Der Zellkern: Aufbau, Chromosomen und Zellbiologie

Der Zellkern und seine Bestandteile

Kernhülle: Die äußere Kernmembran ist kontinuierlich mit dem Endoplasmatischen Retikulum (ER) verbunden und kann Ribosomen tragen. Die innere Kernmembran besitzt eine faserige Lamina oder Kernmatrix. Die Kernporen entstehen durch die Vereinigung der zwei Membranen und bilden einen Satz aus Ribonukleoproteinen, den sogenannten Kernporenkomplex. Dank dieser Poren wird reguliert, was den Zellkern betritt und verlässt.

Kernplasma: Dies ist die interne Umgebung des Kerns. Es verfügt über ein Netz von fibrillären Proteinen (Nuclear Matrix), welches den Nukleolus und die Chromatin-Organisation sichert.

Nucleolus: Eine dichte, fast kugelige Struktur. Ribosomen bestehen aus rRNA und Proteinen. Für jedes rRNA-Gen gibt es einen Nukleolus-Organisator. Es existieren zwei Bereiche: der fibrilläre und der granuläre Bereich.

Chromatin: Hierbei ist die DNA mit Proteinen assoziiert. Es gibt zwei Arten:

• Euchromatin: Bildet die „Perlenkette“ und enthält die Gene, die exprimiert werden.
• Heterochromatin: Besteht aus der Solenoid-Struktur und enthält inaktivierte Gene oder Bereiche mit geringer Transkription. Es kann von zwei Typen sein: konstitutiv oder fakultativ.

Aufbau und Arten von Chromosomen

Chromosomen: Die Bestandteile sind das Zentromer, das Telomer, die Arme, Chromatiden, Satelliten und sekundäre Einschnürungen. Je nach Stadium der mitotischen Teilung können sie auch anaphasisch vorliegen. Je nach Stellung des Zentromers unterscheidet man:

• metazentrisch
• submetazentrisch
• akrozentrisch
• telozentrisch

Nach der Geschlechtsbestimmung werden sie in Autosomen (22 Paare) und Heterochromosomen bzw. Geschlechtschromosomen (1 Paar) unterteilt.

Der Zellkern in der Interphase

Die Kernhülle ist von einer doppelten Membran umgeben. Im Chromatin und Kernplasma finden sich ein oder mehrere Nukleolen. Je nach Anzahl der Nukleolen kann die Zelle einkernig oder mehrkernig sein. Der Kern ist in aktiven Zellen größer. Das Verhältnis von Kern zu Plasma (RNP) ist für jede Zelle stabil.

Wichtige biologische Begriffsbestimmungen

Karyotyp: Der Chromosomensatz, sortiert nach Größe und Art.

Homologes Chromosom: Dies bezeichnet jedes Chromosomenpaar, das ein diploider eukaryotischer Organismus besitzt und das während der Meiose miteinander gepaart wird.

Die Grundlagen der Zelltheorie

Alle Lebewesen sind aus Zellen gebildet. Die Zelle ist die anatomische, physiologische, morphologische und genetische Grundeinheit von Lebewesen. Alle Zellen stammen aus früheren Zellen ab.

Methoden der Mikroskopie

Mikroskope können optisch oder elektronisch sein. Lichtmikroskope haben eine Auflösung von 200 nm und bestehen aus einem Rohr und zwei Linsen. Das Transmissionselektronenmikroskop (TEM) hat eine Auflösung von 2 nm; hierfür werden mit Ultramikrotomen Schnitte von 60–100 nm Dicke angefertigt. Die Probe wird entwässert und gefärbt. Rasterelektronenmikroskope (SEM) haben eine Auflösung von 10 nm. Sie lassen Elektronen an der Probe abprallen. Es gibt zudem die Methode der Gefrierätzung (Gefrierbruch), um Zellen zu öffnen.

Zellkultur und Forschung

In der Zellkultur werden lebende Zellen in angemessenen Medien reproduziert. Dies wird verwendet, um verschiedene Prozesse zu untersuchen. Sofern es sich um Zelllinien handelt, ist die Teilung tierischer Zellen begrenzt. Es ist besonders interessant, mit Klonen zu arbeiten. Manchmal wird auch mit Hybridzellen aus Heterokaryonten gearbeitet.