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Der Zellkern, auch als “Nukleus” bezeichnet, ist das größte Organell der Eukaryotischen Zelle. In ihm befindet sich der Großteil der zellulären DNA. Er spielt eine entscheidende Rolle in der Steuerung von Zellfunktionen und genetischer Information. Alle Informationen zu Bedeutung, Struktur, Funktion und Krankheiten liefert dieser Artikel.
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Zellkern – Bedeutung
Der Nukleus ist das Herzstück einer eukaryotischen Zelle. Von der DNA (Desoxyribonukleinsäure) bis zur Regulation der Genexpression – der Nukleus spielt eine zentrale Rolle in der Aufrechterhaltung des Lebens und der Koordination zahlreicher zellulärer Prozesse.
Zellkern – Struktur
Der Nukleus wird von einer Doppelmembran umgeben, die als Kernhülle bezeichnet wird. Die äußere Membran ist kontinuierlich mit der Membran des Endoplasmatischen Retikulums verbunden. Die innere Membran hingegen ist an Proteine der Kernlamina gebunden. Der Bereich zwischen den beiden Membranen wird als “perinukleärer Raum” bezeichnet. Die Membran schützt den Inhalt des Nukleus und regelt den Austausch von Molekülen über sogenannte “Kernporen” zwischen dem Zellkern und dem Zellplasma (bidirektional). Der Kernporen-Komplex besteht aus mehreren Kopien des Proteins Nucleoporin.
Kernlamina
Die Kernlamina ist ein netzartiges Gebilde aus Intermediärfilamenten (Lamin). Sie ist eng mit den Kernporen und den integralen Proteinen der inneren Kernmembran verbunden und spielt eine entscheidende Rolle bei der Erhaltung der Form und Stabilität der Kernhülle. Sie dient nicht nur dazu, die DNA an die Kernhülle zu binden, sondern fixiert auch während der Zellteilung die Interphasenchromosomen an spezifischen Positionen im Kern.
Darüber hinaus interagiert die Kernlamina mit verschiedenen nukleären Proteinen, darunter beispielsweise Histone und Transkriptionsfaktoren. Diese Interaktionen sind von entscheidender Bedeutung für die Regulation zahlreicher nukleärer Prozesse, einschließlich der Transkription von Genen, der DNA-Replikation und der Organisation von Chromatin. Die Kernlamina ist somit ein wichtiger Akteur bei der Aufrechterhaltung der strukturellen Integrität und der Funktionalität des Zellkerns.
Die Kernlamina
Es handelt sich hierbei um eine Art von Proteinen, welche ein Netzwerk von Fasern, das den Zellkern stabilisiert und ihm seine Form gibt, bildet. Vereinfacht gesagt bildet die Kernlamina das "Skelett" des Zellkerns..
Im Inneren des Zellkerns
Im Inneren des Zellkerns befindet sich das Nukleoplasma, eine Flüssigkeit, die verschiedene Strukturen und Organellen enthält, sowie DNA- und RNA-Moleküle. Die DNA der Zelle ist im Zellkern in Form von Chromatin organisiert, das aus DNA und Proteinen (hauptsächlich Histonen) besteht. Während der Zellteilung wird das Chromatin in kompakte Chromosomen umgewandelt.
Der Zellkern enthält auch den Nucleolus, ein Unterorganell, in dem der Großteil der ribosomalen RNA der Zelle synthetisiert und Ribosomen teilweise zusammengebaut werden. Er ist hauptsächlich während der Interphase des Zellzyklus zu finden. Während dieser Phase ist er sogar das aktivste Zentrum im Zellkern. Ein Zellkern kann je nach Zelltyp und Zyklusstadium mehr als einen Nucleolus haben.
Zellkern – Funktion
Der Nukleus erfüllt eine Vielzahl entscheidender Funktionen, die das Überleben und die Funktion der Zelle gewährleisten. Hier sind einige der wichtigsten Aufgaben:
- Speicherung von genetischer Information: Die DNA im Zellkern enthält die genetische Information, die für die Struktur und Funktion der Zelle sowie für die Vererbung verantwortlich ist.
- DNA-Replikation: Der Zellkern ist der Ort, an dem die DNA vor der Zellteilung repliziert wird. Dies ist entscheidend, um sicherzustellen, dass jede Tochterzelle eine vollständige Kopie der genetischen Information erhält.
- Transkription: Die DNA dient als Vorlage für die Synthese von RNA, die wiederum für die Proteinproduktion benötigt wird. Dieser Prozess (Transkription) findet im Nukleus statt.
- Genregulation: Der Zellkern reguliert die Aktivität von Genen. Einzelne Gene können ein- oder ausgeschaltet werden, abhängig von den Anforderungen der Zelle.
- RNA-Verarbeitung: Im Nukleus werden RNA-Moleküle weiterverarbeitet, um reife mRNA (Boten-RNA) herzustellen, die dann die Informationen für die Proteinsynthese trägt.
- Transport und Schutz: Der Nukleus reguliert den Transport von Molekülen zwischen dem Nukleus und dem Zellplasma. Er schützt zudem die DNA vor Beschädigungen und sorgt für die Aufrechterhaltung der genetischen Integrität.
- Zellteilung: Während der Mitose und Meiose spielt der Nukleus eine wesentliche Rolle bei der Verteilung der genetischen Information auf die Tochterzellen. Der Zellkern sorgt dafür, dass jedes Chromosom in der Mutterzelle in zwei identische Chromatiden aufgeteilt wird, die dann auf die Tochterzellen verteilt werden. Der Zellkern koordiniert diesen Prozess, indem er die richtige Anzahl und Anordnung der Chromosomen sicherstellt.
Zellkern – Krankheiten
Veränderungen im Zellkern können schwerwiegende Erkrankungen nach sich ziehen. Mutationen in Genen, die die DNA-Reparatur regulieren, können beispielsweise zu Krebs führen, da Fehler in der DNA nicht ordnungsgemäß korrigiert werden.
Daneben können auch einzelne Bestandteile des Zellkerns Fehlfunktionen aufweisen. Beim Hutchinson-Gilford-Syndrom etwa liegt ein Defekt von einem der Lamin-Proteine vor. In der Folge kommt es zu einem massiv beschleunigten Alterungsprozess des Körpers. Betroffene versterben meist vor dem 15. Lebensjahr.
