Bakterien sind mikroskopisch klein. Obwohl sie milliardenfach auf und in unserem Körper vorkommen und für unser Überleben essenziell sind, können wir sie mit bloßem Auge nicht entdecken. Das gilt allerdings nicht für alle: Thiomargarita magnifica ist ein Bakterium von bis zu 2 cm Länge und ist in Mangrovensümpfen zu finden. Sein Name “Thiomargarita”, was so viel wie “Schwefelperle” bedeutet. Diese Bezeichnung rührt von Schwefelgranulen im Inneren seines außergewöhnlichen Zellkörpers her: diese befinden sich im Cytoplasma.
Definition zum Cytoplasma
Das Cytoplasma (vom altgriechisch kýtos für “Gefäß” oder “Höhlung” und plásma für ”Gebilde”, manchmal aus Zellplasma genannt) umfasst die gesamte Füllung einer Zelle, was die Zellorganellen, das Cytosol und das Cytoskelett beinhaltet.
Die Schreibweise der Begriffe mit einem “z”, wie “Zytoplasma” oder “Zytosol”, ist zwar seltener in Gebrauch, aber dennoch richtig.
Zusammensetzung des Cytoplasmas
Die Bestandteile des Cytoplasmas umfasst alles, was innerhalb der Zelle, d. h. nach der inneren Zellmembran der Zelle, zu finden ist.
Zellorganellen
Ein (Zell-) Organell (vom Diminutiv von Organ, also eine “Verniedlichung” bzw. “Verkleinerung” zu Organ) ist ein intrazellulärer, meist einfach oder doppelt membranumhüllten Bestandteil, der einen abgeschlossenen Reaktionsraum – ein Kompartiment – bildet.
Die Zellorganellen sind nur in Eucyten zu finden. Prokaryoten besitzen keine Zellorganellen.
Dennoch kann das Innere der Prokaryoten mit Cytoplasma beschrieben werden, doch die Bezeichnung “Stroma” findet überwiegend Gebrauch.
Die Eucyte ist eine eukaryotischen Zelle.
Abbildung 1: Organisation einer typischen eukaryotischen Tierzelle
Je nach Zelltyp variiert die Ausprägung und Häufigkeit der Zellorganellen, im Allgemeine besitzen allerdings Tiere folgende Bestandteile in ihren Zellen:
- Nucleolus (Kernkörperchen): Kugelförmiger Bereich im Karyoplasma (Plasma des Zellkerns), aus dem Nukleolusorganisatorregionen (NOR) hervorgehen.
- Zellkern (Nucleus): Enthält beinahe das gesamte Erbgut der Zelle (nukleäres Genom).
- Ribosomen: Komplexe zur Herstellung von Proteinen.
- Vesikel: ovale oder rundliche Bläschen, in denen Prozesse getrennt vom Cytosol ablaufen können.
- Raues (Granuläres) endoplasmatisches Reticulum: sorgt für die Membranproduktion und Proteinbiosynthese.
- Golgi-Apparat: bildet Sekrete und ist weiter am Zellstoffwechsel beteiligt.
- Cytoskelett: Netzwerk aus Proteinen zur mechanischen Stabilisierung und aktive Bewegung der Zelle als Ganzes sowie Transporte bzw. Bewegungen innerhalb der Zelle.
- Glattes endoplasmatisches Reticulum: dient der Synthese von Lipiden, der Entgiftung der Zelle, Speicherung von Calcium und ist bedeutsam am Kohlenhydratstoffwechsel beteiligt.
- Mitochondrien: Sie bauen im Zuge der Zellatmung das Energie-Überträgermolekül ATP auf und sind an weiteren wichtigen Aufgaben beteiligt.
- Lysosom: Zersetzen Biopolymere in dessen Monomere.
- Cytoplasma (inklusive Cytosol und Cytoskelett)
- Peroxisomen: Sie verbrauchen Sauerstoff in Stoffwechselfunktionen und dienen dadurch als Entgiftungsapparat.
- Zentriolen: Haben Stütz- und Transportfunktion.
- Zellmembran: Grenzt das Innere der Zelle ab, damit ein eigenes Milieu entsteht.
Pflanzenzellen besitzen zusätzlich zu den oben aufgeführten Bestandteilen:
- Zellwand: Verleiht der Zelle Schutz und Struktur.
- Plastiden: Dienen der Photosynthese, Herstellung und Speicherung von Kohlenhydraten sowie Speicherung von Proteinen.
- Vakuolen: Ähneln Vesikeln in großer Form und dienen u. a. der Speicherung von Bitter- und Giftstoffen sowie der Aufrechterhaltung des prallen Zustands der Zelle.
Auch Pilze besitzen in der Regel die zusätzlichen Organellen der Pflanzen, mit Ausnahme der Plastiden.
Mehr über Bestandteile von Zellen im Allgemeinen und über die Zellorganellen im Besonderen, findest Du in der Erklärung “Zellorganellen”!
Cytosol
Das Cytosol (vom altgriechisch kýtos für “Zelle” und vom lateinisch solvere für “lösen” oder “auflösen”) umfasst die flüssigen und suspendierten (also darin gelösten) Komponenten des Cytoplasmas. Dies schließt unter anderem die Zellorganellen, aber auch das Cytoskelett aus.
Man erhält das Cytosol nach der Zentrifugation der Zelle, wodurch die Zellorganellen entfernt werden. Es verkörpert ca. 55 % des gesamten Zellvolumens. Ungefähr ein Fünftel, also 20 %, des Gewichts des Cytosols entspricht Proteinen, insbesondere Enzymen (katalytische Proteine).
Darum ist das Cytosol auch weniger eine einfache Lösung als eine gelartige Masse. Hinzukommt, dass das Cytosol des Ektoplasma deutlich anders verhält und zusammengesetzt ist als das Cytosol des Endoplasma.
Das Ektoplasma bezeichnet das Cytoplasma an den Zellrändern, wohingegen das Endoplasma das Cytoplasma zur Zellmitte umfasst.
So ist das Zytosol bspw. am Golgi-Apparat, der in der Nähe der Zellmembran zu finden ist, deutlich viskoser als jenes um den Zellkern, der tendenziell in der Zellmitte zu finden ist.
“Viskosität” beschreibt die Zähflüssigkeit. So ist bspw. Honig viskoser – also zähflüssiger – als Wasser und dieses wiederum viskoser als Benzin. Mehr darüber kannst Du im gleichnamigen Artikel erfahren!
Diese regionalen Abweichungen können allerdings nur schwer untersucht werden, da das Aufbrechen der Zelle die Organisation des Cytosols verfälscht oder gar zerstört.
Cytoskelett
Das Cytoskelett (vom altgriechisch kýtos für “Zelle”) ist ein Netzwerk aus Proteinen, die das Cytoplasma – den Zellinnenraum – durchziehen. Es ist vermutlich sowohl für die Stabilisierung und die Bewegung der Zelle als ganzes, als auch für den Transport innerhalb der Zelle verantwortlich.
Die wichtigsten Bestandteile des Cytoskeletts sind Varianten von Proteinstrukturen: die Actinfilamente und die Mikrotubuli. Beide Strukturen können rasch und variabel nach Bedarf auf- und abgebaut werden.
Abbildung 2: Fluroszenzmikroskopische Aufnahme von Endothelzellen – Tubulin der Mikrotubuli erscheint grün, F-Aktin von Filamenten rot, Zellkerne blau
Über die genaue Struktur und Funktion kannst Du mehr im Artikel “Mikrotubuli” nachlesen.
In tierischen Zellen kann man noch eine dritte Form von Proteinstrukturen, die Intermediärfilamente, entdecken.
Doch nicht nur zur Stabilisierung, sondern auch zu genauen und gezielten Bewegung tragen diese Elemente bei, wie die Mikrotubuli von Cilien und Geißeln.
Wie Pro- und Eukaryoten sich mit komplexen Geißeln und Flagellen genau fortbewegen, kannst Du in der Erklärung “Geißel und Flagellum” erfahren!
Funktion des Cytoplasmas
Das Cytosol des Cytoplasmas enthält Tausende von Enzymen. Diese sind an vielfältigen Reaktionen im Cytoplasma beteiligt, wie der Biosynthese von Nucleotiden, Zuckern und Fettsäuren.
Ebenso finden im Kontext des Cytosols wichtige Prozesse für Proteine statt. Einerseits beim Proteinaufbau durch die Proteinbiosynthese: diese findet u. a. an den freien Ribosomen im Cytosol statt. Andererseits beim Proteinabbau durch die Proteasen: diese Enzyme zersetzen Proteine in Aminosäuren, damit diese wiederum zum Aufbau genutzt werden können.
Auch sind im Cytosol häufig Glykogen, ein langer verzweigter Vielfachzucker, und Triglyceride, also Fetttröpfchen, zu finden.
Cytoplasma – Das Wichtigste
- Das Cytoplasma umfasst die gesamte Füllung einer Zelle, was die Zellorganellen, das Cytosol und das Cytoskelett beinhaltet.
- Das Cytosol beinhaltet die flüssigen und suspendierten (also darin gelösten) Komponenten des Cytoplasmas. Dies schließt unter anderem die Zellorganellen, aber auch das Cytoskelett aus.
- Das Cytosol der Cytoplasmas hat vielfältige Bestandteile, insbesondere Proteine. Es dient als Reaktionsraum für Proteinauf- und abbau, zur Biosynthese von Zuckern, Fettsäuren und Nucleotiden sowie zur Sammlung von Fetten und Glykogen.
Nachweise
- David Sadava et al. (2019). Purves Biologie. Springer.
- Werner Buselmaier et al. (2018). Biologie für Mediziner. Springer.
- Joachim W. Kadereit et al. (2014). Straßburger Lehrbuch der Pflanzen. Springer.
- faz.net: Der Brontosaurus der Bakterien. (22.07.2022)
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