Cytoplasma

Grundaufbau und Abgrenzung

Das Cytoplasma oder Zytoplasma, auch Zellplasma genannt, ist die Grundstruktur, die eine Zelle innerhalb der äußeren Zellmembran, des Plasmalemmas, ausfüllt. Es ist damit der innere Arbeitsraum der Zelle. Bei eukaryotischen Zellen wird der Zellkern meist nicht zum Cytoplasma gerechnet; sein von der Kernmembran umschlossener Inhalt heißt Karyoplasma.

Das Cytoplasma besteht aus dem Cytosol, also der flüssigen Phase mit gelösten Stoffen und Proteinen, und dem festeren Cytoskelett, einem stabilisierenden und beweglichen Gerüst aus Proteinstrukturen. Im Cytoplasma liegen außerdem verschiedene Organellen, die durch Membranen abgegrenzt sein können und gelegentlich zum Cytoplasma dazugezählt werden.

Wichtige Begriffe

Das Cytoplasma ist die Grundsubstanz der Zelle. Die gesamte Grundsubstanz zusammen mit den Zellorganellen wird Protoplasma genannt. Werden die Zellorganellen durch Zentrifugation entfernt, nennt man das verbleibende Produkt Cytosol.

Innerhalb des Cytoplasmas unterscheidet man Bereiche unterschiedlicher Konsistenz: An den Zellrändern ist es viskoser, also zähflüssiger, und heißt Ektoplasma. Im Inneren ist es flüssiger und wird Endoplasma genannt. Undifferenziertere Plasmaeinlagerungen werden auch als Paraplasma bezeichnet.

Aufgaben in der Zelle

Im Cytoplasma laufen viele chemische Stoffwechselprozesse der Zelle ab. Diese Prozesse werden durch Enzyme gesteuert. Außerdem muss im Cytoplasma Energie für alle Zellprozesse bereitgestellt werden.

Zu den Aufgaben gehören je nach Zelltyp auch die Bildung zusätzlicher Zellbestandteile beim Wachstum, der Abbau unerwünschter Stoffe, der Aufbau von Stoffen, die gespeichert oder abgegeben werden sollen, sowie der Transport von Molekülen durch Membranen und durch die Zelle.

Biomembranen bilden im Cytoplasma abgegrenzte Räume. Solche Räume heißen Kompartimente oder Zellorganellen. Sie wirken wie „Organe der Zelle“, weil sie bestimmte Funktionen im Zellstoffwechsel übernehmen. Durch diese Trennung können im Cytoplasma auch gegensätzliche Stoffwechselvorgänge gleichzeitig stattfinden, zum Beispiel Kohlenhydratabbau neben Kohlenhydrataufbau oder Oxidationsvorgänge neben Reduktionsvorgängen.

Konsistenz und Bewegung

Die Konsistenz des Cytoplasmas kann zwischen Gel und Sol wechseln. Dadurch können sich die im Cytoplasma eingeschlossenen Teilchen bewegen. Diese Eigenschaft hängt damit zusammen, dass das meiste Wasser in Hydrathüllen gebunden ist.

Das Cytoskelett wird dynamisch auf- und abgebaut. Es stabilisiert die Zelle, bietet feste Bahnen für den Vesikeltransport und ermöglicht intrazelluläre Bewegungen. Dazu gehören Cytoplasmaströmung, Organellentransport und Chromosomentransport. Die Cytoplasmaströmung findet nur im Endoplasma statt und trägt zur Durchmischung bei.

Chemische Zusammensetzung

Chemisch besteht das Cytoplasma aus vielen organischen und auch anorganischen Stoffen. Der Wassergehalt ist mit 80 bis 85 Prozent hoch. Für tierische Zellen wird im Durchschnitt folgende Zusammensetzung angegeben: Wasser 80,5–85 %, Proteine 10–15 %, Lipide 2–4 %, Polysaccharide 0,1–1,5 %, DNA 0,4 %, RNA 0,7 %, kleine organische Moleküle 0,4 % sowie anorganische Moleküle und Ionen 1,5 %.

Der pH-Wert des Cytoplasmas liegt meist im neutralen Bereich. Weil bei Stoffwechselreaktionen häufig Protonen gebunden oder frei werden, ist das Cytoplasma gepuffert. Der pH-Wert kann außerdem durch Ionenpumpen verändert werden.

Prokaryoten und Endosymbionten

Wenn von Cytoplasma die Rede ist, wird häufig eine eukaryotische Zelle, also eine Eucyte, vorausgesetzt. Für das Cytoplasma prokaryotischer Zellen, also Procyten oder Protocyten, besonders bei Bakterien, ist eher der Begriff Stroma gebräuchlich.

Nach der Endosymbiontentheorie stammen mehrere Organellen eukaryotischer Zellen von Bakterien ab. Dazu gehören einerseits Plastiden wie Chloroplasten, Leukoplasten und Rhodoplasten sowie andererseits Mitochondrien, Hydrogenosomen und Mitosomen. Das Innere dieser Organellen, oft Matrix genannt, leitet sich vom Stroma der bakteriellen Vorfahren ab und ist dazu homolog. Diese Organellen besitzen meist eigene DNA, sofern sie nicht durch endosymbiotischen Gentransfer vollständig auf den Zellkern übertragen wurde. Wie bei Bakterien ist diese DNA innerhalb des Stromas in einer Kernsphäre, auch Kernäquivalent oder Nucleoid genannt, verdichtet.