Zellkern – vom Chromatin zum Chromosom

Zellkern – Biologie

Schaut man sich eine Zelle durch ein Mikroskop an, so ist er der wohl auffälligste Zellbestandteil – der Zellkern. Was genau der Zellkern ist, wie man ihn in der Biologie definiert und welche Funktionen er erfüllt, erfährst du im folgenden Text.

Was ist der Zellkern? – Definition

Der Zellkern oder auch Nukleus, abgeleitet vom lateinischen nucleus, bezeichnet ein wichtiges Zellorganell im Cytoplasma der eukaryotischen Zelle. Der Zellkern hat eine rundliche Form und eine durchschnittliche Größe von $5-16~{\mu m}$. Damit ist er nicht nur das größte, sondern auch das bedeutendste Zellorganell. Warum der Zellkern von so großer Bedeutung ist, schauen wir uns nun an.

Zellkern – Aufbau und Funktion

Der Aufbau des Zellkerns
Der Zellkern ist von einer Kernmembran umgeben. Diese besteht aus einer Doppelschicht von Phospholipiden und ähnelt somit dem Aufbau der Zellmembran. Die äußere Schicht geht in das endoplasmatische Retikulum (ER) über. An diesem wiederum sitzen zahlreiche Ribosomen, die die Orte der Translation sind.
Die Innenseite der inneren Schicht wird von der Kernlamina ausgekleidet. Sie ist ein Netz aus Proteinfilamenten, das die Kernhülle strukturell stützt und mit dem Chromatin interagiert. Das Chromatin bezeichnet die auf Histonen aufgewickelte DNA. Bei der Kern‑ und Zellteilung verdichtet sich das Chromatin und es entstehen die mikroskopisch sichtbaren Chromosomen.
Das Kerninnere wird vom Kernplasma, auch als Karyoplasma oder Nucleoplasma bezeichnet, ausgefüllt. In diesem befindet sich neben der DNA auch das Kernkörperchen (Nucleolus). Es besteht hauptsächlich aus DNA, RNA und Proteinen und ist für die Synthese der Bestandteile der Ribosomen zuständig. Einige Zellen besitzen sogar mehrere Kernkörperchen (Nucleoli).
Merke: Zellen, die keine Proteine synthetisieren, also keine Ribosomen haben, besitzen auch keine Kernkörperchen.
Ein Austausch zwischen dem Kerninneren und dem Cytosol findet über die Kernporen der Kernmembran statt. Ausgewählte Moleküle können aktiv, das heißt unter Verbrauch von Energie, zwischen Cytosol und Zellkern hin- und hertransportiert werden. Ausgeschleust werden zum Beispiel mRNA-Moleküle. In den Kern hinein müssen Proteine, die im Cytosol produziert, aber im Kern gebraucht werden. Das können zum Beispiel Proteine für die Kernlamina oder Histone sein.

Die Funktion des Zellkerns

Gemeinhin kann man den Zellkern als die „Steuerzentrale“ der Zelle bezeichnen. Er hat die Aufgabe, grundsätzlich alle in der Zelle ablaufenden Prozesse zu regulieren – denn er besitzt den Grundbauplan, die DNA. Daher sind seine wichtigsten Aufgaben die Transkription und die Replikation der DNA.

• Transkription: Im Zellkern findet das Umschreiben der DNA in mRNA statt – die Transkription. Welche Gene wie oft und über welchen Zeitraum abgeschrieben werden und welche Proteine am Ende synthetisiert werden, wird durch die Genregulation bestimmt. Die Genregulation von Eukaryoten unterscheidet sich von der Genregulation der Prokaryoten.

• Replikation: Kommt es zu einer Zellteilung, so wird in Vorbereitung darauf die DNA verdoppelt – in der Biologie spricht man von der Replikation der DNA. So wird sichergestellt, dass beide Tochterzellen nach einer mitotischen Zellteilung die identische Erbinformation tragen.