Zytoplasma und Zytosol

Das Zytoplasma umfasst alles, was von der Plasmamembran umschlossen wird, abgesehen vom Zellkern, und besteht aus dem Zytosol zusammen mit den darin suspendierten Organellen, dem Zytoskelett und den Einschlüssen. Das Zytosol ist die wässrige, gelartige Phase des Zytoplasmas, in der der größte Teil des Intermediärstoffwechsels stattfindet; es ist dicht mit Proteinen und anderen Makromolekülen gepackt, eine überfüllte Umgebung, die das Verhalten der dort ablaufenden Reaktionen prägt.

Definition

Das Zytoplasma ist der Inhalt der Zelle innerhalb der Plasmamembran, ausgenommen der Zellkern, und das Zytosol ist seine wässrige, lösliche Phase, das Medium, in dem Organellen suspendiert sind und in dem viele Stoffwechselreaktionen ablaufen.

Scope

Dieser Eintrag unterscheidet Zytoplasma von Zytosol und beschreibt deren Zusammensetzung, physikalische Eigenschaften wie die makromolekulare Crowding und die von ihnen beherbergten Prozesse. Es handelt sich um ein Referenz- und Bildungsthema in der Zellbiologie. Eine detaillierte Behandlung einzelner Organellen und des Zytoskeletts erfolgt in verwandten Einträgen, und es werden keine klinischen Ratschläge gegeben.

Core questions

• Was ist der Unterschied zwischen Zytoplasma und Zytosol?
• Was ist im Zytosol gelöst oder suspendiert?
• Wie beeinflusst die dichte, überfüllte Natur des Zytosols die Biochemie?
• Welche zellulären Prozesse finden im Zytosol im Vergleich zu den Organellen statt?

Key concepts

• Zytoplasma versus Zytosol
• Zytosol als wässrige Phase
• Makromolekulare Crowding
• Zytoplasmatische Einschlüsse (z.B. Glykogen, Lipidtröpfchen)
• Intermediärstoffwechsel im Zytosol
• Diffusion und Viskosität des Zytoplasmas
• Biomolekulare Kondensate

Key theories

Makromolekulare Crowding

Zhou, Rivas und Minton beschreiben, wie die hohe Gesamtkonzentration von Makromolekülen im Zytosol einen großen Teil des verfügbaren Volumens einnimmt, was thermodynamisch kompakte Zustände, Assoziationsreaktionen und veränderte Reaktionsgeschwindigkeiten im Vergleich zu verdünnten Lösungen begünstigt.

Mechanisms

Das Zytosol ist eine konzentrierte wässrige Lösung von Ionen, Metaboliten und einer hohen Dichte an Proteinen und RNA; diese Dichte (Crowding) bedeutet, dass ein erheblicher Teil des Volumens ausgeschlossen ist, was thermodynamisch die makromolekulare Kompaktierung und Bindung begünstigt und die Reaktionsgeschwindigkeiten und Gleichgewichte im Vergleich zu verdünnten Bedingungen beeinflusst. Im Zytoplasma suspendiert sind die membranumschlossenen Organellen, das zytoskelettale Netzwerk und Speichereinschlüsse wie Glykogengranula und Lipidtröpfchen. Viele zentrale Stoffwechselwege, einschließlich der Glykolyse, finden im Zytosol statt, und membranlose biomolekulare Kondensate können durch Phasentrennung gebildet werden, um bestimmte Reaktionen ohne eine begrenzende Membran zu organisieren.

Clinical relevance

Das Zytoplasma ist der Ort eines Großteils des Zellstoffwechsels und der Speichermaterialien, die in Gewebeschnitten sichtbar sind, daher ist seine Zusammensetzung für Histologie und Pathologie relevant. Dieser Eintrag beschreibt die normale zytoplasmatische Biologie zu Referenz- und Bildungszwecken und bietet keine diagnostischen oder Behandlungsrichtlinien.

Evidence & guidelines

Die hier dargestellte Darstellung basiert auf biophysikalischen Übersichten zur makromolekularen Crowding und auf Standardlehrbüchern der Zellbiologie; es handelt sich um beschreibende Grundlagenforschung und nicht um klinische Leitlinieninhalte.

History

Mikroskopiker des 19. Jahrhunderts unterschieden das Protoplasma der Zelle vom Zellkern, und der Begriff Zytoplasma wurde eingeführt, um die nicht-nuklearen Inhalte zu benennen. Als die Biochemie Stoffwechselwege lokalisierte und die Elektronenmikroskopie die Organellen auflöste, wurde die lösliche Fraktion als Zytosol bezeichnet. Spätere biophysikalische Arbeiten, die von Zhou und Kollegen überprüft wurden, erkannten, dass diese Fraktion weit entfernt von einer verdünnten Lösung ist und dass die makromolekulare Crowding die zelluläre Biochemie stark beeinflusst, und neuere Studien haben membranlose Kondensate als eine Form der zytoplasmatischen Organisation hinzugefügt.

Key figures

• Allen P. Minton
• Huan-Xiang Zhou
• Germán Rivas

Seminal works

• zhou-2008
• alberts-2015

Frequently asked questions

Sind Zytoplasma und Zytosol dasselbe?

Nein. Das Zytoplasma ist alles innerhalb der Plasmamembran außer dem Zellkern, einschließlich Organellen und des Zytoskeletts; das Zytosol ist lediglich die umgebende lösliche wässrige Phase, ein Bestandteil des Zytoplasmas.

Warum ist die Crowding im Zytosol wichtig?

Da Makromoleküle einen großen Teil des Volumens einnehmen, unterscheiden sich die effektiven Konzentrationen und das Verhalten der Moleküle von denen in verdünnter Lösung, was kompakte Proteinkonformationen und Bindungsinteraktionen begünstigt, was wiederum beeinflusst, wie Reaktionen in der Zelle ablaufen.