Zytosol, Zytoplasma und Zellzyklus: Ein Überblick

Zytosol: Die Grundlage des Zytoplasmas

Das Zytosol ist die wässrige Matrix des Zytoplasmas, in der sich die Organellen, Enzyme und andere zytoplasmatische Strukturen befinden. Es ist der Ort vieler wichtiger Prozesse, einschließlich Proteinsynthese, Abbau von Molekülen und der meisten Reaktionen des intermediären Stoffwechsels.

Zytoplasmatische Einschlüsse: Speicherorte in der Zelle

Zytoplasmatische Einschlüsse sind im Zytoplasma gespeicherte Materialien, die nicht von Membranen umgeben sind. Häufige Einschlüsse sind:

• Fett: Wichtiger Brennstoffspeicher, der in Form von Triglyceridtropfen in Fettzellen (Adipozyten) vorkommt.
• Glykogen: Verzweigtes Polymer aus Glukose, das als Kohlenhydratspeicher dient, besonders in Leber- und Muskelzellen.

Zytoskelett: Struktur und Bewegung

Das Zytoskelett ist ein Netzwerk aus Proteinfilamenten, das sich durch das Zytoplasma erstreckt und die Zelle stützt, Form gibt und Bewegung ermöglicht. Es besteht aus:

Mikrotubuli

Mikrotubuli sind zylindrische Strukturen (ca. 25 nm Durchmesser), die vom Zentrosom (dem Hauptorganisationszentrum für Mikrotubuli, MTOC) ausgehen. Sie bestehen aus Tubulin und MAPs (Mikrotubuli-assoziierten Proteinen). Sie sind polar, dynamisch und wichtig für Zellform, intrazellulären Transport und die Bildung von Zilien und Flagellen. Zentriolen, kurze zylindrische Strukturen im Zentrosom tierischer Zellen, bestehen aus neun Mikrotubuli-Tripletts.

Mikrofilamente

Mikrofilamente (ca. 7 nm Durchmesser) bestehen aus Aktin und bilden ein Netzwerk im Zytoplasma. Sie sind ebenfalls polar und dynamisch und wichtig für Zellbewegung (z.B. Pseudopodien), Muskelkontraktion und die Bildung von Mikrovilli.

Intermediärfilamente

Intermediärfilamente (ca. 10 nm Durchmesser) sind widerstandsfähiger als Aktinfilamente und Mikrotubuli. Sie stabilisieren die Zellstruktur, besonders in Epithelzellen, Neuronen und Muskelzellen, und sind an Desmosomen verankert.

Molekulare Motoren

Molekulare Motoren sind Proteine, die sich entlang von Mikrotubuli (Kinesin, Dynein) oder Mikrofilamenten (Myosin) bewegen und ATP verbrauchen. Sie ermöglichen den Transport von Vesikeln und anderen Zellbestandteilen.

Der Zellzyklus: Wachstum und Teilung

Der Zellzyklus ist eine sich wiederholende Sequenz aus Wachstum und Teilung, bestehend aus den Phasen G1 (Transkription und Translation), S (DNA-Replikation), G2 (Vorbereitung auf die Mitose) und M (Mitose).

Kontrolle des Zellzyklus

Der Zellzyklus wird an Kontrollpunkten reguliert:

• G1-Kontrollpunkt: Entscheidung über Zellteilung oder Eintritt in die Ruhephase (G0).
• G2-Kontrollpunkt: Überprüfung der DNA-Replikation und Zellgröße.
• M-Kontrollpunkt: Überwachung der korrekten Anordnung der Chromosomen in der mitotischen Spindel.

Zellteilung und Apoptose

Zellen können sich unterschiedlich oft teilen:

• G0 (unbestimmt): Spezialisierte Zellen wie Neuronen teilen sich nicht mehr.
• Vorübergehend G0: Zellen wie glatte Muskelzellen teilen sich nur bei Bedarf.
• Stammzellen: Teilen sich kontinuierlich und können sich differenzieren.

Krebszellen teilen sich unkontrolliert aufgrund von Mutationen.

Apoptose ist der programmierte Zelltod, wichtig für die Entwicklung und Gewebehomöostase. Dabei schrumpft die Zelle, die DNA wird fragmentiert, und apoptotische Körperchen werden von Nachbarzellen aufgenommen. Endonukleasen, Hydrolasen und Proteasen sind an diesem Prozess beteiligt.

Der Interphasekern: Steuerzentrale der Zelle

Der Interphasekern enthält das genetische Material (Chromatin) und steuert die Zellaktivität. Er ist von einer Doppelmembran (Kernhülle) umgeben, die Kernporen enthält. Die äußere Kernmembran kann Ribosomen tragen, die innere organisiert das Chromatin.

Bestandteile des Zellkerns

• Kernhülle: Doppelmembran mit Kernporen.
• Chromatin: DNA und assoziierte Proteine.
• Nukleolus: Ort der Ribosomenbiogenese.
• Kernmatrix: Netzwerk von Proteinen, das die Struktur des Kerns aufrechterhält.