Pflanzenzelle
Der Zellkern einer eukaryotischen Zelle steuert direkt oder indirekt praktisch alle zellulären physiologischen Aktivitäten, einschließlich der Initiierung, Regulierung und Beendigung enzymatischer Vorgänge.
Der Zellkern ist auch der Speicher für genetische Informationen (das Genom) und beherbergt und schützt die Chromosomen und die Gene, die sie tragen. In allen eukaryotischen Zellen ist der Zellkern im Allgemeinen die größte und am zentralsten gelegene Zellstruktur, obwohl in pflanzlichen Speicherzellen bestimmte Arten von Vakuolen größer und auffälliger sein können.
Der Zellkern, vom griechischen Wort nucle (was „Grube“ oder „Kern“ bedeutet), ist die Befehls- und Kontrollzentrale der Zelle. Die sechs grundlegenden Funktionen des Zellkerns sind zum einen der Schutz und die Speicherung von Genen, wodurch die Desoxyribonukleinsäure (DNA), auf der die Gene organisiert sind, vor dem Rest der Zelle geschützt wird.
Zweitens, die Gene in Chromosomen zu organisieren, um ihre Bewegung und Verteilung während der Zellteilung zu erleichtern; drittens, das Abwickeln der DNA während des Kopierens von Genen für die Produktion von Tausenden von Proteinen zu organisieren.
Viertens werden regulatorische Moleküle, vor allem Enzyme und andere Genprodukte, hergestellt und in das Zytoplasma transportiert; fünftens werden Untereinheiten der Ribosomen hergestellt; und sechstens reagiert der Zellkern auf Hormone und andere chemische Signale, die über die Kernporen empfangen werden.
Bestandteile
Strukturell besteht der Zellkern aus mehreren unterschiedlichen Teilen: einer Kernhülle, dem Nukleoplasma, dem Chromatin und einer oder mehreren Unterorganellen, den Nukleoli. Die Kernhülle bildet eine schützende Barriere, die den Zellkern vom Zytoplasma
Die Hülle besteht aus zwei Einheitsmembranen (Doppeleinheitsmembran), die strukturell anderen Membranen der Zelle ähnlich sind. Die äußere Membran ist eng mit dem endoplasmatischen Rektikulum (ER) der Zelle verbunden und kann mit diesem durchgehend sein. Wie das raue ER des Zytoplasmas hat die äußere Kernmembran Ribosomen, die in sie eingebettet sind.
Diagramm des Zellkerns
Einige Wissenschaftler vermuten sogar, dass die Kernhülle nur eine lokalisierte und spezialisierte Version des ER ist. Die innere Kernmembran ist mit einer faserigen Schicht, der so genannten Kernlamina, ausgekleidet, die der Form des Kerns Festigkeit und Struktur verleiht und möglicherweise auch als Bindungsstelle für Chromatin dient.
Zwischenzeitlich wird die Kernhülle von kleinen Poren durchbrochen, die als Kommunikationskanäle für den kontrollierten Austausch von Materialien zwischen dem Kern und dem Zytoplasma dienen. Insgesamt bedecken die Kernporen etwa 10 Prozent der Oberfläche des Zellkerns.
Jede Kernpore ist ein Komplex, der aus einer zentralen Pore mit einem geschätzten Durchmesser von 30-100 Nanometern besteht. Die selektiv durchlässigen Kernporen fungieren als Ein- und Austrittswege für eine Vielzahl wasserlöslicher Moleküle, meist Kernprodukte, wie Ribosomen-Untereinheiten, Boten-RNA (Ribonukleinsäure)-Moleküle und Chromosomenproteine.
Das Protoplasma innerhalb des Kerns wird Nukleoplasma genannt. Wie das Zytoplasma besteht es aus einer gallertartigen Mischung von Substanzen und Organellen, unterscheidet sich jedoch durch eine höhere Konzentration von Nukleotiden und anderen organischen Molekülen, die bei der Synthese von DNA und RNA verwendet werden.
Zu den wichtigsten Strukturen innerhalb des Nukleoplasmas gehören die DNA und normalerweise eine Organelle – manchmal aber auch mehrere -, der so genannte Nukleolus. Außer bei der Zellteilung liegen die DNA-Moleküle in Form eines Netzwerks aus abgewickelten Fasern vor, das Chromatin genannt wird. Während der Zellteilung wickeln sich die molekularen DNA-Stränge um Histonproteine, um sich zu kondensieren und die Chromosomen zu bilden.
Die Anzahl der Chromosomen, die sich im Zellkern befinden, ist für jede Pflanzen- und Tierart spezifisch. Der Mensch hat zum Beispiel sechsundvierzig Chromosomen, Tabak achtundvierzig, Mais zwanzig, Karotten achtzehn und Erbsen vierzehn Chromosomen.
Der Nukleolus ist die größte sichtbare Organelle innerhalb des Zellkerns. Er ist typischerweise mit bestimmten Regionen von Chromosomen verbunden, die als Kernorganisatorregionen bezeichnet werden und Gene enthalten, die die Synthese von ribosomalen Untereinheiten steuern.
Die Hauptprodukte der Nukleolusaktivität sind die Einheiten der ribosomalen RNA (rRNA). Diese Untereinheiten werden schließlich mit ribosomalen Proteinen komplexiert und durch spezielle Trägerproteine aus dem Zellkern ins Zytoplasma transportiert.
An anderen Stellen im Zellkern, den sogenannten funktionellen Domänen, wird die Synthese von Botenmolekülen (pre-mRNA) und Transfermolekülen (tRNA) gesteuert. Sobald diese Moleküle gebildet sind, werden sie mit Proteinen komplexiert und als Nukleoproteine ins Zytoplasma transportiert.
Zellteilung
Obwohl scheinbar stabil und langlebig, verschwindet der Kern aus dem normalen Blickfeld und wird während der Zellteilung bei fast allen Pflanzen neu gebildet, außer bei Hefen, die während des gesamten Teilungsprozesses einen klar definierten Kern behalten.
In anderen eukaryontischen Pflanzenzellen verschwindet der Zellkern schon früh während der Prophase der Mitose, wenn die Kernhülle enzymatisch in kleine, fast unsichtbare Bläschen zerfällt. Diese werden erst in der Telophase wieder zusammengesetzt, wenn sie sich um die Chromosomen herum neu bilden und von der Lamina der Tochterzellen kontrolliert werden.