Der Zellkern ist sein wichtigstes Organell, der Ort der Speicherung und Vervielfältigung von Erbinformationen. Dies ist eine Membranstruktur, die 10-40% der Zelle einnimmt, deren Funktionen für das Leben von Eukaryoten sehr wichtig sind. Aber auch ohne das Vorhandensein eines Zellkerns ist die Realisierung von Erbinformationen möglich. Ein Beispiel für diesen Vorgang ist die Vitalaktivität von Bakterienzellen. Dennoch sind die strukturellen Merkmale des Zellkerns und seine Funktion für einen vielzelligen Organismus sehr wichtig.
Lage des Zellkerns in der Zelle und seine Struktur
Der Kern befindet sich in der Dicke des Zytoplasmas und steht in direktem Kontakt mit dem rauen und glatten endoplasmatischen Retikulum. Es ist von zwei Membranen umgeben, zwischen denen sich der perinukleäre Raum befindet. Im Zellkern befindet sich eine Matrix, Chromatin und einige Nukleolen.
Einige reife menschliche Zellen haben keinen Zellkern, während andere unter Bedingungen starker Hemmung ihrer Aktivität funktionieren. Im Allgemeinen wird die Struktur des Kerns (Schema) als eine Kernhöhle dargestellt, die durch ein Karyolemma von der Zelle begrenzt ist und Chromatin und Nukleolen enthält, die im Kernplasma fixiert sindKernmatrix.
Struktur des Karyolemmas
Zum bequemeren Studium der Zellkerne sollte letztere als Blasen wahrgenommen werden, begrenzt durch Hüllen anderer Blasen. Der Kern ist eine Blase mit Erbinformationen, die sich in der Dicke der Zelle befindet. Es ist durch eine zweischichtige Lipidmembran vor seinem Zytoplasma geschützt. Die Struktur der Hülle des Zellkerns ähnelt der Zellmembran. Tatsächlich unterscheiden sie sich nur durch den Namen und die Anzahl der Schichten. Ohne all dies sind sie in Aufbau und Funktion identisch.
Das Karyolemma (Kernmembran) ist zweischichtig aufgebaut: Es besteht aus zwei Lipidschichten. Die äußere Bilipidschicht des Karyolemmas steht in direktem Kontakt mit dem rauen Retikulum des Zellendoplasmas. Internes Karyolemma - mit dem Inh alt des Kerns. Zwischen der äußeren und der inneren Karyomembran befindet sich ein perinukleärer Raum. Anscheinend wurde es aufgrund elektrostatischer Phänomene gebildet - Abstoßung von Bereichen mit Glycerinresten.
Die Funktion der Kernmembran besteht darin, eine mechanische Barriere zu schaffen, die den Zellkern vom Zytoplasma trennt. Die innere Membran des Zellkerns dient als Fixierungsstelle für die Kernmatrix – eine Kette von Proteinmolekülen, die die Hauptstruktur stützen. In zwei Kernmembranen gibt es spezielle Poren: Boten-RNA gelangt durch sie ins Zytoplasma zu den Ribosomen. In der Dicke des Zellkerns befinden sich mehrere Nukleolen und Chromatin.
Innere Struktur des Nukleoplasmas
Merkmale der Struktur des Kerns erlauben es uns, ihn mit der Zelle selbst zu vergleichen. Innerhalb des Kerns gibt es auch eine besondere Umgebung (Nukleoplasma),dargestellt durch ein Gel-Sol, eine kolloidale Lösung von Proteinen. Darin befindet sich ein Nukleoskelett (Matrix), dargestellt durch fibrilläre Proteine. Der Hauptunterschied liegt nur darin, dass im Zellkern überwiegend saure Proteine vorhanden sind. Anscheinend ist eine solche Reaktion der Umgebung erforderlich, um die chemischen Eigenschaften von Nukleinsäuren und das Auftreten biochemischer Reaktionen zu erh alten.
Nucleolus
Der Aufbau des Zellkerns kann ohne den Nukleolus nicht vervollständigt werden. Es ist eine spiralisierte ribosomale RNA, die sich im Reifestadium befindet. Später wird daraus ein Ribosom gewonnen - eine für die Proteinsynthese notwendige Organelle. In der Struktur des Nucleolus werden zwei Komponenten unterschieden: fibrillär und kugelförmig. Sie unterscheiden sich nur durch Elektronenmikroskopie und haben keine eigenen Membranen.
Die fibrilläre Komponente befindet sich im Zentrum des Nukleolus. Es ist ein Strang von RNA vom ribosomalen Typ, aus dem ribosomale Untereinheiten zusammengesetzt werden. Betrachten wir den Kern (Struktur und Funktionen), so ist es offensichtlich, dass daraus später eine granulare Komponente gebildet wird. Dies sind die gleichen reifenden ribosomalen Untereinheiten, die sich in den späteren Stadien ihrer Entwicklung befinden. Sie bilden bald Ribosomen. Sie werden durch die Kernporen des Karyolemmas aus dem Nukleoplasma entfernt und gelangen in die Membran des rauhen endoplasmatischen Retikulums.
Chromatin und Chromosomen
Bau und Funktion des Zellkerns sind organisch miteinander verbunden: Es gibt nur die Strukturen, die zur Speicherung und Vervielfältigung von Erbinformationen benötigt werden. Es gibt auch ein Karyoskelett(Kernmatrix), deren Funktion es ist, die Form der Organelle beizubeh alten. Der wichtigste Bestandteil des Zellkerns ist jedoch Chromatin. Dies sind Chromosomen, die die Rolle von Aktenschränken verschiedener Gengruppen spielen.
Chromatin ist ein komplexes Protein, das aus einem Polypeptid mit quaternärer Struktur besteht, das mit einer Nukleinsäure (RNA oder DNA) verbunden ist. Chromatin ist auch in bakteriellen Plasmiden vorhanden. Fast ein Viertel des Gesamtgewichts von Chromatin besteht aus Histonen – Proteinen, die für die „Verpackung“von Erbinformationen verantwortlich sind. Dieses Merkmal der Struktur wird von der Biochemie und Biologie untersucht. Die Struktur des Zellkerns ist gerade wegen des Chromatins und des Vorhandenseins von Prozessen, die seine Spiralisierung und Entspiralisierung abwechseln, komplex.
Das Vorhandensein von Histonen ermöglicht es, den DNA-Strang an einem kleinen Ort zu verdichten und zu vervollständigen - im Zellkern. Dies geschieht folgendermaßen: Histone bilden Nukleosomen, die eine Struktur wie Perlen sind. H2B, H3, H2A und H4 sind die wichtigsten Histonproteine. Das Nukleosom wird von jeweils vier Paaren der dargestellten Histone gebildet. Gleichzeitig ist Histon H1 ein Linker: Es ist an der Eintrittsstelle in das Nukleosom mit der DNA assoziiert. Die DNA-Verpackung erfolgt als Ergebnis der "Wicklung" eines linearen Moleküls um 8 Histonstrukturproteine.
Die Struktur des Zellkerns, dessen Schema oben dargestellt ist, deutet auf das Vorhandensein einer Solenoid-ähnlichen DNA-Struktur hin, die auf Histonen vervollständigt ist. Die Dicke dieses Konglomerats beträgt etwa 30 nm. Gleichzeitig kann die Struktur weiter verdichtet werden, um weniger Platz einzunehmen und weniger ausgesetzt zu seinmechanischer Schaden, der während der Lebensdauer der Zelle unvermeidlich auftritt.
Chromatinfraktionen
Struktur, Struktur und Funktionen des Zellkerns sind darauf fixiert, die dynamischen Prozesse der Chromatin-Spiralisierung und -Despiralisierung aufrechtzuerh alten. Daher gibt es zwei Hauptfraktionen davon: stark spiralisiert (Heterochromatin) und leicht spiralisiert (Euchromatin). Sie sind sowohl baulich als auch funktionell getrennt. Im Heterochromatin ist die DNA gut vor jeglichen Einflüssen geschützt und kann nicht transkribiert werden. Euchromatin ist weniger geschützt, aber Gene können für die Proteinsynthese dupliziert werden. Meistens wechseln sich Abschnitte von Heterochromatin und Euchromatin über die Länge des gesamten Chromosoms ab.
Chromosomen
Der Zellkern, dessen Aufbau und Funktionen in dieser Publikation beschrieben werden, enthält Chromosomen. Es ist ein komplexes und kompakt gepacktes Chromatin, das unter dem Lichtmikroskop sichtbar ist. Dies ist jedoch nur möglich, wenn sich auf dem Objektträger eine Zelle im Stadium der mitotischen oder meiotischen Teilung befindet. Eine der Stufen ist die Spiralisierung von Chromatin mit der Bildung von Chromosomen. Ihre Struktur ist denkbar einfach: Das Chromosom hat ein Telomer und zwei Arme. Jeder mehrzellige Organismus der gleichen Art hat die gleiche Kernstruktur. Seine Chromosomentabelle ist ebenfalls ähnlich.
Implementierung von Kernelfunktionen
Die Hauptmerkmale der Struktur des Kerns beziehen sich auf die Ausführung bestimmter Funktionen und die Notwendigkeit, sie zu kontrollieren. Der Kern spielt die Rolle eines Aufbewahrungsortes für Erbinformationen, dh er ist eine Art Aktenschrank mitgeschriebene Sequenzen von Aminosäuren aller Proteine, die in der Zelle synthetisiert werden können. Das bedeutet, dass eine Zelle, um eine Funktion erfüllen zu können, ein Protein synthetisieren muss, dessen Struktur im Gen kodiert ist.
Damit der Zellkern "versteht", welches bestimmte Protein zum richtigen Zeitpunkt synthetisiert werden muss, gibt es ein System aus externen (Membran) und internen Rezeptoren. Informationen von ihnen gelangen über molekulare Transmitter in den Zellkern. Meistens wird dies durch den Adenylatcyclase-Mechanismus realisiert. So wirken Hormone (Adrenalin, Noradrenalin) und einige Medikamente mit hydrophiler Struktur auf die Zelle.
Der zweite Mechanismus der Informationsübertragung ist intern. Es ist charakteristisch für lipophile Moleküle - Kortikosteroide. Diese Substanz durchdringt die Bilipidmembran der Zelle und gelangt zum Zellkern, wo sie mit ihrem Rezeptor interagiert. Durch die Aktivierung von Rezeptorkomplexen, die sich auf der Zellmembran (Adenylatcyclase-Mechanismus) oder auf dem Karyolemma befinden, wird die Aktivierungsreaktion eines bestimmten Gens ausgelöst. Es repliziert sich, auf seiner Basis wird Boten-RNA aufgebaut. Später wird je nach Struktur des letzteren ein Protein synthetisiert, das eine bestimmte Funktion erfüllt.
Der Zellkern vielzelliger Organismen
Bei einem vielzelligen Organismus sind die strukturellen Merkmale des Zellkerns die gleichen wie bei einem einzelligen. Obwohl es einige Nuancen gibt. Erstens impliziert Mehrzelligkeit, dass eine Anzahl von Zellen ihre eigene spezifische Funktion (oder mehrere) haben wird. Dies bedeutet, dass einige Gene immer vorhanden sein werdenentspiralisiert, während andere inaktiv sind.
Zum Beispiel ist in Fettgewebezellen die Proteinsynthese inaktiv, und daher ist der größte Teil des Chromatins spiralisiert. Und in Zellen, zum Beispiel dem exokrinen Teil der Bauchspeicheldrüse, laufen die Prozesse der Proteinbiosynthese ab. Daher wird ihr Chromatin entspiralisiert. In jenen Bereichen, deren Gene am häufigsten repliziert werden. Dabei ist ein wesentliches Merkmal wichtig: Der Chromosomensatz aller Zellen eines Organismus ist gleich. Nur aufgrund der Differenzierung der Funktionen in den Geweben werden einige von der Arbeit abgesch altet, während andere häufiger als andere despiralisiert werden.
Kernzellen des Körpers
Es gibt Zellen, deren Strukturmerkmale des Zellkerns nicht berücksichtigt werden dürfen, weil sie durch ihre Vit altätigkeit entweder deren Funktion hemmen oder ganz aussch alten. Das einfachste Beispiel sind rote Blutkörperchen. Dies sind Blutzellen, deren Kern nur in den frühen Stadien der Entwicklung vorhanden ist, wenn Hämoglobin synthetisiert wird. Sobald genug davon vorhanden ist, um Sauerstoff zu transportieren, wird der Zellkern aus der Zelle entfernt, um ihn zu erleichtern, ohne den Sauerstofftransport zu stören.
Im Allgemeinen ist ein Erythrozyt ein mit Hämoglobin gefüllter Zytoplasmasack. Eine ähnliche Struktur ist charakteristisch für Fettzellen. Die Struktur des Zellkerns von Adipozyten ist extrem vereinfacht, sie nimmt ab und verschiebt sich zur Membran, und die Prozesse der Proteinsynthese werden maximal gehemmt. Diese Zellen ähneln auch "Säcken", die mit Fett gefüllt sind, obwohl natürlich die Vielf altin ihnen laufen etwas mehr biochemische Reaktionen ab als in Erythrozyten. Blutplättchen haben auch keinen Zellkern, aber sie sollten nicht als vollwertige Zellen betrachtet werden. Dies sind Zellfragmente, die für die Durchführung von Hämostaseprozessen notwendig sind.
