Die eukaryotische Zelle: Der Zellkern
1. Allgemeine Merkmale der eukaryotischen Zelle
1.1 Der Zellkern
Der Zellkern ist ein membranöses Organell, das die DNA abschottet. Er enthält Histone und fungiert als Leitstelle der Zelle.
1.1.1 Anzahl
Die Mehrheit der Zellen besitzt einen Zellkern. Ausnahmsweise können Zellen zwei Kerne haben (z. B. Leberzellen), bei sogenannten Plasmodien oder Synzytien ist die Anzahl größer, und während der Mitose kann es ebenfalls zu Veränderungen kommen.
1.1.2 Form, Lage und Größe
Der Zellkern liegt meist in der Mitte der Zelle. In Pflanzenzellen wird er dagegen auf eine Seite gedrängt, durch die Vakuole.
2. Aufbau und Bestandteile des Zellkerns
Man unterscheidet den Kern in der Interphase und den Kern während der Mitose.
2.1 Zellkern in der Interphase
Die Bestandteile sind: Kernhülle, Chromatin, Nukleolus und Kernplasma.
2.1.1 Kernhülle
Die Kernhülle besteht aus einer Doppelmembran mit innerer und äußerer Kernmembran, die durch den perinukleären Raum getrennt sind. Die äußere Kernmembran ist kontinuierlich mit dem rauen endoplasmatischen Retikulum (RER) verbunden.
Die Kernmembranen besitzen Transportporen, durch die Proteine und RNA-Komplexe transportiert werden. Jede Pore besteht aus etwa 8 proteinhaltigen Blöcken.
Zwischen Kernplasma und innerer Kernmembran liegt die faserige Kernlamina, die aus Zwischenfilamenten besteht.
2.1.2 Chromatin
Chromatin ist die Verbindung von DNA mit Histonen. Die Grundstruktur bilden Nukleosomen:
- Nukleosom: Ein scheibenförmiger Proteinkomplex (Oktamer aus Histonen), um den die DNA gewickelt ist.
- H1-Histon: Stabilisiert die Verpackung der Nukleosomenkette.
- Die Nukleosomenkette ist die Grundfaser des Chromatins (10 nm). Weitere Verdichtung führt zur 30-nm-Faser.
Arten von Chromatin im Interphasekern
- Euchromatin: Locker gepackt und aktiv in der Transkription.
- Heterochromatin: Dicht gepackt und inaktiv. Man unterscheidet zwei Typen: konstitutives Heterochromatin (dauerhaft inaktiv) und fakultatives Heterochromatin (je nach Zelltyp und Bedarf aktiv oder inaktiv).
2.1.3 Nukleolus
Der Nukleolus ist eine Struktur im Interphasekern. Seine Funktion ist die Synthese und Zusammenlagerung der ribosomalen Untereinheiten. Er besteht aus rRNA-Genen (DNA), nukleolären Proteinen und ribosomalen RNAs. Die cytoplasmatischen ribosomalen Proteine werden im Nukleolus mit der ribosomalen RNA zu Untereinheiten zusammengesetzt.
2.1.4 Kernplasma
Das Kernplasma, auch Karyoplasma genannt, ist eine wässrige Flüssigkeit, in die Proteine eingelagert sind.
2.2 Zellkern während der Mitose
Während der Mitose kommt es zur Strukturierung und Kondensation von Chromatin zu Chromosomen. Die Anzahl der Chromosomen variiert je nach Art und ist haploid (n), diploid (2n) oder polyploid (2n+).
2.2.1 Aufbau der Metaphasechromosomen
Ein Chromosom besteht aus zwei identischen Chromatiden, die am Zentromer verbunden sind. Das Zentromer bildet die Kinetochoren, an denen die Spindelmikrotubuli der Mitosespindel ansetzen.
Die Enden der Chromosomen nennt man Telomere. Sie schützen die Chromosomen und verhindern den Verlust von Informationen.
Satelliten sind abgetrennte Bereiche am Chromosom.
2.2.2 Organisation des Chromosoms
Die DNA ist in Schleifen (Loops) organisiert.
2.2.3 Karyotyp
Der Karyotyp umfasst die Merkmale der Chromosomen einer Art und deren grafische Darstellung im sogenannten Karyogramm.
2.2.4 Funktion der Chromosomen
Die Chromosomen ermöglichen die Aufteilung der DNA auf die Tochterzellen.