If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Wenn du hinter einem Webfilter bist, stelle sicher, dass die Domänen *. kastatic.org und *. kasandbox.org nicht blockiert sind.

Hauptinhalt

Zellkern (Nukleus) und Ribosomen

Aufbau und Funktion des Zellkerns und der Ribosomen einer Zelle. Wie sie bei der Produktion von Proteinen zusammenarbeiten.

Einführung

Angenommen, du besitzt eine sehr wertvolle Information. Stell dir vor, dass diese Information ein Bauplan ist. Tatsächlich ist es nicht nur ein Bauplan für ein Haus, ein Auto oder sogar einen streng geheimen Kampfjet. Es ist ein Bauplan für einen ganzen Organismus - für dich - und er legt nicht nur fest, wie du dich zusammensetzt, sondern liefert auch die Informationen, die es jeder Zelle in deinem Körper ermöglicht, von Moment zu Moment zu funktionieren.
Klingt wichtig, oder? Wahrscheinlich möchtest du derart wichtige Informationen an einem sicheren Ort aufbewahren, vielleicht in einem geschützten Tresor, den du im Auge behalten kannst. Genau das machen eukaryotische Zellen mit ihrem genetischen Material und bewahren es in einem membranumschlossenen Speicher, dem Zellkern (Nukleus), auf.
Eukaryotische DNA verlässt niemals den Zellkern; stattdessen wird sie in RNA-Moleküle transkribiert (kopiert), die dann aus dem Zellkern wandern können. Im Cytosol binden einige RNA-Moleküle an Strukturen, die Ribosomen genannt werden, wo sie die Synthese von Proteinen steuern. (Andere RNA-Moleküle spielen in der Zelle funktionelle Rollen, dienen als strukturelle Komponenten des Ribosoms oder regulieren die Aktivität von Genen.) Hier werden wir etwas detaillierter auf die Struktur von Nukleus und Ribosomen eingehen.

Der Zellkern (Nukleus)

Der Nukleus (Plural Nuklei) beherbergt das genetische Material der Zelle, die DNA, und ist auch der Ort der Synthese von Ribosomen, den zellulären Maschinen, die Proteine ​​zusammensetzen. Im Inneren des Zellkerns ist Chromatin (DNA, die um Proteine ​​herumgewickelt ist, wie weiter unten beschrieben) in einer gelartigen Substanz gelagert, die als Karyoplasma oder auch Nukleoplasma bezeichnet wird.
Das Karyoplasma wird von der Kernhülle umgeben, die aus zwei Membranschichten besteht: einer äußeren Membran und einer inneren Membran. Jede dieser Membranen enthält zwei Schichten von Phospholipiden, die mit ihren Schwänzen nach innen angeordnet sind (wodurch eine Phospholipiddoppelschicht entsteht). Zwischen den beiden Schichten der Kernhülle befindet sich ein schmaler Raum, der direkt mit dem Inneren einer anderen membranartigen Organelle, dem Endoplasmatischen Retikulum, verbunden ist.
Kernporen, kleine Kanäle, die durch die Kernhülle reichen, lassen Substanzen in den Zellkern ein- und ausdringen. Jede Pore ist von einer Reihe von Proteinen umgeben, dem Proteinkomplex, die kontrollieren, welche Moleküle ein- oder austreten können.
Wenn du ein mikroskopisches Bild des Zellkerns betrachtest, stellst du vielleicht - abhängig von der Färbung, der zur Darstellung der Zelle verwendet wird - fest, dass sich in ihm ein dunkler Fleck befindet. Diese dunkelgefärbte Region wird als Nucleolus bezeichnet und ist die Stelle, an der neue Ribosomen zusammengesetzt werden.
Bildquelle: OpenStax Biology.
Wie wird ein Ribosom hergestellt? Einige Chromosomen besitzen DNA-Abschnitte, die für ribosomale RNA kodieren, eine Art von struktureller RNA, die sich mit Proteinen verbindet, um das Ribosom herzustellen. Im Nukleolus verbindet sich neue ribosomale RNA mit Proteinen, um die Untereinheiten des Ribosoms zu bilden. Die neu entstandenen Untereinheiten werden durch die Kernporen in das Zytoplasma transportiert, wo sie ihre Arbeit verrichten können.
Einige Zelltypen haben mehr als einen Nukleolus im Zellkern. Zum Beispiel haben einige Mauszellen bis zu 6 Nukleoli.1 Prokaryoten, die keinen Zellkern haben, besitzen keine Nukleoli und stellen ihre Ribosomen im Cytosol her.

Chromosomen und DNA

Nun, da wir ein Gefühl für die Struktur des Kerns haben, werfen wir einen genaueren Blick auf die genetische Information, die in ihr gespeichert ist: die DNA. Der größte Teil der DNA eines Organismus ist in einem oder mehreren Chromosomenorganisiert, von denen jedes eine sehr lange DNA-Kette oder DNA-Schleife ist. Ein einzelnes Chromosom kann viele verschiedene Gene tragen.
In Prokaryoten ist DNA typischerweise in einem einzigen zirkulären Chromosom (einer Schleife) organisiert. In Eukaryoten dagegen sind Chromosomen lineare Strukturen (Ketten). Jede eukaryotische Spezies hat eine spezifische Anzahl von Chromosomen in den Zellkernen ihrer Körperzellen. Zum Beispiel besitzt eine typische menschliche Körperzelle 46 Chromosomen, während eine vergleichbare Fruchtfliegenzelle 8 hat.
Chromosomen sind nur als klare Strukturen sichtbar, wenn die Zelle bereit für die Teilung ist. Wenn sich die Zelle in der Wachstums- und Erhaltungsphase ihres Lebenszyklus befindet, ähneln die Chromosomen stattdessen einem abgewickelten, durcheinander gewürfelten Fadenstrang. In dieser Form ist die DNA für die Enzyme zugänglich, die sie in RNA transkribieren, wodurch die genetische Information verwendet (exprimiert) werden kann.
Sowohl in ihrer losen als auch in ihrer kompakten Form sind die DNA-Stränge von Chromosomen an Strukturproteine ​​gebunden, darunter eine Familie von Proteinen, die Histone genannt werden (siehe Bild unten). Diese DNA-assoziierten Proteine ​​organisieren die DNA und helfen ihr, in den Zellkern zu passen, und sie spielen auch eine Rolle bei der Bestimmung, welche Gene aktiv oder inaktiv sind. Der Komplex, der durch die DNA und ihre Strukturproteine ​​gebildet wird, ist als Chromatin bekannt. Mehr über DNA, Chromatin und Chromosomen erfährst du im Artikel DNA und Chromosomen .
Bildquelle: OpenStax Biology. Das Bild rechts ist eine Modifikation der Arbeit des NIH; Maßstabsdaten von Matt Russell.
Um dir ein Gefühl dafür zu geben, wie wichtig das Zusammenpacken der DNA ist, solltest du bedenken, dass die DNA in einer typischen menschlichen Zelle etwa 2 Meter lang wäre, wenn sie in einer geraden Linie vorliegen würde. Diese ganzen 2 Meter der DNA werden in einen winzigen Zellkern mit einem Durchmesser von nur 0,006 mm gequetscht. Das entspricht dem geometrisch äquivalenten Kunststück, 40 km (24 Meilen) eines extrem feinen Fadens in einen Tennisball zu stopfen"!4

Ribosomen

Wie oben erwähnt, sind Ribosomen die molekularen Maschinen, die für die Proteinsynthese verantwortlich sind. Ein Ribosom besteht aus RNA und Proteinen und jedes Ribosom besteht aus zwei separaten Protein-RNA-Komplexen, die als kleine und große Untereinheiten bekannt sind. Die große Untereinheit befindet sich auf der kleinen Untereinheit und zwischen den beiden befindet sich eine RNA-Schablone. (Ein Ribosom sieht ein bisschen aus wie ein Hamburger mit einem geschwollenen Brötchen oben drauf, eine RNA-Frikadelle liegt zwischen den beiden.)
In Eukaryonten erhalten Ribosomen ihren Befehl zur Proteinsynthese aus dem Zellkern, wo Teile der DNA (Gene) transkribiert werden, um Boten-RNA (messenger RNA; mRNA) herzustellen. Die mRNA wandert zum Ribosom, das die darin enthaltenen Informationen nutzt, um ein Protein mit einer spezifischen Aminosäuresequenz zusammenzubauen. Dieser Prozess wird Translation genannt. Prokaryoten fehlt ein Zellkern, daher wird ihre mRNA im Zytoplasma transkribiert und kann sofort durch Ribosomen translatiert werden.
Bildquelle: OpenStax Biology.
Eukaryotische Ribosomen können entweder frei sein, das heißt sie schwimmen im Zytoplasma herum, oder sind gebunden, was bedeutet, dass sie an das endoplasmatische Retikulum oder an die Außenseite der Kernhülle gebunden sind. (In der ersten Abbildung in diesem Artikel stellen die roten Punkte gebundene Ribosomen dar; das endoplasmatische Retikulum mit gebundenen Ribosomen wird rauhes endoplasmatisches Retikulum genannt.)
Da die Proteinsynthese eine essenzielle Funktion aller Zellen ist, sind Ribosomen in praktisch jedem Zelltyp von mehrzelligen Organismen sowie in Prokaryoten wie Bakterien vorhanden. Eukaryotische Zellen, die sich auf die Produktion von Proteinen spezialisiert haben, besitzen jedoch besonders viele Ribosomen. Die Bauchspeicheldrüse ist zum Beispiel dafür zuständig, große Mengen an Verdauungsenzymen zu produzieren und freizusetzen, sodass die Bauchspeicheldrüsenzellen, die diese Enzyme bilden, eine ungewöhnlich hohe Anzahl von Ribosomen aufweisen.
Letzte witzige Tatsache: Als Beleg für die Wichtigkeit der Ribosomen wurde der Nobelpreis für Chemie 2009 an drei Forscher verliehen, die ihre Struktur und Bewegungen auf dem Niveau einzelner Atome abbildeten, indem sie eine Technik namens Kristallstrukturanalyse5 verwendeten.

Willst du an der Diskussion teilnehmen?

Noch keine Beiträge.
Verstehst du Englisch? Klick hier, um weitere Diskussionen auf der englischen Khan Academy Seite zu sehen.