Das Zytoplasma besteht aus Organellen und einem Gerüst aus Proteingerüsten, dem sogenannten Zytoskelett, das in einer wässrigen Lösung, dem Zytosol, suspendiert ist. Das Zytosol ist eine reichhaltige Brühe aus Wasser, Ionen, Salzen und verschiedenen organischen Molekülen.

Proteinfaltung und -fehlfaltung

Das Zytoplasma ist der Ort für verschiedene zelluläre Prozesse, einschließlich der Proteinsynthese und -faltung. Die wässrige Natur des Cytosols fördert die Proteinfaltung, so dass die hydrophoben Aminosäureseitenketten im Proteinkern vergraben sind, während die hydrophilen Aminosäuren dem Cytosol zugewandt sind. Zelluläre Belastungen wie Alterung und Veränderungen des pH-Werts, der Temperatur oder der Osmolarität können jedoch zu einer Fehlfaltung von Proteinen führen. Falsch gefaltete Proteine können sich im Zytoplasma ansammeln, um unlösliche Proteinaggregate zu bilden. Solche Aggregate sind an neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson beteiligt.

Zusammensetzung und Funktion des Zytoskeletts

Das eukaryotische Zytoskelett besteht aus drei Arten von filamentösen Proteinen – Mikrotubuli, Mikrofilamente und Zwischenfilamente.

Mikrotubuli, die größte Art von Filamenten, bestehen aus dem Protein Tubulin. Es handelt sich um dynamische Strukturen, die durch Hinzufügen oder Entfernen von Tubulinmolekülen an den Enden ihrer Stränge wachsen oder schrumpfen können. Sie verleihen der Zelle strukturelle Stabilität und fungieren als Bahnen für den Transport von Proteinen, Vesikeln und bestimmten Organellen innerhalb der Zelle. Darüber hinaus spielen Mikrotubuli eine entscheidende Rolle bei der Zellteilung, indem sie ein Gerüst bilden, das die Chromosomen zu den entgegengesetzten Enden der Zelle führt.

Mikrofilamente oder Aktinfilamente sind kleinere Filamente des Zytoskeletts, die aus einem Protein namens Aktin bestehen. Aktinproteine können sich schnell zu Filamenten auf- und abbauen. Daher ermöglichen sie die Motilität in einzelligen Organismen wie Amöben oder die Wanderung weißer Blutkörperchen zu Infektionsherden. In Skelettmuskelzellen gleiten Aktinfilamente entlang von Myosinfilamenten, um die Muskelkontraktion zu vermitteln.

Intermediäre Filamente sind nicht so dynamisch wie Mikrotubuli oder Aktinfilamente. Wie die beiden anderen Arten von Filamenten bieten sie jedoch auch strukturelle Unterstützung für die Zelle. Zwischenfilamente bestehen aus verschiedenen Arten von Proteinen, die auf dem jeweiligen Zelltyp basieren. Zum Beispiel enthalten Zwischenfilamente in Haaren und Nägeln Keratin, während diese Filamente in Muskelzellen aus Desmins bestehen.