Zellkern

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 16. November 2021

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Bei dem Zellkern oder Nukleus handelt es sich um ein Organell in der eukaryotischen Zelle. Er ist umgeben von einer Membran und beinhaltet das Erbgut. Er befindet sich im Cytoplasma der Zelle.

Definition

Eine menschliche Zelle enthält das Erbmaterial eines Menschen im Zellkern. Ein Mensch besitzt ca. 100 Billionen Zellen.

Eukaryotische Zellen unterscheiden sich von prokaryotischen Zellen unter anderem durch den Zellkern. Dieser ist bei Eukaryoten durch eine Doppelschicht, die Membran, vom Cytoplasma abgetrennt. Der Zellkern von Prokaryoten, wie von Bakterien, ist nicht vom Cytoplasma abgetrennt.

Der Zellkern umfasst das genetische Material, welches in Form von Chromosomen vorliegt. Meist besitzen Zellen einen Zellkern. Jedoch existieren auch einige Ausnahmen. Nach der Verschmelzung von Myoblasten entstehen sogenannte Myotuben, welche mehrere Kerne enthalten.

Menschliche Erythrozyten dagegen besitzen keinen Zellkern nach der Reifung der Zelle. Die Zellteilung erfolgt von der Mitose über die Meiose. Bei der Mitose handelt es sich um die Teilung des Zellkerns. Die Meiose beschreibt die Teilung der diploiden Zelle. Dadurch besitzt am Ende jeder Kern einen haploiden Satz an Chromosomen.

Anatomie

Der Zellkern besitzt einen Durchmesser von etwa 5 bis 16µm. Er ist mit einer Membran umgeben. Diese besteht aus zwei Membranen, die sich dicht nebeneinander befinden. Diese werden als die innere und die äußere Kernmembran bezeichnet. Die äußere Membran geht in das endoplasmatische Retikulum über und ist mit Ribosomen besetzt. Die Kernmembran grenzt an die Kernlamina.

Diese ist besteht aus Laminen, also spezifische Kernmembran gebundene Proteine. Sie gehören zu der Gruppe der Intermediärfäden. Sie stabilisieren den Zellkern und trennen die Chromosomen bzw. das Chromatin von der inneren Kernmembran. Das Chromatin bezeichnet die Anordnung von Chromosomen und spezifischen Proteinen.

Die Membran ist zusätzlich mit Kernporen bestückt. Diese dienen dem Austausch von Materialen mit dem Außenbereich des Zellkerns. In der Regel handelt es sich dabei um mRNA und rRNA, die messenger RNA (Ribonukleinsäure) oder ribonukleare RNA. Dieser Transport ist aktiv gesteuert. Bestimmte regulatorische Proteine werden in den Zellkern transportiert, um dort die ersten Schritte der Proteinbiosynthese zu starten, der Transkription. Dabei handelt es sich um die Herstellung der mRNA mit der DNA als Template.

Zusätzlich befinden sich in den Zellkernen sogenannte Nucleoli oder Kernkörperchen. Sie enthalten die Gene der rRNA. In diesen Kernkörperchen werden die ribosomalen Untereinheiten hergestellt. Die fertigen Ribosomen gelangen dann über die Kernporen in das Cytoplasma. Das genetische Material liegt im Zellkern in Form von Chromosomen vor, welche zusammen mit bestimmten Proteinen, den Histonen, das Chromatin bilden.

Funktion

Im Zellkern findet der Beginn der Proteinbiosynthese statt. Dabei wird das genetische Material, die DNA (Desoxyriboneukleinsäure) zunächst entfaltet, um es für Proteine zugänglich zu machen. Die DNA besitzt bestimmte Regionen, welche sich meist vor dem eigentlichen Gen befinden, dem Promotor. An dieser Stelle bindet die RNA Polymerase.

Meist bildet sie einen ganzen Komplex mit weiteren Proteinen, die die Funktion der Polymerase steigern, oder sie auch stören. Man bezeichnet solche Proteine als Enhancer, wenn sie der Polymerase behilflich sind, oder Silencer, wenn sie diesen Vorgang behindern. Wenn die Polymerase aktiv ist, so wird der DNA Doppelstrang entfaltet.

Die Polymerase beginnt dann an einem der DNA Einzelstränge entlangzulaufen und die mRNA herzustellen. Sie überspringt dabei die Introns. Ein Gen besteht aus Exons, dem kodierenden DNA Material und den Introns, dem nicht kodierenden DNA Material. Dieser Prozess wird dann als Splicing bezeichnet. Dieser Prozess wird als Transkription bezeichnet.

Die mRNA wird dann über die Kernporen zum endoplasmatischen Retikulum transportiert. Dort wird dann die mRNA mithilfe der Ribosomen in eine Aminosäure Sequenz umgeschrieben. Das Protein entsteht. Es folgen dann weitere Modifizierungen des Proteins wie die Glykosylierung im Golgi Apparat.

Erkrankungen

Sichelzellenanämie

Trisomie 21

Es gibt eine Vielzahl von Krankheiten, die bei Defekten im Zellkern enstehen können. Zumeist entstehen solche Krankheiten aufgrund von einer fehlerhaften Replikation der DNA im Zellkern oder aufgrund von einer defekten Transkription.

Ein Beispiel ist die Sichelzellenanämie. Dabei kommt es zu einem fehlerhaften Austausch einer bestimmten Aminosäure während der Proteinbiosynthese. Dies führt dazu, dass die Erythrozyten eine sichelförmige Form besitzen und fehlerhaft funktionieren.

Zudem kann es während des Vorgangs des Spleißens zu problematischen Fehlern kommen. Nicht funktionsfähige Proteine werden hergestellt, die dann den gesamten biologischen Prozess in der Zelle stören können.

Auch ist ein Defekt bei der Replikation ganzer Chromosomen möglich. Ein Beispiel hierfür ist das Down-Syndrom. Die Patienten besitzen ein drittes Chromosom 21. Dieses beinhaltet ein Gen, welches zu einer Alzheimer Erkrankung führen kann. Dies kommt dadurch zustande, dass dieses Gen dann dreimal vorhanden ist und die Wahrscheinlichkeit einer Alzheimer Erkrankung erhöht.

Quellen

Herold, G.: Innere Medizin. Selbstverlag, Köln 2011
Herold, G.: Innere Medizin. Selbstverlag, Köln 2013
Hahn, J.-M.: Checkliste Innere Medizin. Thieme, Stuttgart
Siegenthaler, W. (Hrsg.): Siegenthalers Differenzialdiagnose Innere Krankheiten – vom Symptom zur Diagnose. Thieme, Stuttgart 2005
Arastéh, K., et al.: Duale Reihe. Innere Medizin. Thieme, Stuttgart 2013

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