Cytoskelett und Aktinfilamente
Aus welchen drei Filamentsystemen das Cytoskelett besteht, welche Aufgaben es übernimmt und wo Aktinfilamente vorkommen und was sie bewegen.
Das Wichtigste in Kürze
- Das Cytoskelett ist ein Proteinnetzwerk im Cytoplasma tierischer und pflanzlicher Zellen.
- Es besteht aus Mikrotubuli (25 nm), Intermediärfilamenten (10 nm) und Mikrofilamenten aus Aktin (7 nm).
- Das ER als Membransystem und die Extrazellulärmatrix außerhalb der Zelle gehören nicht zum Cytoskelett.
- Das Cytoskelett dient dem Vesikeltransport, verankert Desmosomen und ermöglicht Kontraktion und Motilität.
- Aktin und Myosin kommen auch außerhalb des Muskels vor; sie treiben amöboide Bewegung und Plasmaströmung an, den Spindelapparat bilden dagegen Mikrotubuli.
Worum es geht
Jede eukaryotische Zelle besitzt ein inneres Netz aus Proteinfasern, das Cytoskelett. Es hält die Form, trägt Transporte und ermöglicht Bewegung. Für die Pharmazie ist es auch als Angriffspunkt wichtig, etwa für Colchicin oder Paclitaxel.
Aufbau des Cytoskeletts
Das Cytoskelett ist ein Netzwerk aus Proteinen im Cytoplasma eukaryotischer Zellen. Es kommt in tierischen und auch in pflanzlichen Zellen vor. Man kann es sich wie Stützgerüst und Schienennetz zugleich vorstellen. Drei Filamentsysteme bauen es auf: röhrenförmige (tubuläre) und faserförmige (filamentöse) Strukturen.
| System | Durchmesser | Baustein | Form |
|---|---|---|---|
| Mikrotubuli | 25 nm | Tubulin-Dimere | hohle Röhre |
| Intermediärfilamente | 10 nm | verschiedene Faserproteine, z. B. Keratine | seilartiges Bündel |
| Mikrofilamente | 7 nm | G-Aktin | Doppelhelix |
Mikrofilamente sind die dünnsten Fasern. Sie bestehen aus Aktin und heißen daher auch Aktinfilamente. Intermediärfilamente liegen mit 10 nm in der Mitte, daher ihr Name. Sie sind besonders zugfest und typisch für tierische Zellen. Die Mikrotubuli behandelt eine eigene Einheit.
Das Cytoskelett ist kein Membransystem. Das Endoplasmatische Retikulum besteht aus Membranen und gehört deshalb nicht dazu. Auch die Extrazellulärmatrix ist etwas anderes. Sie liegt außerhalb der Zelle, während alle drei Filamentsysteme im Zellinneren verlaufen.
Die Zusammensetzung aus Mikrotubuli, Mikrofilamenten und Intermediärfilamenten ist ein Examensklassiker. Achte darauf, dass auch die Intermediärfilamente zum Cytoskelett zählen und Pflanzenzellen ebenfalls ein Cytoskelett besitzen.
Funktionen des Cytoskeletts
Das Cytoskelett stützt die Zelle nicht nur. Es ist auch ihr Transportnetz. Motorproteine ziehen Vesikel an den Fasern entlang zu ihrem Ziel, etwa vom Golgi-Apparat zur Zellmembran. Mehr zu diesem Weg steht beim vesikulären Transport.
Außerdem verankert das Cytoskelett Zell-Zell-Verbindungen. An Desmosomen setzen Intermediärfilamente an. So verteilen sich Zugkräfte über den ganzen Zellverband, etwa in der Haut.
Schließlich ist das Cytoskelett Voraussetzung für Kontraktion und Motilität tierischer Zellen. Ohne es könnte sich keine Muskelzelle verkürzen und keine Zelle kriechen.
Aktinfilamente
Aktinfilamente kommen in tierischen und pflanzlichen Zellen vor. Auch die Mikrofilamente der Pflanzen bestehen im Wesentlichen aus Aktin. Ihr Motorprotein Myosin ist ebenfalls nicht auf den Muskel beschränkt, sondern findet sich in vielen tierischen Zellen. Dass Aktin weit über die Muskelzelle hinaus vorkommt, wird im Examen gerne gefragt: Es gehört zum Cytoskelett praktisch jeder eukaryotischen Zelle.
Aktin und Myosin arbeiten als Paar. Myosin läuft unter ATP-Verbrauch an Aktinfilamenten entlang. Im Muskel erzeugt das die Kontraktion. In anderen Zellen verschiebt dasselbe Prinzip Organellen und Golgi-Vesikel.
Amöboide Bewegung
Bei der amöboiden Bewegung kriechen Einzelzellen über einen Untergrund. Beispiele sind Leukozyten und Fibroblasten. Der Ablauf hat vier Phasen.
- Vorstülpen: Aktin polymerisiert an der Front und schiebt ein flaches Lamellipodium vor.
- Anheften: Die Front haftet am Untergrund.
- Nachziehen: Myosin II kontrahiert das Hinterende.
- Lösen: Die hinteren Kontakte lösen sich, die Zelle rückt vor.
Plasmaströmung
Die Plasmaströmung ist eine gerichtete Bewegung des Cytoplasmas in Pflanzenzellen. Myosin trägt Organellen an parallelen Aktinkabeln im Wandbelag entlang. Dabei reißt es das umgebende Cytoplasma mit. Besonders rasch strömt es in großen Pflanzenzellen, in denen Diffusion allein zu langsam wäre.
Den Spindelapparat der Kernteilung bauen Mikrotubuli auf. Aktinfilamente sind daran nicht beteiligt.
Quiz
Aussage 1
Intermediärfilamente sind dicker als Aktinfilamente, aber dünner als Mikrotubuli.
Mit etwa 10 nm liegen sie zwischen Aktinfilamenten (7 nm) und Mikrotubuli (25 nm).
Aussage 2
Bei der Plasmaströmung transportiert Myosin Organellen an Aktinkabeln entlang durch den Wandbelag der Pflanzenzelle.
Myosin läuft an parallelen Aktinkabeln und zieht Organellen samt Cytoplasma mit, besonders rasch in großen Pflanzenzellen.
Aussage 3
Pflanzliche Zellen kommen wegen ihrer stützenden Zellwand ohne Cytoskelett aus.
Auch Pflanzenzellen besitzen ein Cytoskelett, etwa Aktinfilamente für die Plasmaströmung.
Aussage 4
Aktinfilamente sind auf Muskelzellen beschränkt, wo sie mit Myosin die Kontraktion erzeugen.
Aktin gehört zum Cytoskelett praktisch aller eukaryotischen Zellen, auch von Pflanzenzellen. Myosin kommt ebenfalls in vielen Nicht-Muskelzellen vor.
Fehler entdeckt oder eine Idee? Wir verbessern die Inhalte laufend. Melde es uns gerne über dieses Formular ❤️
Teile der Inhalte wurden mithilfe von KI-Systemen erstellt und werden fortlaufend redaktionell geprüft. Trotz Sorgfalt können Fehler enthalten sein. Wichtige Informationen bitte anhand offizieller Quellen prüfen. Relaxed ins Stex ist ein unabhängiges Angebot und steht in keiner Kooperation mit dem IMPP. Das Angebot ist weder vom IMPP autorisiert noch mit diesem verbunden.