuronen Nervensystem: Histologie

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 Proteine Proteine und Peptide
- Große, wasserlösliche Makromoleküle
Umgeben von der Zellmembran Zellmembran Die Zelle: Zellmembran
Flüssiger Bestandteil des Zytoplasmas (das Zytoplasma setzt sich aus Zytosol und Zytoskelett zusammen)
Ort verschiedener eukaryontischer Zellprozesse:
- Signaltransduktion
- Zytokinese
- Glykolyse Glykolyse Glykolyse
- Pentosephosphatweg Pentosephosphatweg Pentosephosphatweg
- Proteinbiosynthese
- Gluconeogenese Gluconeogenese 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 Proteine Proteine und Peptide 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.