Fortbewegung /
Locomotion

Coming Soon

Wie kann sich ein Schleimpilz ohne Muskeln fortbewegen?

Ein Schleimpilz hat zwar keine Muskeln wie wir Menschen, doch er besitzt eine Art Prototyp von ihnen. Im Inneren der Plasmodien befindet sich ein feines Zytoskelett, welches aus Aktinfilamenten und dem Protein Myosin aufgebaut ist, und dem Schleimpilz eine Fortbewegung ermöglicht.

Zytoskelett, Aktinfilament und Myosin - Was ist das?

Ein Zytoskelett ist im Prinzip eine Art Skelett einer Zelle, jedoch ist dieses nicht aus Knochen aufgebaut, sondern aus Proteinen. Es dient der Stabilisierung und Ordnung in einer Zelle.

Aktinfilamente sind am Zytoskelett verankert, in etwa so wie bei uns Muskeln an Knochen angewachsen sind. Aktinfilamente sind kleine Fasern (= Filament) aus Aktinproteinen, die aneinanderhängen.

Hier links ist so ein Aktinfilament einmal dargestellt. Die einzelnen Kugeln stellen dabei jeweils ein Aktinprotein dar, sie sind schraubenfrömig umeinander gedreht und bilden damit das Filament. Mit im Filament eingebunden sind sogenannte "regulatorische Proteine", die roten Pfeile links zeigen auf welche. Binden Calciumionen an die regulatorischen Proteine, so geben diese Myosinbindestellen frei, sprich Stellen, an die das Protein Myosin binden kann.

Ein Myosinmolekül kann man sich dabei in etwa so vorstellen:

Nummer 1 ist das Köpfchen. Das Köpfchen kann an die Myosinbindestellen des Aktinfilaments binden und spaltet zudem noch ATP. ATP (Adenosintriphosphat) ist ein Molekül mit sehr energiereichen Bindungen. Wird ATP in ADP (Adenosindiphosphat) und Phosphat gespalten, so wird viel Energie frei, die dann andersweitig eingesetzt werden kann. ATP ist somit ein Speicher für chemische Energie.

Nummer 2 ist der bewegliche Hals.

Nummer 3 ist der Schaft

Viele Myosinmoleküle bilden zusammen ebenfalls Filamente, wobei sich die Schäfte parallel anordnen.

Insgesamt kann man sich die Anordnung von Myosin- und Aktinfilamenten dann so vorstellen:

Nummer 1 sind die "Z-Streifen", also die Teile vom Zytosklett, wo die Aktinfilamente verankert sind.

Nummer 2 sind die Aktinfilamente.

Nummer 3 sind die Myosinfilamente. Die Schäfte mehrerer Myosinmoleküle sind in einer solchen blauen Linie parallel angeordnet, die Köpfchen dabei gewinkelt abgestreckt.

1, 2 und 3 bilden zusammen das "Sarkomer".

So funktioniert nun die Kontraktion:

Kontrahiert nun ein Muskel (beim Menschen wie auch hier beim Schleimpilz, der zwar keinen Muskel hat, aber eben doch diese Filamentstrukturen), passiert im Einzelnen Folgendes:

Ein Aktionspotential (die Reaktion auf einen überschwelligen Reiz, der die Umpolarisation der Membran verursacht, welche im Ruhezustand innen negativ und außen positiv ist (Ruhepotential, Spannungsunterschied von 70mV) löst die Ausschüttung von Calciumionen aus, welche sich im Endoplasmatischen Retikulum befinden (dies gilt jetzt vor allem für höhere Lebewesen, für Schleimpilze dürfte dies aber in vereinfachter Form auch zutreffen).

Die Calciumionen binden nun an die regulatorischen Proteine in den Aktinfilamenten. Die Bindungsstellen für Myosin werden freigegeben und Myosinköpfchen heften sich sogleich daran, sie passen hinein wie der Schlüssel in sein Schloss. Das Köpfchen eines Myosinmoleküls besitzt vier Bindungsstellen, welche energetisch unterschiedlich sind. Das Köpfchen rastet zunächst mi der energiereichsten Stelle (1) in die Bindungsstelle am Aktinfilament ein.

Der Winkel unter dem das Myosinköpfchen in die erste Bindungsstelle einrastet beträgt 90°.

Nach und nach rastet das Köpfchen nun in die energieärmeren Bindungsstellen. Ist das Köpfchen im energieärmsten Bindungsort (4) gebunden, so beträgt der Winkel, unter dem es abgeknickt ist, nur noch 45°.

Für das Abknicken des Köpfchens ist der bewegliche Teil des Halses notwendig.

Als Folge dieses Anhaftens und Abknickens des Köpfchens, wird das Myosinfilament im Aktinfilament verhakt und verschiebt sich somit näher an die Z-Streifen. Der Abstand zwischen den beiden Z-Streifen wird somit verringert:

Der Muskel ist damit kontrahiert.

Bindet nun ATP in die katalytische Stelle des Myosinköpchens, so wird dieses gehemmt. Das Köpfchen verändert seine Struktur und kann nicht mehr an das Aktinfilament binden, es löst sich. ADP und Phosphat verlassen das Köpfchen, welches wieder in seine Ausgangslage zurückklappt und erneut an das Aktinfilament binden kann. Somit zieht sich das Myosinfilament immer näher zu den Z-Streifen, der Muskel kontrahiert weiter.

Die Muskelentspannung

Lässt die Erregung wieder nach, so werden keine weiteren Calciumionen freigesetzt und die regulatorischen Proteine verdecken wieder die Myosinbindungsstellen. Restliche Calciumionen werden durch Ionenpumpen in das Endoplasmatische Retikulum zurückgepumpt, der Muskel entspannt.

Nach diesem Prinzip enstehen auch die Kontraktionen in einem Schleimpilz. Es kontrahiert zwar kein ganzer Muskel, dafür aber die Plasmamembran und das Zellplasma.

Weitere Eigenschaften der Fortbewegung bei Schleimpilzen:

Mikrotubuli: Zusätzlich verfügt ein Schleimpilz über sogenannte Mikrotubuli, röhrenförmige Proteinfilamente, die ebenfalls für die Bewegung, Stabilisierung und Transport von Vesikeln (kleinen Transportmolekülen mit irgendwelchen Stoffen drinnen) zuständig sind. Solche Transporte entlang von Proteinfilamenten sind lebensnotwendig, da reine Diffusion wegen der Größe der Plasmodien nicht mehr ausreichend wäre.

Plasmaströmungen: Beide Proteinfilamentstrukturen sind zuständig für Plasmaströmungen, die die Fortbewegung ebenfalls fördern. Kontrahieren Plasmamembran und Zellplasma, so fließt das Plasma an Orte geringeren Drucks.
Die Plasmaströmungen in Schleimpilzen liegen mit 1000µm/sec deutlich über denen in Pflanzenzellen (2-78µm/sec).

Zellorganelle: Die Zellorganelle in einem Schleimpilz können sich entlang der Filamente mithilfe von Motorproteinen ebenfalls fortbewegen.

Fazit bei der Beobachtung: Insgesamt sieht man bei genauer Beobachtung am Schleimpilz keine gleichmäßigen Bewegungen, sondern eine Kombination von pulsierenden Rück- und Vorstößen. Vor einer Vorwärtsbewegung zieht sich das Plasmodium zunächst kurz zurück, ehe es nach vorne stößt.