Cytoplasma

Die Struktur des Cytoplasmas – neue Ansätze in der Krebsforschung
 Klassenstufe: 11 – 13
 Schwerpunkt: Cytologie (Genetik)
 Voraussetzungen: Zellaufbau
dort an der Regulation der Genaktivität teilzunehmen, liegt die mögliche Querverbindung zum
Krebsgeschehen ebenfalls auf der Hand.
Didaktisch-methodische Hinweise
Sachinformation
Schema zur Wechselwirkung zwischen den
Myosin- und Aktinfilamenten im Muskel
In den ersten elektronenmikroskopischen Aufnahmen erschien die Grundsubstanz der Zelle
strukturlos und gelartig. Verbesserte Methoden
zeigten aber bald, dass das Cytoplasma von
mehreren Filamentnetzwerken durchzogen wird.
Die fädigen Strukturen verankern Organellen an
ihrem Platz und ermöglichen im Zusammenwirken
mit Motorproteinen Formveränderungen und
Transportvorgänge. Das von W LADIMIR ENGELHARDT bereits 1938 entdeckte und von DOROTHY
NEEDHAM 1972 als „kontraktiles Enzym“ bezeichnete Myosin erwies sich unter anderem als eines
der gesuchten Motorproteine. Ebenso wie im
Muskel gleiten Myosinfilamente an Aktinfilamenten entlang und benötigen dazu ATP. Außer
Myosin gibt es weitere ATP-spaltende Motorproteine z. B. Dynein, die in Wechselwirkung mit den
Filamenten für eine komplexe Mobilität sorgen.
Neben dem Transport von Zellorganellen oder
Vesikeln werden so auch die Bewegungen von
Geißeln und Cilien oder von Chromosomen bei
der Zellteilung möglich.
Ruhende Pole stellen dabei die Intermediärfilamente dar, zu denen unterschiedliche Proteinfamilien gehören: Lamine, die die Kernmembran
und Kernporen stabilisieren oder Neurofilamentproteine, die im Axon für den Transport zuständig
sind, aber auch Vimentin in Bindegewebszellen
und der Augenlinse und Cytokeratine in Hautstrukturen. Jeder Zelltyp besitzt einen charakteristischen Ausschnitt aus der Vielfalt möglicher
Intermediärfilament-Proteine.
Die normale Funktionen der in Lösung viskosen
Intermediärfilament-Proteine sind vielfältig: Über
Transmembranproteine wird die extrazelluläre
Matrix bevorzugt mit ihnen verknüpft, ebenso die
Cytoskelette zweier nebeneinander liegender
Zellen. Sie puffern auch Scherkräfte ab, ohne
dabei zu zerreißen und sorgen somit für Stabilität.
Bösartig veränderte Zellen behalten meist „ihr“
Intermediärfilament-Protein bei, sodass ihre Herkunft bei Metastasen mithilfe monoklonaler Antikörper bestimmt werden kann. Außerdem bilden
die Proteine beim Zerfall von Tumorzellen relativ
stabile Bruchstücke, die als Fragmente im Blut zu
einer Krebsfrüherkennung dienen können.
Sind die Proteine durch Mutationen fehlgebildet
oder funktionsunfähig, können neue Faltungen
zur Unlöslichkeit, zum Transport von Substanzen
in unpassende Zellkompartimente oder zu Schädigungen der inneren Organe, insbesondere des
Herzens führen. Sind Zell-Zell-Verbindungen geschädigt, können beispielsweise Tumorzellen
leichter auswandern und metastasieren. Sind die
Proteine Bestandteile von Signalketten oder werden selbst in den Zellkern transportiert, um
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Das Cytoskelett wird im Unterricht wohl erstmals
im Zusammenhang mit dem elektronenmikroskopischen Bild der Zelle als einfaches Strukturelement betrachtet. Bewegungen in der Zelle wie
z. B. die Cytoplasmaströmung, die anhand der
„wandernden“ Chloroplasten zu sehen ist, werfen
die Frage nach den treibenden Kräften auf. Da
der Begriff „Bewegung“ schnell mit der Muskulatur assoziiert wird, ergeben sich Ansatzpunkte für
Hypothesen, die mithilfe des Arbeitsblattes weiter
verfolgt werden können.
Völlig neu sind die diagnostischen und therapeutischen Ansätze, die in der Krebsforschung untersucht werden. Anknüpfungspunkte sind die ZellZell-Verbindungskomplexe.
Arbeitsblatt Seite 2
1. Durch die Auflösung der Mikrotubuli und die
Veränderungen im System der Intermediärfilamente wird der Transport der Chromsomen
zu den Polen unmöglich. Das Colchicin (ein
Gift der Herbstzeitlosen) fixiert die Chromosomen daher in der Metaphase.
2. Dynein zählt zu den Proteinen, die mit den
Mikrotubuli vergesellschaftet sind. Es hat
ATPase-Aktivität. Die von den Dyneinarmen
entfalteten Kräfte führen zum Verbiegen der
Mikrotubuli, sodass eine Bewegung der Geißeln oder Cilien entsteht (Abb. 2). Geißeln
bewirken die Fortbewegung der Spermien, Cilien transportieren in den Epithelzellen der
Bronchien und der Luftröhre den Schleim.
3. Die Zell-Zell-Verbindungen (Abb. 3) dienen
nicht nur dem mechanischen Halt (gegenseitige Verankerung), sondern auch dem Austausch von Informationen. Krebszellen sind
durch eine ungehemmte Zellteilungsaktivität
gekennzeichnet. Es ist denkbar, dass über die
extrazelluläre Matrix, die Integrine in der
Membran und das Cytoskelett auch die Tätigkeit des Zellkerns beeinflusst werden kann.
Literaturhinweise
CAMPBELL, N. A.: Biologie. Spektrum Akad. Verlag, Berlin 2003
Deutsches Krebsforschungszentrum: Krebsforschung heute. Berichte Heidelberg 1996/
1997 und Steinkopf, Darmstadt 1998;
http://www.dkfz-heidelberg.de
STRYER, L.: Biochemie. Spektrum Akad. Verlag,
Heidelberg 1997
ZELLER W.J. & ZUR HAUSEN, H.: Onkologie. Ecomed Verlagsgesellschaft, Landsberg/Lech
1995
Autorin: Dr. Irmtraud Beyer, Langen
Grafik: Jörg Mair, München
Seite aus: biologie aktuell 1
ISBN-10: 3-12-028475-0
ISBN-13: 978-3-12-028475-8
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