Cytosolen (jfr cytoplasma, som också omfattar organellerna) är cellens inre vätska. En stor del av cellmetabolismen äger rum i eller nära cytosolen, och den fungerar både som en lösningsmiljö för kemiska reaktioner och som ett medium för transport och signalering.

Sammansättning

Cytosol består mestadels av vatten, upplösta joner, små molekyler (t.ex. metaboliter och nukleotider) och stora vattenlösliga molekyler, framför allt protein. Proteininnehållet utgör ungefär 20–30 procent av volymen i cytosolen, vilket ger en tät och "crowded" miljö där molekylära interaktioner och diffusion påverkas kraftigt.

Typiska joniska egenskaper i cytosolen hos humana celler är högt K+- och lågt Na+-innehåll jämfört med extracellulär vätska. Fri Ca2+-koncentration i cytosolen är mycket låg i vilande celler (i storleksordningen hundratals nanomolar) men kan snabbt stiga vid signalering. Andra viktiga joner är Mg2+ (viktigt som kofaktor och för stabilisering av ATP) och olika anjoner som fosfat.

Funktioner

  • Metabolism: Många enzymatiska steg i centrala metaboliska vägar, till exempel glykolys, sker i cytosolen.
  • Signaltransduktion: Proteiner i cytosolen deltar i signalvägar, sekundär budbärare sprids och modifieras här.
  • Proteinsyntes och nedbrytning: Fria ribosomer i cytosolen syntetiserar cytosoliska proteiner; proteasomer och andra nedbrytningssystem verkar ofta i cytosolen.
  • Transport och diffusion: Cytosolen fungerar som medium för passiv diffusion av små molekyler och för aktiv transport via motorproteiner på cytoskelettet.
  • Strukturellt stöd: Cytosolen innehåller och omger cytoskelettets komponenter (mikrofilament, mikrotubuli och intermediära filament) som ger cellen form och möjliggör rörelse och organellpositionering.
  • Kompartementalisering utan membran: I cytosolen bildas membranfria organeller (t.ex. stresskorn, P-bodies) genom liquid–liquid phase separation, vilket organiserar biokemiska reaktioner lokalt.

Fysikaliska egenskaper

Cytosolen har hög viskositet jämfört med rent vatten på grund av macromolekylärt "crowding", vilket påverkar diffusionstakten för proteiner och metaboliter. Det normala cytosoliska pH-värdet hos människor ligger omkring 7,0 (något neutralt), medan pH i extracellulär vätska brukar vara ca 7,4.

Studier av cytosolens struktur

Att cytosolens utseende ibland beskrivs som "kornig" beror delvis på tekniska artefakter vid vissa mikroskopitekniker. Vid konventionell elektronmikroskopi krävs ofta fixering och dehydreringssteg som kan förändra utseendet. Modernare metoder som kryo-elektronmikroskopi och levande cell-fluorescens (inklusive FRAP för att mäta diffusion) ger en mer trogen bild av cytosolens dynamiska och fluidiska natur.

Klinisk betydelse och störningar

Störningar i cytosolens jonhomeostas, avvikande proteinaggregation eller fel i cytosoliska metaboliska enzymer kan leda till sjukdomar. Exempel är neurodegenerativa tillstånd där felaktig fasseparation och proteinaggregation spelar en roll, samt metabola sjukdomar där enzymdefekter påverkar cytosoliska reaktioner.

Sammanfattning

  • Cytosolen är cellens inre vätska och en central plats för metabolism, signalering och transport.
  • Den består mestadels av vatten, joner, små molekyler och en hög andel protein (ca 20–30 %).
  • Fysiska förhållanden i cytosolen (pH, jonsammansättning, viskositet och macromolecular crowding) påverkar biokemiska reaktioner och cellulära funktioner.
  • Moderna mikroskopi- och biokemiska metoder ger bättre insikter i cytosolens dynamiska och organiserade karaktär.