Cytosol

Cytosol is het vloeibare deel van de inhoud van een menselijke cel en dus een deel van het cytoplasma. Het cytosol bestaat voor ongeveer 80% uit water, het resterende deel is verdeeld in eiwitten, lipiden, nucleotiden, suikers en ionen. Ze dienen belangrijke metabolische processen die plaatsvinden in het waterige tot viskeuze cytosol.

Wat is cytosol?

De vloeistof tot gelachtige component van alle eukaryote cellen wordt het cytosol genoemd en maakt dus deel uit van het cytoplasma, de totale inhoud van de cellen. Cytosol heeft een watergehalte van ongeveer 80 procent met een groot aantal verschillende opgeloste stoffen zoals eiwitten, mineralen, kationen, anionen, suikers, enzymen, vitamines, hormonen en vele andere moleculen en verbindingen die nodig zijn voor tussenliggende stofwisselingsprocessen.

Andere stoffen, die ook nodig zijn voor het intermediaire metabolisme maar niet oplosbaar zijn in water, bevinden zich in organellen of speciale blaasjes, in kleine blaasjes die omgeven zijn door een membraan. De vacuolen vormen compartimenten die lijken op de blaasjes, maar veel groter. Ze spelen een belangrijke rol bij fagocytose, de opname van vreemde stoffen of vreemde organismen en de tijdelijke opname van secreties. Het cytosol wordt doorkruist door een dicht en constant veranderend netwerk, het cytoskelet. Het bestaat uit actinefilamenten, intermediaire filamenten en microtubuli.

Het cytoskelet wordt gebruikt voor de mechanische interne en externe stabilisatie van de cel, maar heeft ook een wisselwerking met het cytosol. Veel metabolische processen in het cytosol, zoals de synthese en afbraak van aminozuren, de vorming van polypeptiden als voorloper van de aanmaak van eiwitten, glycolytische processen en nog veel meer, werken alleen in samenwerking van bepaalde componenten van het cytoskelet met het cytosol en in uitwisseling met de ingesloten organellen en blaasjes.

Functie, effect en taken

In het cytosol lopen een groot aantal enzymatisch gestuurde metabolische processen parallel, waarvan sommige niet met elkaar compatibel zijn. De evolutie van meercellige organismen (eukaryoten) heeft daarom de mogelijkheid gecreëerd om kleine gebieden binnen het cytosol af te bakenen met behulp van membranen, zogenaamde celcompartimenten.

Door de vorming van gescheiden organellen, blaasjes, vacuolen en andere celcompartimenten, kunnen afbrekende en regenererende enzymen in dezelfde cel parallel worden betrokken bij tegenovergestelde metabolische processen. Een van de belangrijkste functies van het cytosol is het uitwisselen van stoffen in samenwerking met delen van het cytoskelet en de compartimenten, d.w.z. het vrijgeven van benodigde stoffen en het opnemen van andere stoffen die niet (meer) nodig zijn om ze te recyclen of af te voeren voor verwijdering. Een andere belangrijke taak van het cytosol is om in samenwerking met het cytoskelet, vooral met de microtubuli, transporten binnen de cel over te nemen en te organiseren.

Om de verschillende transporttaken aan te kunnen, kan het cytosol zijn viscositeit zeer snel veranderen van waterig naar gelachtig en vice versa. De veelheid aan biochemische reacties die katalytisch worden aangestuurd door enzymen, vitamines en hormonen omvatten ook oxidatie- en reductieprocessen, zogenaamde redoxreacties, die niet alleen plaatsvinden in de mitochondriën. Mitochondriën zijn celorganellen met een eigen RNA die een grote rol spelen via de zogenaamde ademhalingsketen, waarin onder meer redoxreacties tussen adenosinetrifosfaat (ATP) en adenosinedifosfaat (ADP) optreden. Cellen die door hun taak erg hongerig zijn naar energie, kunnen enkele duizenden mitochondriën bevatten.

Het cytosol bevat niet alleen de moleculen en verbindingen die nodig zijn om de overeenkomstige synthese- of afbraakprocessen mogelijk te maken, maar een deel van de genetische translatieprocessen vindt ook plaats binnen het cytosol. Zogenaamd boodschapper-RNA, kopieën van de complementaire nucleïnezuursequenties van het RNA, worden in het cytosol omgezet in de synthese van voorlopers van eiwitten (peptiden en polypeptiden), d.w.z. in een overeenkomstige sequentie van aminozuren.

Opleiding, voorkomen, eigenschappen en optimale waarden

Cytosol, het vloeibare deel van het cytoplasma, wordt al tijdens de celdeling gevormd. De samenstelling wordt hormonaal en enzymatisch gecontroleerd via intercellulaire en extracellulaire uitwisseling van stoffen. Het cytosol heeft een verschillende samenstelling afhankelijk van het celtype en de situatie en kan, zoals reeds vermeld, in viscositeit snel achter elkaar variëren van vloeibaar naar gelachtig en vice versa.

Hydrofobe verbindingen die de cel nodig heeft en die niet kunnen worden opgelost in het waterige cytosol, worden opgeslagen in mobiele blaasjes of vacuolen en getransporteerd naar de plaats waar ze nodig zijn. Er is ook een uitwisseling van stoffen met de celkern, die door een dubbel membraan van het cytosol wordt gescheiden, wat normaal gesproken plaatsvindt via de kernporiën in het celmembraan. Optimale waarden of parameters van het cytosol kunnen niet worden gegeven vanwege de verschillende samenstelling afhankelijk van het celtype en de situatie.

Ziekten en aandoeningen

De overvloed aan taken en functies die componenten van het cytoplasma - inclusief het cytosol - vervullen, suggereert dat stofwisselingsprocessen kunnen worden verstoord of volledig kunnen worden uitgeschakeld door de effecten van toxines of ziekten, met lichte tot ernstige gevolgen voor het hele organisme.

Met name de uitwisseling van stoffen tussen de mitochondriën en het cytosol kan verstoord worden. Er zijn veel verschillende oorzaken van mitochondriale ziekten bekend, waarvan er enkele ook genetisch kunnen zijn. Meestal is de energietoevoer van de cellen onvoldoende, wat leidt tot symptomen zoals spierzwakte en algemene uitputting. Als er deficiëntieverschijnselen of deficiëntiesyndromen zijn, is het meestal niet een verstoorde stofwisseling in het cytosol die de oorzaak van het probleem is, maar een onvoldoende toevoer.

Een bekende, zij het zeldzame, genetische ziekte is Brody's myopathie. Het genetische defect leidt tot een verminderde activiteit van een Ca2 + -ATPase in de skeletspieren, waardoor er een ophoping van Ca2 + -ionen in het cytosol is. Dit betekent dat de skeletspieren pas na een samentrekking met vertraging kunnen ontspannen.