Cytosol

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 18. November 2016
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Cytosol ist der flüssige Anteil des Inhalts einer menschlichen Zelle und damit Teil des Cytoplasmas. Das Cytosol besteht zu etwa 80 % aus Wasser, der restliche Anteil verteilt sich auf Proteine, Lipide, Nukleotide, Zucker und Ionen. Sie dienen wichtigen Stoffwechselvorgängen, die in dem wässrigen bis zähflüssigen Cytosol ablaufen.

Inhaltsverzeichnis

Was ist Cytosol?

Als Cytosol wird der flüssige bis gelartige Bestandteil aller eukaryotischen Zellen bezeichnet und ist damit Teil des Cytoplasmas, des Gesamtinhalts der Zellen. Cytosol hat einen ca. 80 prozentigen Wasseranteil mit einer Vielzahl verschiedener gelöster Stoffe wie Proteine, Mineralstoffe, Kationen, Anionen, Zucker, Enzyme, Vitamine, Hormone und vieler anderer Moleküle und Verbindungen, die für intermediäre Stoffwechselvorgänge benötigt werden.

Andere Substanzen, die ebenfalls für den intermediären Stoffwechsel benötigt werden, aber nicht wasserlöslich sind, befinden sich in Organellen oder speziellen Vesikeln, in winzigen Bläschen, die von einer Membrane umhüllt sind. Den Vesikeln ähnliche, aber viel größere Kompartimente bilden die Vakuolen. Sie spielen bei der Phagozytose, dem Einschluss von Fremdstoffen oder Fremdorganismen und dem vorübergehenden Einschluss von Sekreten eine wichtige Rolle. Das Cytosol ist von einem dichten und sich ständig verändernden Flechtwerk, dem Cytoskelett, durchzogen. Es besteht aus Aktinfilamenten, Intermediärfilamenten und Mikrotubuli.

Das Cytoskelett dient der mechanischen inneren und äußeren Stabilisierung der Zelle, interagiert aber auch mit dem Cytosol. Viele Stoffwechselvorgänge im Cytosol wie Synthese und Abbau von Aminosäuren, Bildung von Polypeptiden als Vorstufe zur Erzeugung von Proteinen, glykolytische Vorgänge und vieles mehr, funktioniert nur in der Zusammenarbeit bestimmter Bestandteile des Cytoskeletts mit dem Cytosol und im Austausch mit den eingeschlossenen Organellen und Vesikeln.

Funktion, Wirkung & Aufgaben

Im Cytosol läuft eine Vielzahl von enzymatisch gesteuerten Stoffwechselprozessen parallel zueinander ab, die zum Teil nicht kompatibel miteinander sind. Die Evolution der vielzelligen Lebewesen (Eukaryoten) hat daher die Möglichkeit geschaffen, innerhalb des Cytosols winzige Bereiche durch Membrane abzugrenzen, sogenannte Zellkompartimente.

Durch die Bildung von separierten Organellen, Vesikeln, Vakuolen und anderen Zellkompartimenten können abbauende und aufbauende Enzyme in derselben Zelle parallel mit entgegengesetzten Stoffwechselvorgängen befasst sein. Eine der Hauptfunktionen des Cytosols besteht darin, in Kooperation mit Teilen des Cytoskeletts und den Kompartimenten Stoffe auszutauschen, das heißt, benötigte Stoffe abzugeben und andere, nicht oder nicht mehr benötigte Substanzen aufzunehmen, um sie anderer Verwertung zuzuführen oder zur Entsorgung weiterzuleiten. Eine weitere wichtige Aufgabe des Cytosols besteht darin, in Zusammenarbeit mit dem Cytoskelett, vor allem mit den Mikrotubuli, Transporte innerhalb der Zelle zu übernehmen und zu organisieren.

Zur Bewältigung der vielfältigen Transportaufgaben kann das Cytosol in seiner Viskosität sehr rasch von wässrig bis gelartig wechseln und vice versa. Zu der Vielzahl der durch Enzyme, Vitamine und Hormone katalytisch gesteuerten biochemischen Umsetzungen zählen auch Oxidations- und Reduktionsvorgänge, sogenannte Redoxreaktionen, die nicht nur in den Mitochondrien ablaufen. Mitochondrien sind Zellorganellen mit eigener RNA, die über die sogenannte Atmungskette, bei der unter anderem Redoxreaktionen zwischen Adenosintriphosphat (ATP) und Adenosindiphosphat (ADP) eine große Rolle spielen. Zellen, die aufgrund ihrer Aufgaben einen großen Energiehunger haben, können mehrere Tausend Mitochondrien enthalten.

Das Cytosol hält nicht nur benötigte Moleküle und Verbindungen bereit, um entsprechenden Synthese- oder Abbauvorgänge zu ermöglichen, sondern innerhalb des Cytosols läuft auch ein Teil der genetischen Übersetzungsvorgänge ab. Sogenannte Messenger-RNA, Kopien der komplementären Nukleinsäuresequenzen der RNA werden im Cytosol in die Synthese von Vorstufen von Proteinen (Peptide und Polypeptide) umgesetzt, also in eine entsprechende Sequenz von Aminosäuren.

Bildung, Vorkommen, Eigenschaften & optimale Werte

Cytosol, der flüssige Anteil des Cytoplasmas bildet sich bereits bei der Zellteilung. Seine Zusammensetzung wird hormonell und enzymatisch über interzellulären und extrazellulären Stoffaustausch gesteuert. Das Cytosol hat je nach Zelltyp und je nach Situation eine unterschiedliche Zusammensetzung und kann – wie bereits erwähnt – in der Viskosität in schneller Abfolgen von flüssig bis gelartig und vice versa variieren.

Von der Zelle benötigte hydrophobe Verbindungen, die nicht im wässrigen Cytosol gelöst werden können, werden in beweglichen Vesikeln oder Vakuolen bevorratet und an den Ort geschleust, wo er benötigt wird. Auch mit dem Zellkern, der durch eine Doppelmembran vom Cytosol abgetrennt ist, gibt es einen Stoffaustausch, der normalerweise über die Kernporen in der Zellmembran. Optimale Werte oder Parameter des Cytosols können aufgrund der je nach Zelltyp und Situation unterschiedlichen Zusammensetzung nicht angegeben werden.

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Krankheiten & Störungen

Die Fülle von Aufgaben und Funktionen, die Bestandteile des Cytoplasma – so auch das Cytosol – erfüllen, lassen vermuten, dass durch Einwirkung von Toxinen oder Krankheiten Stoffwechselvorgänge gestört oder völlig ausgeschaltet werden können mit leichten bis schwerwiegenden Folgen für den Gesamtorganismus.

Insbesondere der Stoffaustausch zwischen den Mitochondrien und dem Cytosol kann gestört sein. Es sind viele verschiedene Ursachen für Mitochondriopathien bekannt, von denen einige wenige auch genetisch bedingt sein können. Meist ist die Energieversorgung der Zellen unzureichend, was zu Symptomen wie Muskelschwäche, allgemeine Erschöpfungszustände führt. Falls Mangelsymptome oder Mangelsyndrome vorliegen, ist meist nicht ein gestörter Stoffwechsel im Cytosol Ursache für die Probleme, sondern eine mangelhafte Versorgung.

Eine bekannte, wenn auch seltene, genetisch bedingte Erkrankung ist die Brody-Myopathie. Der genetische Defekt führt zu einer reduzierten Aktivität einer Ca2+-ATPase in der Skelettmuskulatur, so dass es im Zytosol zu einer Anreicherung von Ca2+-Ionen kommt. Das führt dazu, dass die Skelettmuskeln nach einer Kontraktion nur mit Verzögerung entspannen können.

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