Form, Bestandteile
meist kugelförmig bis spindelförmig bei tierischen Zellen meist +/- zentral in der Zelle ca 10% des Zellvoumens bei Säugern (Kern-Plasma Relation:größere Zellen haben meist große Kerne
Zellkern Aufgaben
Steuerzentrale der eukaryotischen Zelle genetisches Material als DNA gelagert Replikation des Erbmaterials bei der Zellteilung Beginn der Übersetzung in die Sprache der Proteine
Strukturkomponenten
Kernhülle ( doppelte Membran) Kernporen Chromatin (genetisches Material) Nucleolus (Kernkörperchen→wirken an Synthese von RNA & Zusammenbau der Ribosomen) Karyoplasma ( Kern- Grundsubstanz) Kernskelett
1. Kernhülle (nuclear envelope)
phylogenetisch wahrscheinlich ältestes Endomembransystem in hungernden Zellen werden z.B. Er und Golgi abgebaut ⇒die Regeneration der Membransysteme geht von der Kernhülle aus bei der Zellteilung zerfällt sie in Vesikel
Struktur der Kernhülle
äußere und innere Membran der von beiden Membranen umschlossene Raum (Perinuclearzisterne) steht in Verbindung mit dem ER zum Stoffaustausch mit dem Cytoplasma dienen Kernporenkomplexe (NPCs)
Beispiele für die Komplexität des Problems Kerntransport
Ribosomen bestehen aus rRNA und Proteinen rRNA und mRNAs für ribosomale Proteine werden im Kern transkribiert Translation der Proteine im Cytoplasma Import der Proteine in den Kern Zusammenbau im Nucleolus Export der großen und kleinen Untereinheiten ins Cytoplasma Schätzung schnell wachsende Hefekultur: Import ca. 150.000 ribosomale Proteine pro Minute, Export ca. 4000 ribosomale Untereinheiten pro Minute
Kernporenkomplexe
Randwulst (Annulus) aus 8 Untereinheiten Pore von 50-70 nm Weite vom Annulus reichen 8 Speichen nach innen in der Mitte sitzt ein Zentralgranulum →Plug (wichtig für Kontrolle der Transportvorgänge!) Gesamtmasse 120MDa= 30 Ribosomen! enthalten wahrscheinlich mehr als 100 unterschiedliche Proteine, aber auch mehrere RNAs
Kernlamina
dünnes Fasergeflecht gebunden durch integrale Membranproteine ( mechanische Stütze des Zellkern & Anheftungsstelle für Chromatinfasern)
Signale entscheiden über unser Leben
KKKRK (Lys-Lys-Lys-Arg-Lys): Kern Targeting Signal: Sequenz positiv geladener Aminosäuren am N- oder C- Terminus
Kernlamina
liegt der Innenseite der Kernhülle an im EM dunkle Schicht unterschiedlicher Dicke Netzwerk aus Protein Filamenten: besteht aus Laminen ⇒Intermediärfilamente bindet stark an Chromatin bei der Zellteilung löst sich die Kernhülle auf geht mit der Phosphorylierung der Lamine einher nach der Zellteilung Dephosphorylierung
Kernkörperchen -Nucleolus
kugelig kompakt 1-6% des Kernvolumens Bildungsort der Präribosomen ⇒geht von Satellitenchromosomen aus Fabrik in der ribosomale Unterinheiten aufgebaut werden
Ribsomen
bestehen aus ribosomaler RNA und asu Proteinen Einteilung erfolgt nach Sedimentationskonstanten (S-Wert) werden in den Nucleoli des Zellkerns zusammengebaut
Chromosomen/ Chromatin
1888 " dichte bei Mitose und Meiose im Lichtmikroskop sichtbare Chromatingebilde.." Chromation= alles was bei der Zellteilung in den Chromosomen ist heute wird der Begriff weiter gefasst: auch Genome von Prokaryoten, Mitochondrien, Plastiden, Viren
Heterochromatin
während Interphase dicht verpackt elektronenmikroskopisches Bild: auch außerhalb der Zellteilung dunkel,, also relativ stark kondensiert ⇒hohe Massedichte es handelt sich meistens um hochrepetitive DNA wird selten transkribiert
Euchromatin
im elektronenmikroskopischen Bild zwischen den Zellteilungen hell, also stark dekondensiert hohe Transkriptionsaktivität liegt locker vor ⇒kehrt in diffusen Zustand zurück
Chromosomen
bei Eukaryoten ist das Erbmaterial komplex organisiert: mindestens doppelt (diploid) →Ausnahme Fortpflanzungszellen, Sporen, Gametophyten gestückelt in mehrere Stränge bzw. Chromosomen mit Proteinen komplexiert= Chromatin Der DNA Gehalt ist weitaus höher als bei Prokaryonten (DNA Menge korreliert nicht mit der Phylogenie/ dem Entwicklungsstand) Lichtmikroskopisch nur bei Zellteilung zu sehen
Funktionell wichtige Teile von Chromosomen
Centromer: zentrale bis terminale Einschnürung ( ohne Centromer wird Chromosom nicht erkannt) Telomere: Endregionen der Chromosomen ( DNA Polymerase setzt nicht am Ende der DNA an ohne TElomere würden sich DNA Stücke verkürzen autonom replizierende Sequenzen: Replikationsursprung ⇒Mindestanforderungen, damit DNA-Stück auf Tochterzellen aufgeteilt werden kann
Chromatinstruktur
die Chromatinfibrillen sind in Schleifen angeordnet und bilden sogenannte Chromatin-Domänen die DNA dieser Domänen ist ca. 30.000-1000.000 bp lang und enthält die Gene/Transkriptionseinheiten an der Basis sind die Schleifen an einem Gerüst aus Nicht-Histon Proteinen verankert die DNA Sequenz in diesen Bereichen bidet die scaffold attachement region Chromosomen (Metaphase) enthalten 2x so viel Protein wie DNA DNA bildet einen Komplex mit Histonen (Nucleosomen) ⇒basische Proteine (H1,H2A..) vielfach posttranslational modifiziert: Phosphorylierung, Methylierung..
Chromatinstruktur menschliche Zelle
ca. 6 Milliarden Basenpaare organisiert über ca. 30 Millionen Nucleosomen Konformation der Histon-Octamere wechselt im Zeitraum von 2 Nanosekunden
Chromatinstruktur mit Nucleosomen
je 2 Moleküle H2A, H2B, H3, und H4 bilden einen Octamerkomplex die DNA windet sich 2x umd idesen Komplex 0 Nucleosom benachbarte Octamer- DNA Komplexe werden durch das Histon H1 zusammengehalten weitere Proteine kontrollieren den korrekten Zusammenbau der Octamere und die weitergehende Anordnung der Nucleosomen (Nicht Histonproteine
DNA Verpackung und Organisationsstufen
DNA Doppelhelix⇒Perlenketten Form des Chromatins⇒Chromatinfaser aus dichtgepackten Nucleosomen⇒ausgestreckter Chromosomenabschnitt⇒kondensierter Chromosomenabschnitt⇒ vollständig mitotisches Chromosom
