Zellstruktur und Genetik: Kern, Organellen und Mutationen
Kern: Genetische Information und Struktur
Der Kern enthält die genetische Information, die als einzelne oder multiple, runde oder kubische, polilobulierte DNA vorliegt. Er ist lokalisiert im Zentrum oder lateral. Wir unterscheiden:
- Interphase-Kern
- Kern der Mitose
Teile des Kerns
- Nukleare Hülle: Besteht aus einer äußeren und einer inneren Membran.
- Porenkomplex: Besteht aus achteckigen Strukturen mit zentralen kugelförmigen Granula, die den Austausch von Molekülen in beide Richtungen ermöglichen.
- Matrix: Gebildet aus Chromatin oder genetischem Material. Das Chromatin ist in der Interphase als nicht kondensiertes Chromatin (Euchromatin) und in der Mitose als kondensiertes Chromatin (Heterochromatin oder Chromosomen) vorhanden.
Auch der Nukleolus, in dem rRNA und Proteine synthetisiert werden, ist vorhanden. Er verschwindet während der Mitose und entsteht aus der Nukleolus-organisierenden Region (NOR) des Chromosoms.
Mitosechromosomen
Die Mitosechromosomen zeigen den maximalen Grad der Chromatinverdichtung. Sie bestehen in der Metaphase aus zwei Chromatiden, die durch eine zentrale Einschnürung, das Zentromer, verbunden sind. An den Enden befinden sich die Telomere, und einige haben einen Satelliten, der am NOR befestigt ist. Ein anaphasisches Chromosom hat nur ein Chromatid.
Karyotyp und Chromosomenformen
Der Karyotyp ist die Gesamtheit der Chromosomen einer Zelle. Das fotografische Bild des Karyotyps ist das Ideogramm (Anordnung in homologen Paaren).
Die Chromosomen einer Art sind konstant. Jede Art hat eine bestimmte Anzahl homologer Paare (eines von der Mutter, eines vom Vater). Obwohl sie für dieselben Merkmale kodieren, enthalten sie nicht immer die gleiche Information. Der Chromosomensatz einer Zelle ist diploid (2n), während der der Gameten haploid (n) ist.
Typen nach Zentromerlage:
- Metazentrisch: Zentromer in der Mitte.
- Submetazentrisch: Ein Arm ist etwas länger als der andere (p und q).
- Akrozentrisch: Ein Arm ist viel länger als der andere.
- Telozentrisch: Nur ein Arm existiert.
Die Nicht-Geschlechtschromosomen werden Autosomen genannt.
Endoplasmatisches Retikulum
Das Endoplasmatische Retikulum (ER) ist ein Netzwerk aus verlängerten Säcken im Zytoplasma. Es besitzt einen Innenraum und kommuniziert mit der Kernhülle und dem Golgi-Apparat.
Typen des ER
- Raues ER: Besetzt mit Ribosomen auf der äußeren Membran.
Funktionen des rauen ER:
- Synthese und Speicherung von Proteinen.
- Glykosylierung von Proteinen.
- Bildung der Zellwand bei Pflanzenzellen.
- Glattes ER:
Funktionen des glatten ER:
- Synthese von Membranlipiden und Steroiden.
- Speicherung von Calciumionen (Ca²⁺).
- Entgiftung der Zelle (hier werden Alkohol und Drogen metabolisiert).
Golgi-Apparat
Der Golgi-Apparat befindet sich in der Nähe des Zentrosoms und besteht aus einer Reihe abgeflachter, gestapelter Säcke, den Dictyosomen. Er hat zwei Seiten: die cis-Seite (in Kontinuität mit dem ER) und die trans-Seite (in Beziehung zu den Lysosomen).
Funktion:
Transport und Glykosylierung von Proteinen.
Lysosomen
Lysosomen sind einfache zytoplasmatische Organellen, die für die Verdauung in der Zelle verantwortlich sind, dank ihrer Hydrolasen. Damit diese Enzyme wirken können, muss der pH-Wert im Lysosom sauer sein, was durch eine Protonenpumpe erreicht wird, die H⁺-Ionen unter Energieverbrauch ins Innere transportiert.
Typen von Lysosomen:
- Primäre Lysosomen: Stammen aus dem Golgi-Apparat; ihre Enzyme werden für die Verdauung extrazellulärer Materialien oder zur Bildung neuer Lysosomen verwendet.
- Sekundäre Lysosomen: Beteiligt an der intrazellulären Verdauung und können verschiedene Formen annehmen:
- a) Phagolysosom: Gebildet durch die Fusion eines Lysosoms mit einem phagozytierten Bakterium.
- b) Autophagolysosom: Gebildet durch die Fusion eines Lysosoms mit Autophagosomen oder anderen zellulären Organellen.
- c) Endolysosom: Gebildet durch die Fusion eines Lysosoms mit einem durch Endozytose gebildeten Vesikel.
Wenn das Material von den Lysosomen nicht abgebaut werden kann, entstehen Restkörper.
Mutationen
Mutationen sind Veränderungen im genetischen Material. Sie können unbemerkt bleiben oder nicht. Sie sind die Quelle der genetischen Variation, wenn sie in den Gameten an die Nachkommen weitergegeben werden.
Typen von Mutationen:
- Gen- oder Punktmutation: Eine Base wird durch eine andere ersetzt. Dies kann zum Verlust der Proteinsynthese oder zur Synthese eines anderen Proteins führen.
- Chromosomenmutationen: Verlust (Deletion) oder Verdopplung eines Teils eines Chromosoms. Auch Verschiebungen von Chromosomenabschnitten innerhalb desselben Chromosoms oder auf ein anderes Chromosom (Translokation) sind möglich.
- Genommutationen: Betreffen die Anzahl der Chromosomensätze.
- a) Euploidien: Wenn die gesamte haploide Anzahl (n) betroffen ist, z. B. Polyploidie (3n oder 4n), was häufig bei Pflanzen vorkommt.
- b) Aneuploidien: Betreffen einzelne Chromosomen, wie beim Klinefelter-Syndrom (Geschlechtschromosomen) oder beim Down-Syndrom (Autosomen).