細胞質は、細胞小器官、「細胞質」と呼ばれる水溶液、「細胞骨格」と呼ばれるタンパク質の骨格から構成されています。細胞質は、イオン、グルコースなどの低分子有機物、タンパク質などの高分子が豊富に含まれた水溶液です。タンパク質の合成をはじめとするいくつかの細胞内プロセスは、この細胞質で行われています。
細胞質の組成は、疎水性アミノ酸の側鎖が水溶液から離れてタンパク質の中心に向かうように、タンパク質の折り畳みを促進します。しかし、加齢や、pH、温度、浸透圧の変化などの細胞内ストレスが加わると、タンパク質の間違った折り畳みが生じます。誤って折り畳まれたタンパク質は、凝集して細胞質内に不溶性の沈殿物を形成することがあります。不溶性タンパク質の凝集体は、アルツハイマー病、パーキンソン病、筋萎縮性側索硬化症などの神経変性疾患に関与していると言われています。
真核生物の細胞骨格は、微小管、マイクロフィラメント、中間径フィラメントの3種類のフィラメントタンパク質で構成されています。
最大のフィラメントである微小管は、チューブリンというタンパク質で構成されています。微小管は、チューブリン分子を糸の端に付けたり外したりすることで、成長したり収縮したりするダイナミックな構造体です。微小管は、構造を安定させ、細胞内でタンパク質や小胞を輸送するための軌道を提供します。さらに、微小管は、染色体を細胞の反対側の端に誘導する枠組みを提供することで、細胞分裂において重要な役割を果たしています。
マイクロフィラメントは、細胞骨格フィラメントの中で最も小さいタイプのもので、アクチンというタンパク質でできています。そのため、アメーバのような単細胞生物の運動や、白血球の感染部位への移動を可能にしています。骨格筋細胞では、アクチンフィラメントがミオシンフィラメントに沿ってスライドし、筋肉の収縮を司っています。
中間径フィラメントは、微小管やアクチンフィラメントのようにダイナミックではありませんが、構造的なサポートをしており、細胞の種類によって異なる種類のタンパク質で構成されています。例えば、毛髪や爪の中間フィラメントにはケラチンが含まれ、筋肉細胞にはであるデスミンが含まれています。
