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Das Zytoskelett ist ein dynamisches Proteinnetzwerk, das der Zelle Stabilität verleiht, Transportwege bereitstellt und aus Mikrotubuli, Aktin- und Intermediärfilamenten besteht. Es ist verantwortlich für die Zellform und aktive Bewegungen.
Das Zytoskelett ist kein starres Skelett, sondern ein hochdynamisches Netzwerk aus Proteinfasern, das die gesamte Zelle durchzieht. Es dient der Stabilisierung, ist für die Form verantwortlich und spielt eine große Rolle für die Motilität (aktive Bewegungen) der Zelle. Man kann es sich wie eine Kombination aus einem stabilisierenden Stahlgerüst und einem Schienensystem für den Güterverkehr vorstellen, das ständig umgebaut wird.
Die Mikrotubuli sind mit einem Durchmesser von etwa 25 nm die dicksten Komponenten. Sie bestehen aus dem globulären Protein Tubulin (Alpha- und Beta-Untereinheiten), das sich zu hohlen Röhren zusammenlagert. Sie bilden in der Regel keine Bündel und gehen strahlenförmig von einem Mikrotubuli-Organisationszentrum aus. Sie dienen als Schienen für den intrazellulären Transport und bilden während der Zellteilung den Spindelapparat aus, der die Chromosomen trennt. Auf ihnen bewegen sich Motorproteine: Kinesine transportieren in Richtung Plus-Ende, Dyneine in Richtung Minus-Ende. Beide können mit Mantelproteinen beladene Fracht transportieren. In Kinozilien und Geißeln (z. B. der Samenzellen) bilden sie das Axonem mit einer charakteristischen 9x2+2-Struktur, wobei Dynein die Bewegung durch Verschiebung der Mikrotubuli gegeneinander erzeugt.
Ein zentraler Bestandteil für die Organisation der Mikrotubuli sind die Zentriolen. Diese zylindrischen Strukturen bestehen aus einer charakteristischen 9x3-Struktur (neun Tripletts von Mikrotubuli), die untereinander durch Mikrofilamente verbunden sind. Zwei rechtwinklig angeordnete Zentriolen bilden das Zentrosom, welches als Hauptorganisationszentrum für den Aufbau der Mikrotubuli fungiert. Vor der Mitose verdoppelt sich das Zentrosom; die beiden Zentriolenpaare wandern auseinander und bilden das Fasergerüst aus Spindelfasern.
Die Aktinfilamente (auch Mikrofilamente genannt) sind mit ca. 7 nm die dünnsten Fasern. Sie bestehen aus zwei helikal umeinander gewundenen Einzelfäden des Proteins Aktin und kommen in allen Eukaryontenzellen vor. Sie liegen direkt unterhalb der Plasmamembran und sind mit dieser verbunden, was die Zellform maßgeblich bestimmt. Sie sind entscheidend für die Zellbewegung und bilden das strukturelle Rückgrat von Mikrovilli. Das assoziierte Motorprotein Myosin bildet mit Aktin die kontraktilen Einheiten der Muskelzellen und ermöglicht so die Muskelkontraktion.
Intermediärfilamente liegen mit etwa 10 nm Durchmesser größenmäßig zwischen den anderen beiden. Sie bestehen aus fibrillären Untereinheiten und sind besonders stabil. Sie gehen von den Desmosomen aus und werden über assoziierte Proteine mit anderen Zytoskelettstrukturen, der Zell- und Kernmembran sowie dem Zytoplasma verbunden. Ein wichtiges Beispiel ist das Keratin in Epithelzellen oder die Lamine, die als nukleäre Lamina unterhalb der inneren Kernmembran liegen und diese stabilisieren.
Während Mikrotubuli und Aktinfilamente eine hohe Polarität aufweisen (ein Plus- und ein Minus-Ende für gerichteten Aufbau), sind Intermediärfilamente unpolar. Diese Dynamik ermöglicht es der Zelle, innerhalb von Sekunden auf äußere Reize zu reagieren und ihre Form zu verändern.
