Helmichs Biologie-Lexikon

Cytoskelett

Das Cytoplasma oder Zellplasma einer eukaryotischen Zelle besteht aus dem Cytosol, dem flüssigen Grundstoff des Cytoplasmas (Grundplasma), mit dem darin enthaltenen Cytoskelett sowie den Organellen und dem Zellkern.

Das Cytoskelett

Das Cytoskelett einer eukaryotischen Zelle besteht aus Proteinfäden, die verschiedene Funktionen haben. Zum einen gibt es der Zelle Form und Stabilität, was vor allem bei Tierzellen wichtig ist. Im Gegensatz dazu sind Pflanzenzellen von einer Zellwand umgeben, die ihnen Form und Stabilität gibt. Zum anderen ermöglicht das Cytoskelett die Bewegung von Zellen, was besonders bei Tierzellen relevant ist. Darüber hinaus können schnelle Veränderungen im Cytoskelett auch die Plasmaströmung in vielen Pflanzenzellen beeinflussen.

Die Aufgaben des Cytoskeletts sind unter anderem [2]:

  • Der Zelle Halt und Form geben.
  • Zellorganelle an bestimmten Positionen innerhalb der Zelle fixieren aber auch
  • die Bewegung von Organellen ermöglichen.
  • Cytoplasmaströmung ermöglichen,
  • Anheftung der Zelle an externe Strukturen,
  • Formveränderung der Zelle und schließlich
  • Fortbewegung der Zelle.

Das Cytosklett besteht aus drei Hauptkomponenten [2]:

  1. Actin-Filamenten
  2. Intermediär-Filamenten
  3. Mikrotubuli

Einige Komponenten des Cytoskletts sind relativ stabil, das gilt vor allem für die Intermediärfilamente, andere Komponenten (Actin-Filamente, Mikrotubuli) unterliegen einem ständigen Ab- und Aufbau durch Entfernen und Anfügen von Untereinheiten [1]. Dies ist vor allem bei der Zellbewegung und der Plasmaströmung wichtig.

Actin-Filamente

Actin-Filamente sind lange Fäden, die aus vielen Monomeren des Proteins Actin bestehen. Diese Filamente können einzeln im Cytoplasma vorkommen, in Bündeln ("gemeinsam sind wir stärker") oder in Form eines verzweigten Netzwerkes.

Das Protein Actin

Actin ist ein kleines globuläres Protein mit einer molaren Masse von ca. 42.000 u. Jedes Actin-Molekül besitzt zwei Enden, die als "Plus" und "Minus" bezeichnet werden. Das einzelne Actin-Molekül wird als G-Actin bezeichnet, das "G" steht dabei für "globulär". Aktiviert durch ATP, können sich viele G-Aktin-Moleküle durch Selbstaggregation zu einem langen Actin-Filament vereinigen, das dann als F-Actin bezeichnet wird.

Durch Anlagerung weiterer Actin/ATP-Komplexe wird das Actin-Filament an dem einen Ende immer länger, während sich auf dem anderen Ende die Actin-Monomere langsam wieder lösen, ein Actin-Filament kann auf diese Weise quasi durch die Zelle wandern.

Actin-Filamente kommen vor allem in Muskelzellen vor, zusammen mit dem Protein Myosin, das ebenfalls lange Fäden bilden kann, ist es für die Kontraktion der Muskelzellen verantwortlich. Aber Actin-Filamente kommen in allen eukaryotischen Zellen vor. Dort ist Actin vor allem unter der Zellmembran besonders hoch konzentriert und stabilisiert diese von innen, was für die Formerhaltung, aber auch für die Beweglichkeit der Zelle wichtig ist.

Actinfilamente

Weitere Einzelheiten zum Actin und zur Bildung von Actin-Filamenten finden Sie auf dieser speziellen Lexikonseite für Studierende der Biologie und Medizin.

Intermediärfilamente

Intermediär-Filamente heißen deshalb so, weil ihr Durchmesser zwischen den kleineren Actin-Filamenten und den größeren Mikrotubuli liegt.

  • Actin-Filamente: 6 nm
  • Intermediär-Filamente: 10 nm
  • Mikrotubuli: 20 bis 30 nm

Intermediär-Filamente kommen im Tierreich nur bei den Vertebraten, Nematoden und Mollusken vor, und dort hauptsächlich in Zellen, die großem mechanischem Stress ausgesetzt sind. Insekten und Spinnen beispielsweise besitzen keine Intermediär-Filamente; ihre Zellen werden durch ein Exoskelett vor mechanischem Stres geschützt

Intermediärfilamente

Einzelheiten zu diesem Thema finden Sie auf der Lexikonseite.

Mikrotubuli

Mikrotubuli sind die größten bzw. dicksten Bestandteile des Zellskeletts. Sie haben einen Durchmesser von 20 bis 30 nm.

Mikrotubuli stabilisieren die Zelle mechanisch und sind auch für ihre äußere Form mitverantwortlich. Sie sind aber mehr als reine Gerüst- oder Skelett-Elemente. Mikrotubuli sind nämlich auch für Bewegungen im Zellplasma sowie Bewegungen der ganzen Zelle verantwortlich. Außerdem sind Mikrotubuli Gleitschienen für den Transport von Vesikeln innerhalb der Zelle [1]. Mit Hilfe bestimmter Bewegungsproteine "hangeln" sich die Vesikel an den Mikrotubuli entlang zu ihren Zielorten. Bei der Zellteilung spielen Mikrotubuli ebenfalls eine entscheidende Rolle, sie bilden unter anderem die Teilungsspindel bei der Mitose. Die Centriolen, die zu zweit ein Centrosom bilden, bestehen ebenfalls aus Mikrotubuli. Centrosomen spielen eine wichtige Rolle bei der Mitose, wenn sich die Teilungsspindel bildet.

Mikrotubuli sind mehr oder weniger starre Strukturen, die Druckkräfte übertragen können, im Gegensatz zu Actin-Filamenten, die hohe Zugkräfte aushalten können. In einer Zelle sind Mikrotubuli und Actin-Filamente miteinander verbunden und arbeiten zusammen, um die oben genannten Funktionen zu erfüllen [1].

Mikrotubuli

Einzelheiten zu diesem Thema finden Sie auf der Lexikonseite.

Quellen:

  1. Plattner, Hentschel. Zellbiologie, 5. Auflage. Stuttgart 2017.
  2. Savada et al.: Purves Biologie, Springer Verlag Deutschland 2019, 10. Auflage. Herausgegeben von Jürgen Markl.
  3. Alberts et al.: Molekularbiologie der Zelle, 6. Auflage, Weinheim 2017.
  4. Urry et al.: Campbell Biologie, Hallbergmoos 2019, 11.Auflage.
  5. Kadereit et al.: Strasburger - Lehrbuch der Pflanzenwissenschaften, 38. Auflage, Springer Berlin Heidelberg 2021.