Helmichs Biologie-Lexikon

Zellkern

Der Zellkern oder Nucleus ist das Steuerzentrum einer jeden eukaryotischen Zelle. Das Vorhandensein eines Zellkerns gibt den Eukaryoten (übersetzt = "Echtkerner") ihren Namen; Prokaryoten besitzen keinen Zellkern.

Der Zellkern ist Sitz der Erbinformation einer Zelle. Die DNA eines Eukaryoten ist in einzelne lange Abschnitte gegliedert, die teils mehrere Zentimeter lang sind. Damit die DNA-Stücke dennoch in den Zellkern hineinpassen, sind sie auf komplizierte Weise mehrfach "aufgewickelt", dabei spielen basische Proteine, die Histone, eine besondere Rolle (mehr dazu unter "Die Organisation der DNA" in der Genetik-Abteilung dieser Homepage).

Im Zellkern laufen wichtige Vorgänge ab, die mit der Funktion der Erbinformation im Zusammenhang stehen: Die Replikation, also die Verdopplung der DNA, sowie die Transkription, also die Synthese von mRNA, der Arbeitskopie bestimmter Gene. Einzelheiten dazu siehe bei den entsprechenden Stichwörtern.

Bau des Zellkerns

Ein Zellkern von außen gesehen

Ein Zellkern, von außen gesehen (Public domain - author: Ulrich Helmich)

Hier sehen wir eine schematische Darstellung des Zellkerns. In die Kernhülle (blau) wurde ein quadratisches Fenster hineingeschnitten, damit man die Chromosomen (farbig) besser erkennen kann. Die schwarzen Punkte in der Kernhülle stellen die Kernporen dar. Die Kernhülle wurde hier nicht maßstabsgerecht gezeichnet, in Wirklichkeit ist die Doppelmembran viel dünner.

Querschnitt durch einen Zellkern, man kann einen Teil des ER erkennen

Querschnitt durch einen Zellkern, man kann einen Teil des ER erkennen (Public domain - author: Ulrich Helmich)

Hier sehen wir einen Querschnitt durch einen Zellkern. Die doppelte Kernhülle ist zu erkennen, in die fünf Kernporen eingezeichnet wurden. Außerdem sieht man gut, dass die Kernhülle mit dem Endoplasmatischen Reticulum (ER) verbunden ist, im Grunde sogar einen Teil des ER darstellt. Die farbigen Flächen im Zellkern soll die Position der verschiedenen Chromosomen darstellen, die nach neueren Erkenntnissen nicht völlig ungeordnet im Zellkern vorliegen, wie man früher dachte.

Zellkern und ER

Der Zellkern (2) mit dem Kernkörperchen (1) und einem Teil des ER (3). Author: Kevin Song (This file is made available under the Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication)

Kernhülle

Der Zellkern ist von einer doppelten Membran umgeben. Jede Membran ist ca. 9 nm dick, der Spalt zwischen den beiden Membranen, der perinucleäre Raum, ist ca. 20 bis 40 nm dick. Hier eine graphische Darstellung, stark schematisch, aber im korrekten Maßstab:

Maßstabsgerechte Darstellung der Kernhülle

Maßstabsgerechte Darstellung der Kernhülle. Durchmesser des Zellkerns: 10 µm, also 10.000 nm. (Public domain; author: Ulrich Helmich)

Jeder der beiden schwarzen Ränder in der obigen Abbildung ist eine eigene Biomembran, besteht also aus einer Lipid-Doppelschicht mit eingebetteten Proteinen. Weitere Details siehe "Kernhülle" im Lexikon.

Kernporen

Kernporen sind Proteinkomplexe in der Kernhülle. Durch die Kernporen werden bestimmte Stoffe in den Zellkern hinein oder aus dem Zellkern heraus transportiert. Einzelheiten siehe "Kernporen" im Lexikon.

Nucleolus

Der sogenannte Nucleolus (das Kernkörperchen) ist ein Bereich im Zellkern, der im Lichtmikroskop besonders dicht erscheint. Die Nucleoli (in einem Zellkern können davon zwei, drei oder vier vorkommen) bestehen fast nur aus RNA und Proteinen, sie sind für die Synthese der Ribosomen zuständig.

Chromatin / Chromosomen

Die Erbsubstanz eukarytoischer Zellen ist in Form von Chromosomen organisiert. Die menschlichen Zellen enthalten beispielsweise 46 Chromosomen, von denen je zwei homolog sind (d.h. ein Exemplar ist väterlicher Herkunft, das andere Exemplar kommt ursprünglich von der Mutter des Lebewesens). Die DNA ist auf komplexe Weise mit bestimmten Proteinen (Histonen) verbunden und bildet dann die Chromosomen. Normalerweise sind die Chromosomen im Lichtmikroskop nicht erkennbar, erst während der Mitose verdicken sie sich und werden somit sichtbar. Während der Interphase sind die Chromosomen entspiralisiert und treten dann als sogenanntes Chromatin in Erscheinung. Bis vor kurzem dachte man, das Chromatin der einzelnen Chromosomen wäre in dem Zellkern "wild verstreut", man sprach von einem "Spaghetti-Modell". In den letzten Jahren hat man allerdings mit raffinierten Färbungsmethoden heraus bekommen, dass sich das Chromatin eines jeden Chromosoms in einer bestimmten Region des Zellkerns konzentriert. In den Abbildungen 1 und 2 oben auf dieser Seite sieht man diese Regionen sehr schön; jede Region ist durch eine eigene Farbe gekennzeichnet.

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