Functies van de celkern

invoering

De kern (kern) vormt het grootste organel van eukaryote cellen en bevindt zich in het cytoplasma, gescheiden door een dubbel membraan (nucleaire envelop). Als drager van genetische informatie bevat de celkern genetische informatie in de vorm van chromosomen (DNA-streng) en speelt daarmee een essentiële rol bij overerving. De meeste zoogdiercellen hebben maar één kern; deze is rond en heeft een diameter van 5 tot 16 micrometer. Bepaalde celtypen, zoals spiervezels of gespecialiseerde botcellen, kunnen meer dan één celkern hebben.

Krijg meer informatie over het Celkern

Functies van de celkern

De celkern is het belangrijkste organel in een cel en vormt 10-15% van het celvolume. De kern bevat de meeste genetische informatie van een cel. Bij de mens bevatten de mitochondriën naast de celkern ook DNA ("mitochondriaal DNA"). Het mitochondriale genoom codeert echter slechts voor enkele eiwitten, die vooral in de ademhalingsketen nodig zijn voor energieproductie.

Lees hierover meer op:

• Mitochondriën
• Celademhaling bij mensen (ademhalingsketen)

Illustratie van een celkern

1. Nucleus -
   Kern
2. Buitenste kernmembraan
   (Nucleaire envelop)
   Nucleolemma
3. Binnenste kernmembraan
4. Nucleaire bloedlichaampjes
   Nucleolus
5. Nucleair plasma
   Nucleoplasma
6. DNA-draad
7. Nucleaire porie
8. Chromosomen
9. cel
   Celulla
   A - kern
   B - cel

Een overzicht van alle afbeeldingen van Dr-Gumpert vindt u onder: medische afbeeldingen

Opslag van genetische informatie

Als opslagplaats van deoxyribonucleïnezuur (DNA) is de celkern het controlecentrum van de cel en reguleert het vele belangrijke processen van celmetabolisme. De celkern is essentieel voor het functioneren van een cel. Cellen zonder kern kunnen meestal niet overleven. Een uitzondering hierop zijn de kernhoudende rode bloedcellen (Erytrocyten​Naast regulerende functies omvatten de taken van de celkern de opslag, duplicatie en overdracht van DNA.

Het DNA ligt in de vorm van een lange, strengachtige dubbele helix in de celkern, waar het compact verpakt is in chromosomen met kerneiwitten, de histonen. Chromosomen bestaan ​​uit chromatine, dat alleen tijdens de celdeling condenseert tot microscopisch zichtbare chromosomen. Elke menselijke cel bevat 23 chromosomen in tweevoud, die van beide ouders worden geërfd. De helft van de genen in een cel komt van de moeder, de andere helft van de vader.

De celkern controleert metabolische processen in de cel met behulp van boodschappermoleculen gemaakt van RNA. De genetische informatie codeert voor eiwitten die verantwoordelijk zijn voor de functie en structuur van de cel. Indien nodig worden bepaalde delen van het DNA, genen genaamd, getranscribeerd in een boodschappersubstantie (boodschapper-RNA of mRNA) Het gevormde mRNA verlaat de celkern en dient als sjabloon voor de synthese van de respectievelijke eiwitten.

Beschouw DNA als een soort gecodeerde taal die uit vier letters bestaat. Dit zijn de vier basen: adenine, thymine, guanine en cytosine. Deze letters vormen woorden, elk opgebouwd uit drie basen, codons genaamd.

Elk codon codeert voor een bepaald aminozuur en vormt zo de basis voor de biosynthese van eiwitten, omdat de sequentie van basen van de genen wordt vertaald in een eiwit door de respectievelijke aminozuren aan elkaar te koppelen. Het geheel van deze gecodeerde informatie wordt de genetische code genoemd. De specifieke volgorde van de basen maakt ons DNA uniek en bepaalt onze genen.

Maar niet alleen basen zijn betrokken bij de structuur van DNA. Het DNA is opgebouwd uit opeenvolgende nucleotiden, die op hun beurt weer bestaan ​​uit een suiker, een fosfaat en een base. De nucleotiden vertegenwoordigen de ruggengraat van het DNA, dat de vorm heeft van een spiraalvormige dubbele helix. Bovendien wordt deze streng verder gecondenseerd zodat deze in de kleine kern van de cel past. Dan spreekt men ook van chromosomen als een vorm van verpakking voor DNA. Bij elke celdeling wordt het volledige DNA gekopieerd zodat ook elke dochtercel de volledig identieke genetische informatie bevat.

Chromosomen die worden gebruikt om DNA te verpakken

Een chromosoom is een bepaalde vorm van verpakking van ons erfelijk materiaal (DNA) die alleen zichtbaar is tijdens de celdeling. DNA is een lineaire structuur die veel te lang is om in zijn natuurlijke staat in onze celkern te passen. Dit probleem wordt opgelost door verschillende ruimtebesparende spiralen van het DNA en de opname van kleine eiwitten waar het DNA zich omheen kan blijven wikkelen. De meest compacte vorm van DNA zijn de chromosomen. Onder de microscoop verschijnen deze als staafvormige lichamen met een centrale vernauwing Deze vorm van DNA is alleen waar te nemen tijdens celdeling, dus tijdens mitose. Celdeling kan op zijn beurt weer in verschillende fasen worden verdeeld, waarbij de chromosomen het best in de metafase worden weergegeven. De normale lichaamscellen hebben een dubbele set chromosomen, die uit 46 chromosomen bestaat.

Meer informatie over celkerndeling is beschikbaar op: Mitose

RNA als onderdeel van de celkern

Het RNA beschrijft het ribonucleïnezuur, dat een structuur heeft die lijkt op die van DNA. Dit is echter een enkelstrengs structuur die qua individuele componenten verschilt van DNA. Bovendien is het RNA ook veel korter dan het DNA en heeft het verschillende taken in vergelijking daarmee. Op deze manier kan het RNA worden onderverdeeld in verschillende RNA-subgroepen die verschillende taken uitvoeren. Het mRNA speelt onder meer een belangrijke rol tijdens de celkerndeling. Net als tRNA wordt het ook gebruikt bij de productie van eiwitten en enzymen. Een andere subgroep van RNA is rRNA, dat deel uitmaakt van de ribosomen en dus ook betrokken is bij de aanmaak van eiwitten.

Eiwitsynthese

De eerste stap in de biosynthese van eiwitten is de transcriptie van het DNA in mRNA (transcriptie) en vindt plaats in de celkern. Een DNA-streng dient als een sjabloon voor een complementaire RNA-sequentie. Omdat er echter geen eiwitten in de celkern kunnen worden geproduceerd, moet het gevormde mRNA in het cytoplasma worden afgevoerd en naar de ribosomen worden gebracht, waar uiteindelijk de eigenlijke synthese van de eiwitten plaatsvindt. Binnen de ribosomen wordt het mRNA omgezet in een reeks aminozuren die worden gebruikt om eiwitten te bouwen. Dit proces staat bekend als vertaling.

Voordat het boodschapper-RNA echter uit de kern kan worden getransporteerd, wordt het eerst in vele stappen verwerkt, dat wil zeggen dat bepaalde sequenties worden toegevoegd of uitgesneden en weer in elkaar worden gezet. Dit betekent dat uit één transcript verschillende eiwitvarianten kunnen ontstaan. Dit proces stelt mensen in staat om met relatief weinig genen een groot aantal verschillende eiwitten te produceren.

Replicatie

Een andere belangrijke functie van de cel, die plaatsvindt in de celkern, is de duplicatie van DNA (Replicatie​In een cel is er een constante cyclus van opbouw en afbraak: oude eiwitten, verontreinigende stoffen en stofwisselingsproducten worden afgebroken, nieuwe eiwitten moeten worden aangemaakt en energie moet worden geproduceerd. Bovendien groeit de cel en deelt zich in twee identieke dochtercellen. Voordat een cel zich kan delen, moet echter eerst alle genetische informatie worden gedupliceerd.Dit is belangrijk omdat het genoom van alle cellen in een organisme absoluut identiek is.

Replicatie vindt plaats op een nauwkeurig gedefinieerd tijdstip tijdens de celdeling in de celkern; beide processen zijn nauw met elkaar verbonden en worden aangestuurd door bepaalde eiwitten (Enzymen) gereguleerd. Eerst wordt het dubbelstrengs DNA gescheiden en elke enkele streng dient als sjabloon voor de daaropvolgende duplicatie. Om dit te doen, koppelen verschillende enzymen zich aan het DNA en vullen ze de enkele streng aan om een ​​nieuwe dubbele helix te vormen. Aan het einde van dit proces is er een exacte kopie van het DNA gemaakt, die bij het delen kan worden doorgegeven aan de dochtercel.

Als er echter fouten optreden in een van de fasen van de celcyclus, kunnen er verschillende mutaties ontstaan. Er zijn verschillende soorten mutaties die spontaan kunnen optreden tijdens verschillende fasen van de celcyclus. Als een gen bijvoorbeeld defect is, wordt het een genmutatie genoemd. Als de fout echter bepaalde chromosomen of chromosoomdelen treft, is het een chromosoommutatie. Als het chromosoomnummer wordt aangetast, leidt dit tot een genoommutatie.

Het onderwerp kan ook voor u interessant zijn: Chromosoomafwijking - wat betekent dit?

Nucleaire poriën en signaalroutes

Het dubbele membraan van de nucleaire envelop heeft poriën die dienen voor het selectief transport van eiwitten, nucleïnezuren en signaalstoffen uit en naar de kern.

Bepaalde metabolische factoren en signaalstoffen bereiken via deze poriën de kern en beïnvloeden daar de transcriptie van bepaalde eiwitten. De omzetting van genetische informatie in eiwitten wordt streng gecontroleerd en wordt gereguleerd door vele metabole factoren en signaalstoffen, men spreekt van genexpressie. Veel signaalroutes die in een cel plaatsvinden, eindigen in de celkern en beïnvloeden daar de genexpressie van bepaalde eiwitten.

Nucleair lichaam (nucleolus)

In de kern van eukaryote cellen bevindt zich de nucleolus, het nucleaire lichaam. Een cel kan een of meer nucleoli bevatten, en cellen die erg actief zijn en zich vaak delen, kunnen tot 10 nucleoli bevatten.

De kern is een bolvormige, dichte structuur die duidelijk te zien is onder de lichtmicroscoop en duidelijk afgebakend is binnen de celkern. Het vormt een functioneel onafhankelijk gebied van de kern, maar is niet omgeven door een eigen membraan. De nucleolus bestaat uit DNA, RNA en eiwitten die samen in een dicht conglomeraat liggen. Rijping van de ribosomale subeenheden vindt plaats in de nucleolus. Hoe meer eiwitten er in een cel worden aangemaakt, hoe meer ribosomen er nodig zijn en daarom hebben metabolisch actieve cellen meerdere nucleaire lichamen.

Functie van de kern in de zenuwcel

De kern in een zenuwcel heeft verschillende functies. De kern van een zenuwcel bevindt zich in het cellichaam (Soma) samen met andere celcomponenten (organellen), zoals het endoplasmatisch reticulum (ER) en het Golgi-apparaat. Zoals in alle lichaamscellen, bevat de celkern de genetische informatie in de vorm van DNA. Door de aanwezigheid van DNA kunnen andere lichaamscellen zich via mitose dupliceren. Zenuwcellen zijn echter zeer specifieke en sterk gedifferentieerde cellen die deel uitmaken van het zenuwstelsel. Als gevolg hiervan kunnen ze niet meer verdubbelen. De celkern neemt echter nog een andere belangrijke taak op zich. De zenuwcellen zijn onder meer verantwoordelijk voor de prikkeling van onze spieren, wat uiteindelijk leidt tot beweging van de spieren. Communicatie tussen zenuwcellen en tussen zenuwcellen en spieren vindt plaats via boodschappersubstanties (Zender​Deze chemische stoffen en andere belangrijke levensondersteunende stoffen worden geproduceerd met behulp van de celkern. Niet alleen de celkern maar ook de andere componenten van het soma spelen een belangrijke rol. Bovendien controleert de celkern alle metabolische routes in alle cellen, inclusief zenuwcellen. Hiervoor bevat de celkern al onze genen die, afhankelijk van het gebruik, kunnen worden uitgelezen en vertaald naar de benodigde eiwitten en enzymen.

Meer informatie over de eigenaardigheid van de zenuwcel vindt u op: Zenuwcel