Der Zellkern in einer eukaryotischen Zelle ist das zentrale Organell, von dem lebenswichtige Aktivitäten und Syntheseprozesse abhängen. Ein erheblicher Teil des Inh alts des Kerns wird durch filamentöse DNA-Moleküle unterschiedlichen Verdichtungsgrades in Kombination mit Proteinen dargestellt. Dies sind Euchromatin (dekondensierte DNA) und Heterochromatin (dicht gepackte DNA-Stücke).
Euchromatin spielt eine wichtige Rolle im Leben der Zelle. Es liest die "Anweisung" für den Zusammenbau von Ribonukleinsäure (RNA), die die Grundlage für die Synthese von Polypeptidmolekülen wird.
Hat jeder einen Kern?
Alle Lebewesen, vom Kleinsten bis zum Riesen, sind mit genetischer Information in Form von Desoxyribonukleinsäure ausgestattet. Es gibt zwei grundsätzlich unterschiedliche Darstellungsformen in Zellen:
- Prokaryotische Organismen (vornuklear) haben nicht-kompartimentierte Zellen. Der Aufbewahrungsort ihrer einzigen nicht-proteingebundenen zirkulären DNA ist nur ein FleckZytoplasma genannt Nukleoid. Nukleinsäurereplikation und Proteinsynthese finden in Prokaryoten in einem einzigen Zellraum statt. Wir werden sie nicht mit bloßem Auge sehen, denn die Vertreter dieser Gruppe von Organismen sind mikroskopisch kleine, bis zu 3 Mikrometer große Bakterien.
- Eukaryotische Organismen zeichnen sich durch eine komplexere Zellstruktur aus, in der die Erbinformationen durch eine doppelte Membran des Zellkerns geschützt sind. Lineare DNA-Moleküle bilden zusammen mit Histonproteinen Chromatin, das mit Hilfe von Polyenzymkomplexen aktiv RNA produziert. Die Proteinsynthese findet im Zytoplasma an Ribosomen statt.
Der gebildete Kern in eukaryotischen Zellen ist während der Interphase zu sehen. Das Karyoplasma enthält ein Proteinrückgrat (Matrix), Nukleolen und Nukleoproteinkomplexe, die aus Abschnitten von Heterochromatin und Euchromatin bestehen. Dieser Zustand des Kerns bleibt bis zum Beginn der Zellteilung bestehen, wenn die Membran und die Nukleolen verschwinden und die Chromosomen eine kompakte stäbchenförmige Form annehmen.
Main im Kern
Der Hauptbestandteil des Zellkerninh alts, Chromatin, ist sein semantischer Teil. Zu seinen Funktionen gehören die Speicherung, Implementierung und Übertragung genetischer Informationen über eine Zelle oder einen Organismus. Der direkt replizierte Teil des Chromatins ist Euchromatin, das Daten über die Struktur von Proteinen und verschiedenen Arten von RNA enthält.
Die restlichen Teile des Zellkerns erfüllen Hilfsfunktionen, schaffen die richtigen Bedingungen für die Umsetzung der genetischen Information:
- Nukleolen -verdichtete Bereiche mit nuklearem Inh alt, die die Stellen für die Synthese von Ribonukleinsäuren für Ribosomen bestimmen;
- Proteinmatrix organisiert die Anordnung der Chromosomen und den gesamten Inh alt des Zellkerns, behält seine Form bei;
- Die halbflüssige innere Umgebung des Zellkerns, Karyoplasma, gewährleistet den Transport von Molekülen und den Ablauf verschiedener biochemischer Prozesse;
- Die zweischichtige Hülle des Zellkerns, das Karyolemma, schützt das Erbgut, sorgt durch komplexe Kernporen für eine selektive bilaterale Weiterleitung von Molekülen und Molekülkomplexen.
Was bedeutet Chromatin
Chromatin erhielt seinen Namen 1880 dank Flemmings Experimenten zur Beobachtung von Zellen. Tatsache ist, dass sich während der Fixierung und Färbung einige Teile der Zelle besonders gut manifestieren ("Chromatin" bedeutet "gefärbt"). Später stellte sich heraus, dass diese Komponente durch DNA mit Proteinen repräsentiert wird, die aufgrund ihrer sauren Eigenschaften alkalische Farbstoffe aktiv wahrnimmt.
Gefärbte Chromosomen sind im zentralen Teil der Zelle auf dem Foto sichtbar und bilden eine Metaphasenplatte.
DNA-Existenzformen
In den Zellen eukaryotischer Organismen können die Nukleoproteinkomplexe des Chromatins in zwei Zuständen vorliegen.
- Bei der Zellteilung erreicht die DNA ihre maximale Verdrehung und wird durch mitotische Chromosomen repräsentiert. Jeder Strang bildet ein separates Chromosom.
- Während der Interphase, wenn die Zell-DNA am stärksten dekondensiert ist, füllt sich das Chromatin gleichmäßigRaum des Zellkerns oder bildet Klumpen, die im Lichtmikroskop sichtbar sind. Solche Chromozentren werden häufiger in der Nähe der Kernmembran nachgewiesen.
Diese Zustände sind alternativ zueinander, vollständig verdichtete Chromosomen bleiben in der Interphase nicht erh alten.
Euchromatin und Heterochromatin
Interphase-Chromatin ist ein Chromosom, das seine kompakte Form verloren hat. Ihre Schleifen werden gelockert und füllen das Volumen des Kerns aus. Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen dem Grad der Dekondensation und der funktionellen Aktivität von Chromatin.
Seine vollständig "entwirrten" Teile werden diffuses oder aktives Chromatin genannt. Nach dem Anfärben ist es unter einem Lichtmikroskop praktisch unsichtbar. Denn die DNA-Helix ist nur 2 nm dick. Sein anderer Name ist Euchromatin.
Dieser Zustand verschafft enzymatischen Komplexen Zugang zu semantischen DNA-Fragmenten, ihrer freien Anheftung und Funktion. Die Struktur der Boten-RNA wird von RNA-Polymerasen aus diffusen Regionen abgelesen (Transkription) oder die DNA selbst kopiert (Replikation). Je höher die Syntheseaktivität der Zelle im Moment ist, desto größer ist der Anteil an Euchromatin im Zellkern.
Diffuse Chromatinabschnitte wechseln sich mit kompakten, unterschiedlich verdrehten Heterochromatinzonen ab. Aufgrund der größeren Dichte ist gefärbtes Heterochromatin in Interphasekernen deutlich sichtbar.
Die Abbildung zeigt Chromatin unterschiedlicher Verdichtung:
- 1 - doppelsträngiges DNA-Molekül;
- 2 - HistonProteine;
- 3 - DNA, die 1,67 Umdrehungen lang um den Histonkomplex gewickelt ist, bildet ein Nukleosom;
- 4 - Solenoid;
- 5 - Interphase-Chromosom.
Feinheiten der Definition
Euchromatin ist zu einem bestimmten Zeitpunkt möglicherweise nicht an Syntheseprozessen beteiligt. In diesem Fall befindet es sich vorübergehend in einem kompakteren Zustand und kann mit Heterochromatin verwechselt werden.
Echtes Heterochromatin, auch konstitutiv genannt, trägt keine semantische Last und dekondensiert erst im Prozess der Replikation. Die DNA an diesen Stellen enthält kurze, sich wiederholende Sequenzen, die nicht für Aminosäuren kodieren. In mitotischen Chromosomen befinden sie sich im Bereich der primären Einschnürung und der Telomerenden. Sie trennen auch Abschnitte der transkribierten DNA und bilden interkalare (interkalare) Fragmente.
Wie Euchromatin "funktioniert"
Euchromatin enthält Gene, die letztendlich die Struktur von Proteinen bestimmen (Strukturgene). Die Entschlüsselung der Nukleotidsequenz in ein Protein erfolgt mit Hilfe eines Vermittlers, der im Gegensatz zu Chromosomen in der Lage ist, den Zellkern zu verlassen - Boten-RNA.
Während der Transkription wird RNA auf einer DNA-Matrize aus freien Adenyl-, Uridyl-, Cytidyl- und Guanyl-Nukleotiden synthetisiert. Die Transkription erfolgt durch den Enzymkomplex RNA-Polymerase.
Einige Gene bestimmen die Sequenz anderer Arten von RNA (Transport- und ribosomale), die notwendig sind, um die Prozesse der Proteinsynthese im Zytoplasma abzuschließenAminosäuren.
Heterochromatin eines einzelnen Chromosoms ist oft zu einem gut markierten Chromozentrum zusammengesetzt. Um ihn herum befinden sich Schleifen aus entspiralisiertem Euchromatin. Dank dieser Konfiguration der Kern-DNA passen Enzymkomplexe und freie Nukleotide, die für die Umsetzung der Funktionen von Euchromatin erforderlich sind, leicht in die semantischen Teile.
