Lexikon der Biologie



Cytoplasma



Das Cytoplasma von Eucyten setzt sich aus dem Cytosol (Grund-Cytoplasma, Hyaloplasma; s. u.) und sämtlichen Zell-Organellen zusammen. Insgesamt besteht es zu etwa 70% aus Wasser und zu ca. 15 bis 20% aus Proteinen (bei einer typischen tierischen Zelle sind es etwa 10 000 verschiedene Proteinarten, insgesamt ca. 10 Milliarden Moleküle). Der hohe Proteinanteil bewirkt eine zwei- bis dreifach höhere Viskosität des Cytoplasmas im Vergleich zu Wasser, entsprechend gering sind die Diffusionskoeffizienten der im Cytoplasma gelösten Moleküle. Außerdem wird die Diffusion durch Wechselwirkungen der dicht gepackten Proteine untereinander eingeschränkt. Licht- bzw. elektronenmikroskopisch erkennt man die verschiedenen Organellen des Cytoplasmas, die für unterschiedliche Stoffwechselleistungen spezialisiert sind. Hierzu gehören das endoplasmatische Reticulum (Proteinsynthese am rauhen, Lipidmetabolismus im glatten endoplasmatischen Reticulum), der Golgi-Apparat (Anreicherung und Transport verschiedener Sekretstoffe), Cytosomen, wie Lysosomen (enthalten Enzyme für die intrazelluläre Verdauung) und Peroxisomen (enthalten Katalase und Peroxidasen), und Mitochondrien (Energiegewinnung). Pflanzliche Zellen enthalten darüber hinaus noch die Zellsaft-Vakuole und die Chloroplasten, in denen die Reaktionen der Photosynthese ablaufen. Das gesamte Cytoplasma ist von einem dichten Netzwerk von Proteinfilamenten durchzogen, dem Zellskelett (Cytoskelett). Es ist verantwortlich für die Zellform und die Bewegungen der Zelle und ihrer Organellen und besteht im wesentlichen aus drei verschiedenen Arten von Filamenten: den Mikrotubuli, den Actinfilamenten und den 10 nm-Filamenten (intermediäre Filamente). Weiterhin gehören zum Cytoplasma noch die freien Ribosomen und die Centriolen. Alle diese Bestandteile sowie die Zellorganellen befinden sich in einer wasserreichen Grundsubstanz, dem Cytosol. Dieses enthält verschiedene RNAs (etwa 10–20% der Ribonucleinsäuren einer Zelle!), Zucker, Aminosäuren, Lipidtröpfchen, Proteinkristalle, Nucleoside, Nucleotide, zahlreiche Substanzen aus dem intermediären Stoffwechsel und Salze. Im Cytoplasma laufen die durch sekundäre Boten vermittelten Kaskaden der Signaltransduktion, Stoffwechselwege zur Energiegewinnung (Glykolyse und oxidativer Pentosephosphatweg [Pentosephosphatzyklus]) und wichtige Biosyntheseketten ab. Hier finden der Aufbau, die Aktivierung und die Bindung von Aminosäuren an tRNA (Aminoacyl-tRNA) statt und daran anschließend die Proteinsynthese (Translation) an den Polyribosomen. Außerdem ist das Cytoplasma der Ort der Fettsäuresynthese (Fettsäuren) aus Acetyl-Coenzym A und der Glykogen-Synthese (Glykogen). In der Regel sind Enzyme eines Stoffwechselweges räumlich so organisiert, daß Zwischenprodukte nicht durch Diffusion zum nächsten Enzym gelangen müssen, sondern direkt weitergegeben werden können, was als Metabolit-Kanalisierung bezeichnet wird. – Ein wesentliches Charakteristikum des Cytoplasmas ist das Vorherrschen reduzierender Bedingungen, für das vorwiegend Glutathion verantwortlich ist. Es liegt im Cytoplasma in einer Konzentration von 5 mmol/l vor. Die durch Dimerisierung gebildete oxidierte Form, GSSG, kommt gewöhnlich nur zu höchstens 2% vor. Aufgrund des hohen Reduktionspotentials von Glutathion bilden cytoplasmatische Proteine auch keine Disulfidbindungen aus. Dagegen können Proteine im Lumen des endoplasmatischen Reticulums durch Disulfidbindungen vernetzt werden, weil dort das Verhältnis zugunsten des oxidierten GSSG verschoben ist. K.A./M.B.





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