Struktur und Funktion der Zelle haben sich im Laufe der Evolution mehrfach verändert. Dem Auftreten neuer Organellen gingen Veränderungen in der Atmosphäre und Lithosphäre des jungen Planeten voraus. Eine der bedeutenden Akquisitionen war der Zellkern. Eukaryotische Organismen erhielten aufgrund des Vorhandenseins separater Organellen erhebliche Vorteile gegenüber Prokaryoten und begannen schnell zu dominieren.
Der Zellkern, dessen Struktur und Funktion in verschiedenen Geweben und Organen etwas unterschiedlich sind, hat die Qualität der RNA-Biosynthese und die Übertragung von Erbinformationen verbessert.
Ursprung
Bis heute gibt es zwei Haupthypothesen über die Bildung einer eukaryotischen Zelle. Nach der symbiotischen Theorie waren Organellen (wie Flagellen oder Mitochondrien) einst separate prokaryotische Organismen. Die Vorfahren der modernen Eukaryoten verschlangen sie. Das Ergebnis war ein symbiotischer Organismus.
Der Kern wurde als Ergebnis der Protrusion nach innen gebildetAbschnitt der Zytoplasmamembran. Dies war eine notwendige Anschaffung auf dem Weg zur Beherrschung einer neuen Art der Ernährung, der Phagozytose, durch die Zelle. Die Aufnahme von Nahrung wurde von einer Erhöhung des Grades der zytoplasmatischen Mobilität begleitet. Genophore, das genetische Material einer prokaryotischen Zelle und an den Wänden befestigt, fielen in eine Zone mit starkem „Fluss“und mussten geschützt werden. Als Ergebnis wurde eine tiefe Invagination eines Abschnitts der Membran gebildet, der anhaftende Genophore enthielt. Diese Hypothese wird durch die Tatsache gestützt, dass die Zellkernhülle untrennbar mit der Zytoplasmamembran der Zelle verbunden ist.
Es gibt eine andere Version der Entwicklung von Ereignissen. Nach der viralen Hypothese des Ursprungs des Kerns wurde er als Folge einer Infektion einer alten archaischen Zelle gebildet. Ein DNA-Virus infiltrierte es und erlangte nach und nach die vollständige Kontrolle über Lebensvorgänge. Wissenschaftler, die diese Theorie für richtiger h alten, führen viele Argumente zu ihren Gunsten an. Bisher gibt es jedoch für keine der bestehenden Hypothesen schlüssige Beweise.
Ein oder mehrere
Die meisten Zellen moderner Eukaryoten haben einen Zellkern. Die überwiegende Mehrheit von ihnen enthält nur eine solche Organelle. Es gibt jedoch Zellen, die aufgrund einiger funktioneller Merkmale den Zellkern verloren haben. Dazu gehören zum Beispiel Erythrozyten. Es gibt auch Zellen mit zwei (Ciliaten) und sogar mehreren Kernen.
Struktur des Zellkerns
Unabhängig von den Merkmalen des Organismus ist die Struktur des Kerns durch eine Reihe typischer Merkmale gekennzeichnetOrganellen. Sie ist durch eine Doppelmembran vom Innenraum der Zelle getrennt. An einigen Stellen verschmelzen seine inneren und äußeren Schichten und bilden Poren. Ihre Funktion besteht darin, Substanzen zwischen Zytoplasma und Zellkern auszutauschen.
Der Organellenraum ist mit Karyoplasma, auch Kernsaft oder Nukleoplasma genannt, gefüllt. Es enthält Chromatin und den Nukleolus. Manchmal ist die letzte der genannten Organellen des Zellkerns nicht in einer einzigen Kopie vorhanden. Bei manchen Organismen hingegen fehlen Nukleolen.
Membran
Die Kernmembran wird von Lipiden gebildet und besteht aus zwei Schichten: einer äußeren und einer inneren. Tatsächlich ist dies dieselbe Zellmembran. Der Kern kommuniziert mit den Kanälen des endoplasmatischen Retikulums durch den perinukleären Raum, einen Hohlraum, der durch zwei Schichten der Membran gebildet wird.
Die äußeren und inneren Membranen haben ihre eigenen strukturellen Merkmale, sind sich aber im Allgemeinen ziemlich ähnlich.
Zytoplasma am nächsten
Die äußere Schicht geht in die Membran des endoplasmatischen Retikulums über. Der Hauptunterschied zu letzterem ist eine deutlich höhere Konzentration von Proteinen in der Struktur. Die Membran, die in direktem Kontakt mit dem Zytoplasma der Zelle steht, ist von außen mit einer Schicht Ribosomen bedeckt. Es ist durch zahlreiche Poren, die ziemlich große Proteinkomplexe sind, mit der inneren Membran verbunden.
Innenschicht
Die dem Zellkern zugewandte Membran ist im Gegensatz zur äußeren glatt und nicht mit Ribosomen bedeckt. Es begrenzt das Karyoplasma. Ein charakteristisches Merkmal der inneren Membran ist eine Schicht Kernlamina, die sie von der Seite auskleidet,in Kontakt mit dem Nukleoplasma. Diese spezifische Proteinstruktur erhält die Form der Hülle, ist an der Regulation der Genexpression beteiligt und fördert auch die Anheftung von Chromatin an die Kernmembran.
Stoffwechsel
Die Interaktion von Zellkern und Zytoplasma erfolgt durch Kernporen. Sie sind ziemlich komplexe Strukturen, die aus 30 Proteinen bestehen. Die Anzahl der Poren auf einem Kern kann unterschiedlich sein. Sie hängt von der Art der Zelle, des Organs und des Organismus ab. Beim Menschen kann der Zellkern also 3 bis 5.000 Poren haben, bei manchen Fröschen erreicht er 50.000.
Die Hauptfunktion der Poren ist der Stoffaustausch zwischen Zellkern und dem restlichen Zellraum. Einige Moleküle passieren die Poren passiv, ohne zusätzlichen Energieaufwand. Sie sind klein. Der Transport großer Moleküle und supramolekularer Komplexe erfordert den Verbrauch einer bestimmten Menge an Energie.
Im Zellkern synthetisierte RNA-Moleküle gelangen aus dem Karyoplasma in die Zelle. Proteine, die für intranukleäre Prozesse notwendig sind, werden in die entgegengesetzte Richtung transportiert.
Nukleoplasma
Nuclear Juice ist eine kolloidale Lösung von Proteinen. Es wird von der Kernhülle begrenzt und umgibt das Chromatin und den Nukleolus. Nukleoplasma ist eine viskose Flüssigkeit, in der verschiedene Substanzen gelöst sind. Dazu gehören Nukleotide und Enzyme. Erstere sind essentiell für die DNA-Synthese. Enzyme sind sowohl an der Transkription als auch an der DNA-Reparatur und -Replikation beteiligt.
Die Struktur des Kernsaftes ändert sich je nach Zustand der Zelle. Es gibt zwei davon - stationär undwährend der Teilung auftritt. Die erste ist charakteristisch für die Interphase (die Zeit zwischen den Teilungen). Gleichzeitig zeichnet sich Kernsaft durch eine gleichmäßige Verteilung von Nukleinsäuren und unstrukturierten DNA-Molekülen aus. Während dieser Zeit liegt das Erbmaterial in Form von Chromatin vor. Die Teilung des Zellkerns geht mit der Umwandlung von Chromatin in Chromosomen einher. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich die Struktur des Karyoplasmas: Das genetische Material erhält eine bestimmte Struktur, die Kernhülle wird zerstört und das Karyoplasma wird mit dem Zytoplasma vermischt.
Chromosomen
Die Hauptfunktionen der bei der Teilung umgewandelten Nukleoproteinstrukturen des Chromatins sind die Speicherung, Umsetzung und Weitergabe der im Zellkern enth altenen Erbinformationen. Chromosomen zeichnen sich durch eine bestimmte Form aus: Sie werden durch eine primäre Einschnürung, auch Coelomer genannt, in Teile oder Arme unterteilt. Je nach Lage werden drei Arten von Chromosomen unterschieden:
- stäbchenförmig oder akrozentrisch: sie zeichnen sich durch die Platzierung des Koelomers fast am Ende aus, ein Arm ist sehr klein;
- diversifiziert oder submetazentrisch haben ungleich lange Arme;
- gleichseitig oder metazentrisch.
Der Chromosomensatz in einer Zelle wird als Karyotyp bezeichnet. Jeder Typ ist festgelegt. In diesem Fall können verschiedene Zellen desselben Organismus einen diploiden (doppelten) oder haploiden (einfachen) Satz enth alten. Die erste Option ist typisch für somatische Zellen, die hauptsächlich den Körper ausmachen. Der haploide Satz ist ein Privileg der Keimzellen. menschlichen somatischen Zellenenth alten 46 Chromosomen, Geschlecht - 23.
Chromosomen des diploiden Satzes bilden Paare. Identische Nukleoproteinstrukturen, die in einem Paar enth alten sind, werden allelisch genannt. Sie haben die gleiche Struktur und führen die gleichen Funktionen aus.
Die strukturelle Einheit der Chromosomen ist das Gen. Es ist ein Abschnitt des DNA-Moleküls, der für ein bestimmtes Protein kodiert.
Nucleolus
Der Zellkern hat ein weiteres Organell - den Nukleolus. Es ist nicht durch eine Membran vom Karyoplasma getrennt, aber es ist leicht zu erkennen, wenn man die Zelle mit einem Mikroskop untersucht. Einige Kerne können mehrere Nukleoli haben. Es gibt auch solche, bei denen solche Organellen komplett fehlen.
Die Form des Nukleolus ähnelt einer Kugel, hat eine ziemlich kleine Größe. Es enthält verschiedene Proteine. Die Hauptfunktion des Nucleolus ist die Synthese von ribosomaler RNA und den Ribosomen selbst. Sie sind für die Bildung von Polypeptidketten notwendig. Nukleolen bilden sich um spezielle Regionen des Genoms herum. Sie werden nukleoläre Organisatoren genannt. Es enthält die ribosomalen RNA-Gene. Der Nukleolus ist unter anderem der Ort mit der höchsten Proteinkonzentration in der Zelle. Ein Teil der Proteine ist notwendig, um die Funktionen des Organoids auszuführen.
Der Nukleolus besteht aus zwei Komponenten: granulär und fibrillär. Die erste sind die reifenden Ribosomen-Untereinheiten. Im fibrillären Zentrum wird die Synthese von ribosomaler RNA durchgeführt. Die körnige Komponente umgibt die fibrilläre Komponente, die sich in der Mitte des Nukleolus befindet.
Zellkern und seine Funktionen
Die Rolle, diespielt den Kern, ist untrennbar mit seiner Struktur verbunden. Die inneren Strukturen des Organoids realisieren gemeinsam die wichtigsten Prozesse in der Zelle. Es beherbergt die genetische Information, die die Struktur und Funktion der Zelle bestimmt. Der Zellkern ist für die Speicherung und Übertragung von Erbinformationen während der Mitose und Meiose verantwortlich. Im ersten Fall erhält die Tochterzelle eine Reihe von Genen, die mit der Elternzelle identisch sind. Als Folge der Meiose entstehen Keimzellen mit einem haploiden Chromosomensatz.
Eine nicht weniger wichtige Funktion des Zellkerns ist die Regulation intrazellulärer Prozesse. Es wird als Ergebnis der Kontrolle der Synthese von Proteinen durchgeführt, die für die Struktur und Funktion von Zellelementen verantwortlich sind.
Einfluss auf die Proteinsynthese hat einen anderen Ausdruck. Der Kern, der die Prozesse innerhalb der Zelle steuert, vereint alle seine Organellen zu einem einzigen System mit einem gut funktionierenden Arbeitsmechanismus. Fehler darin führen in der Regel zum Zelltod.
Schließlich ist der Kern der Ort der Synthese von Ribosomen-Untereinheiten, die für die Bildung des gleichen Proteins aus Aminosäuren verantwortlich sind. Ribosomen sind im Transkriptionsprozess unverzichtbar.
Die eukaryotische Zelle ist eine perfektere Struktur als die prokaryotische. Das Auftreten von Organellen mit eigener Membran ermöglichte es, die Effizienz intrazellulärer Prozesse zu steigern. Die Bildung eines Kerns, der von einer doppelten Lipidmembran umgeben ist, spielte bei dieser Evolution eine sehr wichtige Rolle. Der Schutz der Erbinformation durch die Membran ermöglichte den alten Einzellern die BeherrschungOrganismen in neue Lebensformen. Darunter war die Phagozytose, die nach einer Version zur Entstehung eines symbiotischen Organismus führte, der später zum Vorläufer der modernen eukaryotischen Zelle mit all ihren charakteristischen Organellen wurde. Der Zellkern, die Struktur und Funktionen einiger neuer Strukturen ermöglichten die Verwendung von Sauerstoff im Stoffwechsel. Die Folge davon war eine kardinale Veränderung der Biosphäre der Erde, die Grundlage für die Bildung und Entwicklung vielzelliger Organismen wurde gelegt. Heutzutage dominieren eukaryotische Organismen, zu denen auch der Mensch gehört, den Planeten, und nichts deutet diesbezüglich auf Veränderungen hin.
