Zytoplasma, Zytoskelett & Zellstrukturen

Zytoplasma: Definition und Bestandteile

Das Zytoplasma ist der Teil der Zelle, der sich zwischen der Plasmamembran und der Kernmembran befindet. Es besteht aus dem Hyaloplasma (oder Zytosol) und den darin eingebetteten Organellen und Strukturen, einschließlich des Zytoskeletts.

Das Hyaloplasma ist eine wässrige Lösung (70-85% Wasser, 15-30% andere Bestandteile) und enthält gelöste oder suspendierte Komponenten wie Kohlenhydrate, Lipide, Aminosäuren, Proteine, Nukleoside, Nukleotide, Nukleinsäuren, Mineralsalze und Ionen.

Zytoskelett: Struktur und Funktion

Das Zytoskelett ist ein Netzwerk aus langen, dünnen Proteinfäden, das sich durch das gesamte Zytoplasma erstreckt. Es ist verantwortlich für:

• Formgebung der Zelle
• Zellbewegung
• Bewegung der Organellen
• Chromosomentrennung während der Zellteilung

Die Filamente sind oft an der Plasmamembran befestigt oder strahlen von einem zentralen Ort in der Nähe des Zellkerns aus. Es gibt drei Haupttypen von Filamenten, die sich in Größe und Zusammensetzung unterscheiden:

• Intermediärfilamente
• Aktinfilamente (Mikrofilamente)
• Mikrotubuli

Intermediärfilamente

Struktur und Lage: Intermediärfilamente bestehen aus zahlreichen, langgestreckten Faserproteinen. Ihr Name leitet sich von ihrem Durchmesser ab, der zwischen dem von Aktinfilamenten (dünn) und Mikrotubuli (dick) liegt. Sie sind besonders häufig in Zellen, die hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, und variieren je nach Zelltyp.

Funktionen: Intermediärfilamente haben eine strukturelle Rolle. Ihre Hauptaufgabe ist es, der Zelle zu ermöglichen, mechanischen Belastungen standzuhalten, die beim Dehnen auftreten. Sie sind reichlich in den Axonen von Neuronen vorhanden.

Aktinfilamente (Mikrofilamente)

Struktur und Lage: Mikrofilamente sind dünne, flexible Fasern, die aus helikalen Polymeren des Proteins Aktin bestehen. Sie sind im Zytoplasma verteilt, aber besonders häufig unter der Plasmamembran, wo sie ein Netzwerk bilden.

Funktionen:

• Unter der Membran bilden Mikrofilamente ein Stütznetzwerk, das mechanische Festigkeit bietet.
• Sie bestimmen die Form der Zelle.
• Sie ermöglichen die Bewegung der Zelloberfläche, wodurch die Zelle migrieren und Partikel aufnehmen kann.
• Sie unterstützen die Zellteilung.
• Sie unterstützen die Bildung von Zellausstülpungen wie Mikrovilli im Darmepithel und temporären Erweiterungen wie Pseudopodien.
• In Muskelzellen interagieren sie mit Myosinfilamenten, um die Muskelkontraktion zu erzeugen.

Mikrotubuli

Struktur und Lage: Mikrotubuli sind lange, gerade, hohle Zylinder, die aus Untereinheiten (kugelförmigen Protein-Dimeren) bestehen, die einen zentralen Hohlraum bilden.

Funktionen:

• Sie bilden einen strukturellen Teil von Wimpern und Geißeln.
• Sie bilden die mitotische Spindel, die die Trennung der Chromosomen kurz vor der Zellteilung ermöglicht (gebildet aus Zentriolen und Zentrosomen).

Zentriolen

Ein Zentriol ist eine kurze, zylindrische Struktur, die aus neun Tripletts von Mikrotubuli besteht, die peripher miteinander verbunden sind.

Funktionen: Zentriolen bilden andere Zentriolen und sind an der Entstehung und dem Wachstum von Wimpern und Geißeln beteiligt.

Zentrosom

Das Zentrosom ist eine Struktur in der Nähe des Zellkerns in tierischen Zellen. Es besteht aus einem Paar Zentriolen (Diplosom), die senkrecht zueinander stehen und von amorphem, perizentriolärem Material umgeben sind.

Funktionen:

• Organisiert die zellulären Mikrotubuli.
• Beteiligt sich an der Mitose durch die Bildung der Teilungsspindel (Mikrotubuli, die sich von den Zentrosomen aus erstrecken).

Wimpern und Geißeln

Wimpern und Geißeln sind bewegliche Erweiterungen der Plasmamembran, die aus Mikrotubuli bestehen. Sie unterscheiden sich wie folgt:

• Wimpern: Kurz und zahlreich. Sie können die Flüssigkeit um die Zelle bewegen oder die Zelle selbst durch eine Flüssigkeit bewegen.
• Geißeln: Lang und wenige. Sie sind für die Fortbewegung verschiedener Arten von Protozoen und Spermien verantwortlich.

Struktur von Wimpern und Geißeln:

• Schaft oder Axonem: Umgeben von der Plasmamembran. Im Inneren befinden sich zwei zentrale Mikrotubuli, die von einer dünnen Hülle umgeben sind.
• Basalkörper: Ein Zylinder an der Basis des Ziliums oder der Geißel, direkt unterhalb der Plasmamembran. Er hat die gleiche Struktur wie Zentriolen: neun periphere Mikrotubuli-Tripletts, aber keine zentralen Mikrotubuli.

Ribosomen: Struktur und Funktion

Ribosomen sind kugelförmige, membranlose Partikel (Granula), die nur unter dem Elektronenmikroskop sichtbar sind. Sie bestehen aus ribosomalen Proteinen, ribosomaler RNA und großen Mengen an Wasser.

Struktur:

Prokaryotische und eukaryotische Ribosomen haben eine ähnliche Struktur. Sie bestehen aus zwei Untereinheiten (einer großen und einer kleinen), die aus eigenen Proteinen und RNA bestehen. Diese Untereinheiten bleiben im Zytosol getrennt und verbinden sich nur, wenn das Ribosom mRNA liest.

Unterschiede zwischen prokaryotischen und eukaryotischen Ribosomen:

• Prokaryotische Ribosomen: Vollständig, mit einem Sedimentationskoeffizienten von 70S.
• Eukaryotische Ribosomen: Vollständig, mit einem Sedimentationskoeffizienten von 80S.

Zelluläre Lage: Ribosomen sind in allen Zellen vorhanden, außer in reifen Spermien. Sie können sich befinden:

• Frei im Zytosol (entweder einzeln oder in Gruppen, den Polysomen).
• An der äußeren Membran des rauen endoplasmatischen Retikulums (RER) befestigt.
• An der zytoplasmatischen Seite der äußeren Kernmembran befestigt.
• Frei in der Matrix der Mitochondrien und im Stroma der Chloroplasten.

Funktion der Ribosomen: Sie sind der Ort der Proteinsynthese, sowohl in prokaryotischen als auch in eukaryotischen Zellen.

Zytoplasmatische Einschlüsse

Zytoplasmatische Einschlüsse sind membranlose Ablagerungen, in denen sich Reservestoffe oder Abfallprodukte der Stoffwechselaktivität der Zelle ansammeln.

Arten von Einschlüssen:

• Kohlenhydratgranula: Glykogen in tierischen Zellen und Stärke in Pflanzenzellen. Sie dienen als Energiespeicher.
• Lipidtropfen: In Pflanzen sind sie reichlich in Samen und Früchten vorhanden. In Tieren sammeln sich Fetttropfen in Fettzellen an.
• Andere Einschlüsse: Es können auch Gruppen von Latex, Pigmenten usw. vorhanden sein.