Zellkompartimente

Zelle, Cytoplasma und Cytosol

Was Cytoplasma und Cytosol unterscheidet, woraus sie bestehen und welche Stoffwechselwege im Cytosol ablaufen.

Prüfungsrelevanz: gut zu wissen ✓ gelesen
Das Wichtigste in Kürze5 Punkte
  • Das Cytoplasma ist der gesamte Zellinhalt ohne Kern, das Cytosol nur seine wässrige Grundsubstanz zwischen den Organellen.
  • Das Cytoplasma enthält Ribosomen, RNA und Enzyme, aber keine freien Nucleoli, und wechselt zwischen Plasmasol und Plasmagel.
  • Vernetzte Aktinfilamente erhöhen die Viskosität; der Antagonismus \(\ce{Ca^2+}\)/\(\ce{K+}\) steuert Quellung und Entquellung.
  • Das Cytosol besteht hauptsächlich aus Wasser, kommt nur intrazellulär vor und enthält membranlose Glykogengranula.
  • Glykolyse, Glykogensynthese und Fettsäuresynthese laufen im Cytosol, die β-Oxidation in Mitochondrien bzw. Peroxisomen.

Worum es geht

Der Zellinhalt außerhalb des Kerns heißt Cytoplasma. Seine flüssige Grundsubstanz ist das Cytosol, und die beiden Begriffe werden leicht verwechselt. Wer weiß, welcher Stoffwechselweg wo abläuft, kann später auch Enzyme und Arzneistoffwirkungen richtig verorten.

Die Zelle als Grundeinheit

Die Zelle ist die kleinste selbständig lebensfähige Einheit eines Organismus. Ihre Größe schwankt enorm. Ein Hühnerei mit Dotter ist eine einzige Zelle, und Axone mancher Nervenzellen werden etwa 1 m lang. Auch ein menschlicher Erythrozyt ist eine einzelne Zelle. Mit etwa 7,5 µm ist er gut im Lichtmikroskop erkennbar und größer als ein Thrombozyt mit 2 bis 4 µm.

Bikonkaver Erythrozyt neben einem deutlich kleineren Thrombozyten mit Maßstabsbalken.

Erythrozyt (etwa 7,5 µm) und Thrombozyt (etwa 2 bis 4 µm) im Größenvergleich.

Membranen gliedern die eukaryotische Zelle in getrennte Reaktionsräume, die Kompartimente. Zwei Begriffe muss man dabei sauber trennen:

A Cytoplasma

Gesamter Inhalt innerhalb der Plasmamembran ohne Zellkern: Cytosol, Organellen und Cytoskelett.

B Cytosol

Nur die flüssige Grundsubstanz zwischen den Organellen.

Zellschema mit farbig hervorgehobenem Cytosol zwischen Organellen und einer Umrandung, die das gesamte Cytoplasma ohne Zellkern markiert.

Cytoplasma umfasst Cytosol, Organellen und Cytoskelett; das Cytosol ist nur die Grundsubstanz dazwischen.

Cytoplasma

Pflanzliche und tierische Zellen besitzen gleichermaßen Cytoplasma. Es ist viskos bis gallertig und reich an Enzymen. Es enthält Ribosomen und Makromoleküle wie Proteine und Nucleinsäuren, vor allem RNA. Nucleoli liegen dagegen nur im Zellkern und kommen nie frei im Cytoplasma vor. Durchzogen wird es vom Cytoskelett aus Proteinfilamenten und Mikrotubuli. In Pflanzenzellen bestehen die Cytoplasmaproteine nicht überwiegend aus Intermediärfilamenten.

Die Konsistenz ist regulierbar. Als Plasmasol ist das Cytoplasma dünnflüssig, als Plasmagel fest und gallertig. Eine stärkere Vernetzung von Aktinfilamenten erhöht die Viskosität. Bei der Amöbe sieht man den Wechsel direkt: Das gelartige Randplasma wird hinten zu Sol, strömt nach vorn und geliert im Scheinfüßchen wieder.

Umriss einer Amöbe mit dunkler Randschicht als Plasmagel, hellerem Inneren als Plasmasol und Strömungspfeilen nach vorn.

Sol-Gel-Umwandlung bei der amöboiden Bewegung.

Auch Ionen beeinflussen den Zustand der Zellkolloide. Dem Ionenantagonismus \(\ce{Ca^2+}\)/\(\ce{K+}\) wird eine bedeutende Rolle bei Quellung und Entquellung zugeschrieben. \(\ce{K+}\) fördert die Quellung, \(\ce{Ca^2+}\) wirkt entquellend.

Cytosol

Das Cytosol besteht hauptsächlich aus Wasser. Darin liegen Proteine, darunter viele aktive Enzyme, sowie Fette und Kohlenhydrate. Cytosol gibt es nur in der Zelle. Außerhalb spricht man von Extrazellulärflüssigkeit. Die Organellen sind ins Cytosol eingebettet, etwa die Mitochondrien einer Palisadenparenchymzelle. Manche Einschlüsse haben keine eigene Membran: Glykogengranula tierischer Zellen liegen frei im Cytosol.

Viele Aufbauwege laufen im Cytosol, Abbauwege der Fettsäuren dagegen in Organellen. Die Glykolyse ist ein reiner Cytosolweg. Erst ihr Produkt Pyruvat gelangt in die Mitochondrien.

Stoffwechselweg Ort
Glykolyse samt ihrer Substratkettenphosphorylierung Cytosol
Glykogensynthese Cytosol
de-novo-Fettsäuresynthese Cytosol
β-Oxidation Tier: Mitochondrien und Peroxisomen; Pflanze: Peroxisomen bzw. Glyoxysomen
Nitritreduktion Plastiden

Zwei Zellschemata mit beschrifteten Kompartimenten und den darin ablaufenden Stoffwechselwegen.

Wo welcher Stoffwechselweg abläuft: Cytosol, Mitochondrien, Peroxisomen und Plastiden im Vergleich.
💡 Merke

Fettsäuren werden im Cytosol aufgebaut, aber in Organellen abgebaut. Im Cytosol pflanzlicher Zellen läuft keine β-Oxidation.

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Aussage 1

In Pflanzenzellen werden Fettsäuren im Cytosol durch β-Oxidation abgebaut.

Im Cytosol läuft die Fettsäuresynthese. Die β-Oxidation findet in Pflanzen in Peroxisomen bzw. Glyoxysomen statt.

Aussage 2

Glykogengranula tierischer Zellen liegen ohne umhüllende Biomembran im Cytosol.

Glykogengranula sind membranlose Einschlüsse direkt im Cytosol.

Aussage 3

Zum Cytoplasma gehören Cytosol, Organellen und Cytoskelett, der Zellkern dagegen nicht.

Cytoplasma ist alles innerhalb der Plasmamembran außer dem Kern; das Cytosol ist nur ein Teil davon.

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