Wettlauf der Spermien © MPG

Während sich Bewegungsvorgänge noch vergleichsweise einfach unter dem Mikroskop betrachten lassen, bedarf es schon ausgeklügelter Visualisierungsmethoden, um jene Transport- und Bewegungsvorgänge zu erfassen, die sich innerhalb einzelner Zellen abspielen. Längst hat sich durch die molekularbiologische Forschung auch das Bild davon geändert, was eine Zelle eigentlich ist: Weit davon entfernt, eine Art organischer Wackelpudding zu sein oder wie Mutters Nähkörbchen alles nur in buntem Durcheinander zu enthalten, besitzen Körperzellen einen hoch organisierten und aktiv gesteuerten Binnenverkehr, gegenüber dem jedes großstädtische U-Bahn-Netz lächerlich simpel erscheint.

Die Infrastruktur für diesen Zellverkehr bilden vor allem die „Mikrotubuli”; das sind winzige Eiweißröhrchen, welche die Zelle kreuz und quer durchziehen. Direkt unterhalb der Zellmembran, in der Zellperipherie, enden die Mikrotubuli allerdings. Hier finden sich stattdessen zahlreiche Aktinfilamente, die in den meisten Körperzellen – anders als in Muskelfasern, wo sie sauber parallel nebeneinander liegen – ein dichtes Geflecht bilden. Während Mikrotubuli gewissermaßen die Autobahnen der Zelle sind, gleichen die Aktinfilamente eher den verwinkelten Gassen einer Altstadt. Zusammen mit den so genannten intermediären Filamenten bilden diese drei Filamenttypen das Zell- oder Cytoskelett.

Dieses Skelett dient den Zellen zum einen als dreidimensionales Stützgerüst und fungiert zum anderen als Leitsystem für den Zellbinnenverkehr. Molekulare Motoren können an das Cytoskelett andocken und auf den fadenförmigen Eiweißschienen wie Draisinen auf Eisenbahngleisen hin- und herfahren. Dabei nehmen die Motorproteine das unterschiedlichste Transportgut gleichsam huckepack, befördern beispielsweise molekulare Baustoffe und Rezeptoren vom Zellzentrum zur Zellmembran und bringen von dort Signalmoleküle zum Zellkern zurück, um hier wiederum genetische Botensubstanzen (messenger RNA) aufzuladen und zu den Eiweißfabriken der Zelle zu verfrachten. Kurz: Motorproteine sind die Packesel der Körperzellen.

Erst teilweise ist bekannt, wie es die molekularen Motoren schaffen, die unterschiedlichen Transportpakete auf ihrer Reise durch die Zelle an sich zu binden. Offenbar gibt es eine ganze Reihe von „Linker-Proteinen”, die wie eine spezifische Anhängerkupplung die jeweilige Fracht an die Motoren koppeln. Tatsächlich kann ein und dasselbe Frachtgut auf verschiedenen Motortypen huckepack reiten, wodurch im Wesentlichen die Transportrichtung bestimmt wird. So weiß man, dass Kinesine – die in ihrer Struktur mit den Myosinen eng verwandt sind und sich mit ihren beweglichen Armen an den Mikrotubuli entlanghangeln – häufig ihr Frachtgut vom Zellinnern zur Zellperipherie befördern. Dyneine dagegen scheinen sich oft in umgekehrter Richtung, also von außen nach innen, zu bewegen.