Die Struktur der Kernhülle. Zellkern: Funktionen und Struktur

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Lernstunde u primäre Fixierung neues Wissen.

Unterrichtsplan:

ICH. Zeit organisieren

II. Aktualisierung des Grundwissens

III. Erkundung eines neuen Themas

IV. Konsolidierung des studierten Materials

V. Hausaufgaben

Während des Unterrichts

I. Organisatorischer Moment. (Einführungsrede des Lehrers).

II. Aktualisierung des Grundwissens.

Das. Thema unseres Unterrichts Die Struktur und Funktionen des Kerns“.

Ziele und Ziele des Unterrichts:

1. Das Material zur Struktur und Funktion des Zellkerns als wichtigstem Bestandteil der eukaryontischen Zelle zusammenzufassen und zu studieren.

2. Merkmale eukaryotischer Zellen. Beweisen Sie, dass der Zellkern das Kontrollzentrum der lebenswichtigen Aktivität der Zelle ist. Die Struktur der Kernporen. Inhalt des Zellkerns.

3.Aktivieren Sie die kognitive Aktivität mit der Technologie der "Schlüsselwörter": Karyoplasma, Chromatin, Chromosomen, Nucleolus (Nucleolus). Testfähigkeiten entwickeln.

4. Verbindungen und Beziehungen zwischen Zellorganellen analysieren und herstellen, Vergleiche anstellen, die Fähigkeit zum analytischen Denken entwickeln.

5. Fortsetzen der Entwicklung des kognitiven Interesses unter Gymnasiasten am Studium der Struktur der Zelle als Einheit von Struktur und Funktion von Organismen.

6. Beitrag zur Entwicklung wertsemantischer, allgemeiner kultureller, pädagogischer, kognitiver und informationsbezogener Kompetenzen. Kompetenzen zur persönlichen Selbstverbesserung.

III. Erklärung des neuen Materials.

Einleitendes Wort.

Welche Organellen sind auf Folie Nummer 4 dargestellt? (Mitochondrien, Chloroplasten).

Warum gelten sie als halbautonome Zellstrukturen? (Enthalten ihre eigene DNA, Ribosomen, können ihre eigenen Proteine ​​synthetisieren).

Wo wird sonst DNA gefunden? (Im Kern).

Das. Zelllebensprozesse werden vom Zellkern abhängen. Versuchen wir es zu beweisen.

Sehen Sie sich ein Fragment des Films "Zellkern" an. (Folie Nummer 5).

Der Zellkern wurde 1831 vom englischen Botaniker R. Brown in einer Zelle entdeckt.

Machen Sie eine Schlussfolgerung. Der Zellkern ist der wichtigste Bestandteil einer eukaryotischen Zelle.

Der Kern befindet sich meistens im Zentrum der Zelle und nur in Pflanzenzellen mit einer zentralen Vakuole - im parietalen Protoplasma. Es kann verschiedene Formen haben:

• kugelförmig;
• eiförmig;
• linsenförmig;
• segmentiert (selten);
• verlängert;
• spindelförmig, sowie eine andere Form.

Der Kerndurchmesser variiert zwischen 0,5 Mikrometer (bei Pilzen) und 500 Mikrometer (bei einigen Eiern), in den meisten Fällen beträgt er weniger als 5 Mikrometer.

Die meisten Zellen haben einen Kern, aber es gibt Zellen und Organismen, die 2 oder mehr Kerne enthalten.

Lass uns erinnern. (Leberzellen, Zellen des quergestreiften Muskelgewebes). Folie Nummer 6.

Von Organismen: Pilz - Mucor - mehrere hundert, Infusorien - Schuh hat zwei Kerne. Folie Nummer 7.

Kernlose Zellen: Siebröhren des Phloems höherer Pflanzen und reife Säugetier-Erythrozyten. (Folie Nummer 8).

Sehen Sie sich einen Ausschnitt aus dem Film „Die Struktur des Kerns“ an (Folie Nr. 9, 58 Sek.)

1. Formulieren Sie die Funktionen des Kernels.
2. Beschreiben Sie den Aufbau der Kernmembran und ihre Funktionen.
3. Die Beziehung zwischen Zellkern und Zytoplasma.
4. Kernel-Inhalt.

Der Kern in der Zelle ist nur in der Interphase (Interphasekern) unterscheidbar - dem Zeitraum zwischen seinen Teilungen.

Funktionen:(Folie Nummer 10)

1. Speichert in der DNA enthaltene genetische Informationen und überträgt sie während der Zellteilung auf Tochterzellen.

2. Steuert die lebenswichtige Aktivität der Zelle. Reguliert Stoffwechselprozesse in der Zelle.

Wir betrachten Abb. „Die Struktur des Zellkerns“ (Folie 11)

Wir erstellen ein Diagramm: Die Schüler erstellen es selbst, siehe Folie 12.

Betrachten Sie die Kernhülle (Folie 13)

Die Kernhülle besteht aus einer äußeren und einer inneren Membran. Die Schale ist durchbohrt Kernporen. Wir schließen daraus, dass der Zellkern eine Zweimembranstruktur der Zelle ist.

Arbeiten mit Abb. 93, S. 211. (Lehrbuch von I. N. Ponomarev, O. A. Kornilov, L. V. Simonov, (Folie 14) analysieren wir die Struktur und Funktionen der Kernmembran.

Trennt den Zellkern vom Zytoplasma der Zelle;

Die äußere Hülle geht in das ER über und trägt Ribosomen, kann Vorsprünge bilden.

Die Kernplatte (Lamina) liegt unter der inneren Membran, ist an der Fixierung von Chromatin beteiligt - terminal und andere Teile von Chromosomen können daran befestigt werden.

Der perinukleäre Raum ist der Raum zwischen den Membranen.

Die Poren führen einen selektiven Stofftransport vom Zellkern zum Zytoplasma und vom Zytoplasma zum Zellkern durch. Die Anzahl der Poren ist nicht konstant und hängt von der Größe der Keime und ihrer funktionellen Aktivität ab.

Stofftransport durch die Poren (Folie 15).

Passiver Transport: Zuckermoleküle, Salzionen.

Aktiver und selektiver Transport: Proteine, Ribosomenuntereinheiten, RNA.

Kennenlernen des Porenkomplexes, S. 212. Abb. 94 (Folien 16,17).

Wir fassen zusammen: Die Funktion der Kernmembran ist die Regulierung des Stofftransports vom Zellkern zum Zytoplasma und vom Zytoplasma zum Zellkern.

Kerninhalte (Folie 18,19,20) .

Kernsaft (Nukleoplasma oder Karyoplasma, Karyolymphe) ist eine strukturlose Masse, die Chromatin (Chromosomen) und Nukleolen umgibt. Ähnlich dem Zytosol (Hyaloplasma) des Zytoplasmas. Enthält verschiedene RNA- und Enzymproteine, im Gegensatz zu Hyaloplasma enthält es eine hohe Konzentration an Na, + K +, Cl - Ionen; geringerer Gehalt an SO 4 2– .

Funktionen des Nukleoplasmas:

• füllt den Raum zwischen nuklearen Strukturen;
• beteiligt sich am Transport von Substanzen vom Zellkern zum Zytoplasma und vom Zytoplasma zum Zellkern;
• reguliert die DNA-Synthese während der Replikation, die mRNA-Synthese während der Transkription

Chromatin hat die Form von Klumpen, Körnern und Filamenten (Folie 20.21).

Die chemische Zusammensetzung von Chromatin: 1) DNA (30–45 %), 2) Histonproteine ​​(30–50 %), 3) Nicht-Histonproteine ​​(4–33 %), daher ist Chromatin ein Desoxyribonukleoproteinkomplex (DNP) .

Chromatin ist eine Existenzform von genetischem Material in Interphasezellen. In einer sich teilenden Zelle winden sich DNA-Stränge (Kondensation von Chromatin) und bilden sich Chromosomen.

Die Chromosomen des Zellkerns bilden seinen Chromosomensatz - Karyotyp.

Chromatinfunktionen:

• Enthält genetisches Material - DNA, bestehend aus Genen, die Erbinformationen tragen;
• Führt die Synthese von DNA (während der Verdoppelung von Chromosomen in der S-Periode des Zellzyklus), mRNA (Transkription während der Proteinbiosynthese) durch;
• Reguliert die Synthese von Proteinen und kontrolliert die lebenswichtige Aktivität der Zelle;
• Histonproteine ​​sorgen für Chromatinkondensation.

Kern. Der Zellkern enthält einen oder mehrere Nukleolen. Sie haben eine abgerundete Struktur (Folie 22, 23)

Es enthält: Protein - 70-80% (bestimmt hohe Dichte), RNA - 5-14%, DNA - 2-12%.

Der Nukleolus ist eine abhängige Struktur des Zellkerns. Es wird in der Region des Chromosoms gebildet, die die rRNA-Gene trägt. Solche Abschnitte von Chromosomen werden nukleoläre Organisatoren genannt. Die Bildung des Nukleolus einer menschlichen Zelle umfasst Schleifen von zehn einzelnen Chromosomen, die rRNA-Gene (nukleoläre Organisatoren) enthalten. In den Nukleolen wird rRNA synthetisiert, die zusammen mit dem aus dem Zytoplasma erhaltenen Protein Ribosomen-Untereinheiten bildet.

Sekundäre Verengung - nukleolärer Organisator, enthält rRNA-Gene, ist in einem oder zwei Chromosomen im Genom vorhanden.

Der Zusammenbau der Ribosomen im Zytoplasma ist abgeschlossen. Während der Zellteilung zerfällt der Nukleolus und bildet sich in der Telophase neu.

Funktionen des Nukleolus:

Synthese von rRNA und Zusammenbau von Ribosomen-Untereinheiten (Zusammenbau von Ribosomen aus Untereinheiten im Zytoplasma ist abgeschlossen, nachdem sie den Zellkern verlassen);

Zusammenfassen:

Der Zellkern ist die Schaltzentrale der lebenswichtigen Aktivität der Zelle.

1. Zellkern -> Chromatin (DNP) -> Chromosomen -> DNA-Molekül -> DNA-Abschnitt – das Gen speichert und überträgt Erbinformationen.
2. Der Zellkern steht in ständiger und enger Wechselwirkung mit dem Zytoplasma, in ihm werden mRNA-Moleküle synthetisiert, die Informationen von der DNA an den Ort der Proteinsynthese im Zytoplasma an Ribosomen übertragen. Der Kern selbst wird jedoch auch vom Zytoplasma beeinflusst, da die darin synthetisierten Enzyme in den Kern gelangen und für seine normale Funktion notwendig sind.
3. Der Zellkern steuert die Synthese aller Proteine ​​in der Zelle und durch sie alle physiologischen Prozesse in der Zelle.

Noch Ende des letzten Jahrhunderts wurde nachgewiesen, dass kernlose Fragmente, die von einer Amöbe oder Wimpertierchen abgetrennt wurden, nach mehr oder weniger kurzer Zeit absterben.

Um die Rolle des Zellkerns herauszufinden, kann man ihn aus der Zelle entfernen und die Folgen einer solchen Operation beobachten. Wenn eine Mikronadel verwendet wird, um den Zellkern von einem einzelligen Tier – einer Amöbe – zu entfernen, dann lebt und bewegt sich die Zelle weiter, kann aber nicht wachsen und stirbt nach einigen Tagen. Daher ist der Zellkern für Stoffwechselvorgänge (vor allem für die Synthese) notwendig Nukleinsäuren und Proteine), die das Wachstum und die Vermehrung von Zellen gewährleisten.

Man kann einwenden, dass nicht der Verlust des Zellkerns zum Tode führt, sondern die Operation selbst. Um dies herauszufinden, ist es notwendig, einen Kontrollversuch anzusetzen, d. h. zwei Gruppen von Amöben der gleichen Operation zu unterziehen, mit dem Unterschied, dass in einem Fall der Kern tatsächlich entfernt wird und in dem anderen Fall a Eine Mikronadel wird in die Amöbe eingeführt und in der Zelle bewegt, genau wie beim Entfernen des Zellkerns, und sie werden entfernt, wobei der Zellkern in der Zelle verbleibt. dies wird als „imaginäre“ Operation bezeichnet. Nach einem solchen Eingriff erholen sich Amöben, wachsen und teilen sich; dies zeigt, dass der Tod der Amöben der ersten Gruppe nicht durch die Operation als solche verursacht wurde, sondern durch die Entfernung des Kerns.

Acetabularia ist ein einzelliger Organismus, eine riesige einkernige Zelle mit einer komplexen Struktur (Folie 26).

Es besteht aus einem Rhizoid mit einem Kern, einem Stiel und einem Schirm (Kappe).

Amputation des Stammes (Rhizoid), der den einzelnen Zellkern der Pflanze enthält. Es bildet sich ein neues Rhizoid, das jedoch keinen Zellkern besitzt. Die Zelle kann unter günstigen Bedingungen mehrere Monate überleben, ist aber nicht mehr in der Lage sich zu vermehren.

Eine entkernte (kernhaltige) Pflanze ist in der Lage, die verlorenen Teile wiederherzustellen: Regenschirm, Rhizoid: alles außer dem Kern. Solche Pflanzen sterben nach einigen Monaten ab. Im Gegenteil, Teile dieser einzelligen Pflanze mit Kern können sich immer wieder von Schäden erholen.

Führen Sie den Test durch (Kommentieren Sie die Antwort, Folien 27-37 ).

1. Welche menschlichen Zellen verlieren im Laufe der Entwicklung ihren Zellkern, erfüllen aber noch lange ihre Funktion?

a) Nervenzellen

b) Zellen der inneren Hautschicht

c) Erythrozyten +

d) quergestreifte Muskelfasern

(Erythrozytenzellen. Junge haben einen Kern, reife verlieren ihn, funktionieren noch 120 Tage).

2. Die wichtigsten genetischen Informationen des Körpers werden gespeichert in:

3. Die Funktion des Nukleolus besteht darin, Folgendes zu bilden:

(Im Nukleolus wird rRNA synthetisiert, die zusammen mit dem aus dem Zytoplasma stammenden Protein Ribosomen bildet).

4. Die Proteine, aus denen Chromosomen bestehen, heißen:

(Histonproteine ​​sorgen für Chromatinkondensation).

5. Poren in der Hülle des Kerns:

(Die Poren werden durch Proteinstrukturen gebildet, durch die Zellkern und Zytoplasma passiv und selektiv verbunden sind).

6. Was ist richtig?

a) im Prozess der Zellteilung verschwinden die Nukleolen im Zellkern +

b) Chromosomen bestehen aus DNA

c) In Pflanzenzellen drückt der Zellkern die Vakuole an die Wand

d) Histonproteine ​​beseitigen Störungen in der DNA

(Der Nukleolus ist eine nicht eigenständige Struktur des Zellkerns. Er wird auf einem Abschnitt des Chromosoms gebildet, der rRNA-Gene trägt. Solche Chromosomenabschnitte werden nukleoläre Organisatoren genannt. Vor der Teilung verschwindet der Nukleolus und bildet sich dann neu).

7. Hauptfunktion des Kernels: (2 Antworten)

a) Verwaltung des intrazellulären Stoffwechsels +

b) Isolierung von DNA aus dem Zytoplasma

c) Speicherung genetischer Informationen +

d) Vereinigung der Chromosomen vor der Spiralisierung

(Der Kern enthält DNA, die genetische Informationen speichert und überträgt, durch mRNA erfolgt die Proteinsynthese an den Ribosomen, der Stoffaustausch zwischen dem Kern und dem Zytoplasma erfolgt)

Wählen Sie drei Antworten aus.

8. Geben Sie die Strukturen eukaryotischer Zellen an, in denen DNA-Moleküle lokalisiert sind.

(Teilautonome Organellen der Zelle sind Mitochondrien und Chloroplasten. Der Zellkern, der alle Lebensvorgänge in der Zelle steuert).

9. Die Nukleolen bestehen aus:

(Protein - 70-80% (bestimmt hohe Dichte), RNA - 5-14%, DNA - 2-12%).

10. Was ist richtig?

a) Nukleolen sind „Werkstätten“ zur Herstellung von Lysosomen

b) die äußere Membran ist mit vielen Ribosomen + bedeckt

c) Replikation ist der Prozess der DNA-Selbstkopie +

d) ribosomale RNA wird in den Nukleolen + gebildet

Geben Sie eine Antwort auf eine Frage.

• Was ist die Struktur und Funktion der Kernel-Shell?

Antwortelemente.

1) 1. Schränkt den Inhalt des Kerns aus dem Zytoplasma ein

2) 2. Besteht aus äußeren und inneren Membranen, ähnlich aufgebaut wie die Plasmamembran. Auf der äußeren Membran - Ribosomen, geht in das EPS über.

3) 3. Es hat zahlreiche Poren, durch die der Stoffaustausch zwischen Zellkern und Zytoplasma stattfindet.

Hausaufgaben. Absatz 46. Fragen 2,4 S. 215.

Hauptliteratur.

1. IN. Ponomareva, O.A. Kornilova, L.V. Simonova, Moskauer Verlagszentrum "Ventana - Graf" 2013
2. VV Sacharow, S.G. Mamontov, I. I. Sonin Allgemeine Biologie, Klasse 10. Ed. "Drofa", Moskau 2007
3. AA Kamensky, E.A. Kriksunov, V. V. Pasechnik Allgemeine Biologie Klasse 10-11 Ed. "Drofa" 2010
4. Krasnodembsky E.G., 2008. „Allgemeine Biologie: Ein Handbuch für Gymnasiasten und Studienbewerber“
5. Internet-Ressourcen. Einzelsammlung Bildungsressourcen. Aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie.

Die Rolle des Zellkerns: Der Zellkern erfüllt zwei Gruppen allgemeiner Funktionen: eine im Zusammenhang mit der eigentlichen Speicherung genetischer Informationen, die andere - mit ihrer Implementierung, mit der Bereitstellung von Proteinsynthese.

Die erste Gruppe umfasst Prozesse, die mit der Aufrechterhaltung von Erbinformationen in Form einer unveränderten DNA-Struktur verbunden sind. Diese Prozesse sind mit dem Vorhandensein sogenannter Reparaturenzyme verbunden, die spontane Schäden am DNA-Molekül (Bruch in einer der DNA-Ketten, Teil eines Strahlenschadens) beseitigen, wodurch die Struktur von DNA-Molekülen in einer Reihe praktisch unverändert bleibt von Generationen von Zellen oder Organismen. Darüber hinaus findet im Zellkern eine Reproduktion oder Verdoppelung von DNA-Molekülen statt, die es zwei Zellen ermöglicht, sowohl qualitativ als auch quantitativ genau die gleichen Mengen an genetischer Information zu erhalten. In den Kernen finden die Prozesse der Veränderung und Rekombination des genetischen Materials statt, die während der Meiose (Crossing Over) beobachtet werden. Schließlich sind Zellkerne direkt an der Verteilung von DNA-Molekülen während der Zellteilung beteiligt.

Eine weitere Gruppe von zellulären Prozessen, die durch die Aktivität des Zellkerns bereitgestellt werden, ist die Schaffung des eigentlichen Apparats der Proteinsynthese. Dies ist nicht nur die Synthese, Transkription verschiedener Boten-RNA und ribosomaler RNA auf DNA-Molekülen. Im Kern von Eukaryoten erfolgt die Bildung von Ribosomen-Untereinheiten auch durch Komplexierung von im Nukleolus synthetisierter ribosomaler RNA mit ribosomalen Proteinen, die im Zytoplasma synthetisiert und in den Kern übertragen werden.

Der Zellkern ist also nicht nur ein Behälter für genetisches Material, sondern auch ein Ort, an dem dieses Material funktioniert und sich reproduziert. Daher ist der Verlust von Lil, eine Verletzung einer der oben aufgeführten Funktionen, schädlich für die Zelle als Ganzes. Somit führt eine Verletzung von Reparaturprozessen zu einer Veränderung der Primärstruktur der DNA und automatisch zu einer Veränderung der Struktur von Proteinen, was sicherlich ihre spezifische Aktivität beeinflusst, die einfach verschwinden oder sich so verändern kann, dass sie es wird bieten keine Zellfunktionen, wodurch die Zelle stirbt. Verletzungen der DNA-Replikation führen zu einem Stopp der Zellreproduktion oder zum Auftreten von Zellen mit einer minderwertigen genetischen Information, was ebenfalls schädlich für die Zellen ist. Das gleiche Ergebnis führt zu einer Verletzung der Verteilung des genetischen Materials (DNA-Moleküle) während der Zellteilung. Ein Verlust durch Zellkernschädigung oder bei Verstößen gegen regulatorische Prozesse zur Synthese jeglicher Form von RNA führt automatisch zum Stillstand der Proteinsynthese in der Zelle oder zu deren groben Verstößen.

Die Bedeutung des Zellkerns als Aufbewahrungsort für genetisches Material und seine Hauptrolle bei der Bestimmung phänotypischer Merkmale wurden vor langer Zeit etabliert. Der deutsche Biologe Hammerling war einer der Ersten, der die essentielle Rolle des Zellkerns nachwies. Als Objekt seiner Experimente wählte er die ungewöhnlich große einzellige (oder nichtzellige) Meeresalge Acetabularia.

Hammerling zeigte, dass ein Kern für die normale Entwicklung der Kappe notwendig ist. Bei weiteren Versuchen, bei denen der kernhaltige untere Teil einer Art mit dem kernlosen Stengel einer anderen Art verbunden wurde, entwickelten solche Chimären immer eine für die Art, zu der der Kern gehört, typische Kappe.

Bei der Bewertung dieses Modells der nuklearen Kontrolle sollte man jedoch die Primitivität des als Objekt verwendeten Organismus berücksichtigen. Die Transplantationsmethode wurde später in Experimenten angewendet, die 1952 von zwei amerikanischen Forschern, Briggs und King, mit Zellen des Frosches Rana pipenis durchgeführt wurden. Diese Autoren entfernten Kerne aus unbefruchteten Eizellen und ersetzten sie durch Kerne aus späten Blastula-Zellen, die bereits Anzeichen einer Differenzierung zeigten. In vielen Fällen entwickelten sich aus Empfängereiern normale erwachsene Frösche.

Wenn wir vom Zellkern sprechen, meinen wir die eigentlichen Zellkerne eukaryotischer Zellen. Ihre Kerne sind komplex aufgebaut und unterscheiden sich ziemlich stark von Kernformationen, Nukleoiden und prokaryotischen Organismen. In letzterem enthalten die Nukleoide (kernähnliche Strukturen) ein einzelnes ringförmiges DNA-Molekül, das praktisch frei von Proteinen ist. Manchmal wird ein solches DNA-Molekül von Bakterienzellen als Bakterienchromosom oder Genophor (Genträger) bezeichnet. Das Bakterienchromosom ist nicht durch Membranen vom Hauptzytoplasma getrennt, sondern zu einer kompakten Kernzone zusammengesetzt - einem Nukleoid, das nach speziellen Färbungen im Lichtmikroskop sichtbar ist.

Der Begriff Kern selbst wurde erstmals 1833 von Brown verwendet, um sich auf kugelförmige permanente Strukturen in Pflanzenzellen zu beziehen. Später wurde die gleiche Struktur in allen Zellen höherer Organismen beschrieben.

Der Zellkern ist normalerweise einer pro Zelle (es gibt Beispiele für mehrkernige Zellen), besteht aus einer Kernhülle, die ihn vom Zytoplasma, Chromatin, Nukleolus, Karyoplasma (oder Kernsaft) trennt (Abb.). Diese vier Hauptkomponenten kommen in fast allen sich nicht teilenden Zellen eukaryotischer Einzeller und Vielzeller vor.

Die Kerne sind normalerweise kugelig oder eiförmig; ersterer hat einen Durchmesser von etwa 10 µm und letztere eine Länge von 20 µm.

Der Zellkern ist für das Leben der Zelle notwendig, da er ihre gesamte Aktivität reguliert. Dies liegt daran, dass der Zellkern die in der DNA enthaltenen genetischen (Erb-)Informationen trägt.

Atomhülle

Diese Struktur ist charakteristisch für alle eukaryotischen Zellen. Die Kernhülle besteht aus äußeren und inneren Membranen, die durch einen 20 bis 60 nm breiten perinukleären Raum getrennt sind. Die Kernhülle enthält Kernporen.

Die Membranen der Kernmembran unterscheiden sich morphologisch nicht von anderen intrazellulären Membranen: Sie sind etwa 7 nm dick und bestehen aus zwei osmiophilen Schichten.

IN Gesamtansicht Die Kernmembran kann als hohler zweischichtiger Beutel dargestellt werden, der den Inhalt des Kerns vom Zytoplasma trennt. Von allen intrazellulären Membrankomponenten haben nur der Zellkern, die Mitochondrien und die Plastiden diese Art von Membrananordnung. Die Kernmembran hat jedoch ein charakteristisches Merkmal, das sie von anderen Membranstrukturen der Zelle unterscheidet. Dies ist das Vorhandensein spezieller Poren in der Kernmembran, die durch zahlreiche Verschmelzungszonen zweier Kernmembranen entstehen und gleichsam abgerundete Perforationen der gesamten Kernmembran sind.

Die Struktur der Kernhülle

Die äußere Membran der Kernhülle, die in direktem Kontakt mit dem Cytoplasma der Zelle steht, weist eine Reihe struktureller Merkmale auf, die eine Zuordnung zum eigentlichen Membransystem des endoplasmatischen Retikulums ermöglichen. Daher befindet sich normalerweise eine große Anzahl von Ribosomen auf der äußeren Kernmembran. In den meisten tierischen und pflanzlichen Zellen stellt die äußere Membran der Kernmembran keine perfekt flache Oberfläche dar – sie kann Vorsprünge oder Auswüchse unterschiedlicher Größe zum Zytoplasma hin bilden.

Die innere Membran steht in Kontakt mit dem chromosomalen Material des Zellkerns (siehe unten).

Die charakteristischste und auffälligste Struktur in der Kernhülle ist die Kernpore. Die Poren in der Schale entstehen durch die Verschmelzung zweier Kernmembranen in Form von abgerundeten Durchgangslöchern oder Perforationen mit einem Durchmesser von 80-90 nm. Das abgerundete Durchgangsloch in der Kernhülle ist mit kompliziert organisierten kugelförmigen und fibrillären Strukturen gefüllt. Die Kombination aus Membranperforationen und diesen Strukturen wird Kernporenkomplex genannt. Damit wird betont, dass die Kernpore nicht nur ein Durchgangsloch in der Kernmembran ist, durch das die Substanzen des Zellkerns und des Zytoplasmas direkt kommunizieren können.

Der komplexe Porenkomplex hat achteckige Symmetrie. Entlang der Grenze des abgerundeten Lochs in der Kernmembran befinden sich drei Reihen von Körnern, jeweils 8 Stück: Eine Reihe liegt auf der Seite des Kerns, die andere auf der Seite des Zytoplasmas, die dritte befindet sich im zentralen Teil von die Poren. Die Korngröße beträgt etwa 25 nm. Von diesen Körnern gehen fibrilläre Fortsätze aus. Solche Fibrillen, die sich von den peripheren Körnern erstrecken, können in der Mitte zusammenlaufen und sozusagen eine Trennwand, eine Membran, über der Pore bilden. In der Mitte des Lochs sieht man oft das sogenannte Zentralkorn.

Die Anzahl der Kernporen hängt von der Stoffwechselaktivität der Zellen ab: Je höher die Synthesevorgänge in den Zellen, desto mehr Poren pro Flächeneinheit des Zellkerns.

Anzahl der Kernporen in verschiedenen Objekten

Chemie der Kernhülle

In der Zusammensetzung der Kernmembranen werden kleine Mengen an DNA (0-8%), RNA (3-9%) gefunden, aber die chemischen Hauptbestandteile sind Lipide (13-35%) und Proteine ​​(50-75%). , die für alle Zellmembranen gilt.

Die Zusammensetzung der Lipide ähnelt der in den Membranen von Mikrosomen oder Membranen des endoplasmatischen Retikulums. Die Kernmembranen sind durch einen relativ niedrigen Cholesteringehalt und einen hohen Gehalt an mit gesättigten Fettsäuren angereicherten Phospholipiden gekennzeichnet.

Die Proteinzusammensetzung von Membranfraktionen ist sehr komplex. Unter den Proteinen wurde eine Reihe von Enzymen gefunden, die mit ER üblich sind (z. B. Glucose-6-Phosphatase, Mg-abhängige ATPase, Glutamatdehydrogenase usw.), RNA-Polymerase wurde nicht gefunden. Dabei wurden die Aktivitäten vieler oxidativer Enzyme (Cytochromoxidase, NADH-Cytochrom-c-Reduktase) und verschiedener Cytochrome aufgezeigt.

Unter den Proteinfraktionen von Kernmembranen gibt es basische Proteine ​​vom Histontyp, was durch die Verbindung von Chromatinregionen mit der Kernhülle erklärt wird.

Kernhülle und nuklear-zytoplasmatischer Austausch

Die Kernmembran ist ein System, das die beiden Hauptzellkompartimente abgrenzt: das Zytoplasma und den Zellkern. Die Kernmembranen sind vollständig durchlässig für Ionen, für Substanzen mit geringem Molekulargewicht, wie Zucker, Aminosäuren, Nukleotide. Es wird angenommen, dass Proteine ​​​​mit einem Molekulargewicht von bis zu 70.000 und einer Größe von nicht mehr als 4,5 nm frei durch die Hülle diffundieren können.

Auch der umgekehrte Vorgang ist bekannt - die Übertragung von Substanzen aus dem Zellkern in das Zytoplasma. Dies betrifft vor allem den Transport von ausschließlich im Zellkern synthetisierter RNA.

Eine andere Möglichkeit, Substanzen vom Kern zum Zytoplasma zu transportieren, ist mit der Bildung von Auswüchsen der Kernmembran verbunden, die in Form von Vakuolen vom Kern getrennt werden können, deren Inhalt dann ausgegossen oder in das Zytoplasma geworfen wird.

Aus den zahlreichen Eigenschaften und funktionellen Belastungen der Kernmembran ist daher ihre Rolle als Barriere hervorzuheben, die den Inhalt des Kerns vom Zytoplasma trennt und begrenzt Den freien Zugang in den Zellkern von großen Aggregaten von Biopolymeren, einer Barriere, die aktiv den Transport von Makromolekülen zwischen Zellkern und Zytoplasma reguliert.

Eine der Hauptfunktionen der Kernhülle sollte auch ihre Beteiligung an der Schaffung der intranukleären Ordnung, an der Fixierung von Chromosomenmaterial im dreidimensionalen Raum des Kerns sein.

Kernmatrix

Dieser Komplex stellt keine reine Fraktion dar, er enthält Komponenten der Kernhülle, des Nukleolus und des Karyoplasmas. Es stellte sich heraus, dass sowohl heterogene RNA als auch ein Teil der DNA mit der Kernmatrix assoziiert waren. Diese Beobachtungen gaben Anlass zu der Annahme, dass die Kernmatrix nicht nur eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Gesamtstruktur des Interphasekerns spielt, sondern möglicherweise auch an der Regulation der Nukleinsäuresynthese beteiligt ist.

Vortrag Nr.

Stundenzahl: 2

MobilfunkKERN

1. Allgemeine Eigenschaften des Interphasekerns. Kernel-Funktionen

2.

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4.

1. Allgemeine Eigenschaften des Interphasekerns

Der Zellkern ist der wichtigste Bestandteil der Zelle, der in fast allen Zellen vielzelliger Organismen vorhanden ist. Die meisten Zellen haben einen einzigen Kern, aber es gibt zweikernige und mehrkernige Zellen (z. B. quergestreifte Muskelfasern). Zweikernige und mehrkernige sind auf die funktionellen Eigenschaften oder den pathologischen Zustand der Zellen zurückzuführen. Form und Größe des Zellkerns sind sehr variabel und hängen von der Art des Organismus, der Art, dem Alter und dem Funktionszustand der Zelle ab. Im Durchschnitt beträgt das Volumen des Zellkerns etwa 10 % des Gesamtvolumens der Zelle. Meistens hat der Kern eine runde oder ovale Form mit einem Durchmesser von 3 bis 10 Mikrometern. Mindestgröße der Kern ist 1 Mikron (bei einigen Protozoen), das Maximum 1 mm (Eier einiger Fische und Amphibien). In manchen Fällen besteht eine Abhängigkeit der Zellkernform von der Zellform. Der Kern nimmt normalerweise eine zentrale Position ein, kann aber in differenzierten Zellen in den peripheren Teil der Zelle verschoben werden. Der Zellkern enthält fast die gesamte DNA einer eukaryotischen Zelle.

Die Hauptfunktionen des Kernels sind:

1) Speicherung und Übertragung von genetischen Informationen;

2) Regulierung der Proteinsynthese, des Stoffwechsels und der Energie in der Zelle.

Der Zellkern ist also nicht nur ein Behälter für genetisches Material, sondern auch ein Ort, an dem dieses Material funktioniert und sich reproduziert. Daher führt die Verletzung einer dieser Funktionen zum Zelltod. All dies deutet darauf hin führender Wert Kernstrukturen in den Prozessen der Synthese von Nukleinsäuren und Proteinen.

Einer der ersten Wissenschaftler, der die Rolle des Zellkerns im Leben der Zelle nachwies, war der deutsche Biologe Hammerling. Als Versuchsobjekt verwendete Hammerling große einzellige Algen. AcetobulariaMittelmeer und A.CRenulata. Diese eng verwandten Arten sind durch die Form der "Kappe" gut voneinander zu unterscheiden. An der Basis des Stiels befindet sich der Kern. Bei einigen Experimenten wurde die Kappe vom unteren Teil des Stiels getrennt. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass der Kern für die normale Entwicklung der Kappe notwendig ist. In anderen Experimenten wurde ein Stiel mit einem Kern einer Algenart mit einem Stiel ohne Kern einer anderen Art verbunden. Die resultierenden Chimären entwickelten immer eine für die Art, zu der der Zellkern gehörte, typische Kappe.

Gesamtplan Die Struktur des Interphasekerns ist in allen Zellen gleich. Der Kern besteht aus Kernmembran, Chromatin, Nukleolen, Kernproteinmatrix und Karyoplasma (Nukleoplasma). Diese Komponenten kommen in fast allen sich nicht teilenden Zellen eukaryotischer Einzeller und Vielzeller vor.

2. Kernhülle, Struktur und funktionelle Bedeutung

Kernhülle (Karyolemma, Karyotheca) besteht aus äußeren und inneren Kernmembranen mit einer Dicke von 7 nm. Zwischen ihnen ist Kernraum Breite von 20 bis 40 nm. Die wichtigsten chemischen Bestandteile der Kernmembran sind Lipide (13-35 %) und Proteine ​​(50-75 %). Kleine Mengen an DNA (0-8%) und RNA (3-9%) finden sich auch in der Zusammensetzung der Kernmembranen. Die Kernmembranen sind durch einen relativ niedrigen Gehalt an Cholesterin und einen hohen Gehalt an Phospholipiden gekennzeichnet. Die Kernmembran ist direkt mit dem endoplasmatischen Retikulum und dem Kerninhalt verbunden. Daran schließen sich beidseitig netzartige Strukturen an. Die netzartige Struktur, die die innere Kernmembran auskleidet, sieht aus wie eine dünne Hülle und heißt Kernlamina. Die Kernlamina stützt die Membran und steht in Kontakt mit Chromosomen und Kern-RNA. Die netzartige Struktur, die die äußere Kernmembran umgibt, ist viel weniger kompakt. Die äußere Kernmembran ist mit Ribosomen übersät, die an der Proteinsynthese beteiligt sind. Die Kernhülle enthält zahlreiche Poren mit einem Durchmesser von etwa 30-100 nm. Die Anzahl der Kernporen hängt vom Zelltyp, dem Stadium des Zellzyklus und der spezifischen Hormonsituation ab. Je intensiver also die Synthesevorgänge in der Zelle sind, desto mehr Poren gibt es in der Kernhülle. Kernporen sind eher labile Gebilde, d. h. sie können je nach äußeren Einflüssen ihren Radius und ihre Leitfähigkeit verändern. Die Porenöffnung ist mit komplex organisierten kugelförmigen und fibrillären Strukturen gefüllt. Die Kombination aus Membranperforationen und diesen Strukturen wird als Kernporenkomplex bezeichnet. Der komplexe Porenkomplex hat achteckige Symmetrie. Entlang der Grenze des abgerundeten Lochs in der Kernmembran befinden sich drei Reihen von Körnchen mit jeweils 8 Stück: Eine Reihe ist ein Werkzeug zum Erstellen konzeptioneller Modelle der Seite des Kerns, die andere ist ein Werkzeug zum Erstellen konzeptioneller Modelle von Auf der Seite des Zytoplasmas befindet sich die dritte im zentralen Teil der Poren. Die Korngröße beträgt etwa 25 nm. Fibrilläre Prozesse erstrecken sich von den Körnern. Solche Fibrillen, die sich von den peripheren Körnern erstrecken, können in der Mitte zusammenlaufen und sozusagen eine Trennwand, eine Membran, über der Pore bilden. In der Mitte des Lochs sieht man oft das sogenannte Zentralkorn.

Nuklearer zytoplasmatischer Transport

Der Prozess der Substrattranslokation durch die Kernpore (für den Fall des Imports) besteht aus mehreren Stufen. In der ersten Stufe verankert sich der transportierte Komplex auf der dem Zytoplasma zugewandten Fibrille. Dann biegt sich die Fibrille und bewegt den Komplex zum Eingang des Kernporenkanals. Es findet die eigentliche Translokation und Freisetzung des Komplexes in das Karyoplasma statt. Auch der umgekehrte Vorgang ist bekannt - die Übertragung von Substanzen aus dem Zellkern in das Zytoplasma. Dies betrifft vor allem den Transport von ausschließlich im Zellkern synthetisierter RNA. Es gibt auch eine andere Möglichkeit, Substanzen aus dem Zellkern in das Zytoplasma zu übertragen. Es ist mit der Bildung von Auswüchsen der Kernmembran verbunden, die in Form von Vakuolen vom Kern getrennt werden können und deren Inhalt dann in das Zytoplasma gegossen oder ausgestoßen wird.

Der Stoffaustausch zwischen Kern und Zytoplasma erfolgt also hauptsächlich auf zwei Wegen: durch die Poren und durch Schnürung.

Funktionen der Kernhülle:

1. Barriere.Diese Funktion besteht darin, den Inhalt des Zellkerns vom Zytoplasma zu trennen. Dadurch erweisen sich die Prozesse der RNA/DNA-Synthese von der Proteinsynthese als räumlich getrennt.

2. Transport.Die Kernhülle reguliert aktiv den Transport von Makromolekülen zwischen Zellkern und Zytoplasma.

3. Organisieren.Eine der Hauptfunktionen der Kernhülle ist ihre Beteiligung an der Schaffung der intranuklearen Ordnung.

3. Die Struktur und Funktionen von Chromatin und Chromosomen

Erbgut kann im Zellkern in zwei strukturellen und funktionellen Zuständen vorliegen:

1. Chromatin.Dies ist ein dekondensierter, metabolisch aktiver Zustand, der dazu bestimmt ist, Transkriptions- und Reduktionsprozesse in der Interphase bereitzustellen.

2. Chromosomen.Dies ist der kondensierteste, kompakteste, metabolisch inaktivste Zustand, der dazu bestimmt ist, genetisches Material zu den Tochterzellen zu verteilen und zu transportieren.

Chromatin.Im Zellkern zeigen sich Zonen dichter Substanz, die mit basischen Farbstoffen gut angefärbt sind. Diese Strukturen nennt man „Chromatin“ (vom griechischen „chromo“– Farbe, Farbe). Das Chromatin der Interphasekerne sind die Chromosomen, die sich in einem dekondensierten Zustand befinden. Der Grad der Dekondensation von Chromosomen kann unterschiedlich sein. Die Zonen vollständiger Dekondensation werden genannt Euchromatin. Bei unvollständiger Dekondensation werden Bereiche von kondensiertem Chromatin genannt Heterochromatin. Der Grad der Chromatin-Dekondensation in der Interphase spiegelt die funktionelle Belastung dieser Struktur wider. Je "diffuser" das Chromatin im Interphasekern verteilt ist, desto intensiver sind die Synthesevorgänge darin. VerringernDie RNA-Synthese in Zellen wird normalerweise von einer Zunahme kondensierter Chromatinzonen begleitet.Die maximale Kondensation von kondensiertem Chromatin wird während der mitotischen Zellteilung erreicht. Während dieser Zeit erfüllen die Chromosomen keine synthetischen Funktionen.

Chemisch besteht Chromatin aus DNA (30-45 %), Histonen (30-50 %), Nicht-Histon-Proteinen (4-33 %) und einer kleinen Menge RNA.Die DNA eukaryontischer Chromosomen ist ein lineares Molekül, das aus hintereinander angeordneten Replikons besteht. verschiedene Größen. Die durchschnittliche Replikongröße beträgt etwa 30 µm. Replikons sind DNA-Abschnitte, die als unabhängige Einheiten synthetisiert werden. Replikons haben Start- und Endpunkte für die DNA-Synthese. RNA sind alle bekannten zellulären Arten von RNA im Prozess der Synthese oder Reifung. Histone werden auf Polysomen im Zytoplasma synthetisiert, und diese Synthese beginnt etwas früher als die DNA-Replikation. Synthetisierte Histone wandern vom Zytoplasma zum Zellkern, wo sie an DNA-Regionen binden.

Chromatin ist strukturell ein filamentöses komplexes Molekül des Desoxyribonukleoproteins (DNP), das aus DNA besteht, die mit Histonen assoziiert ist. Das Chromatinfilament ist eine DNA-Doppelhelix, die den Histonkern umgibt. Es besteht aus sich wiederholenden Einheiten, den Nukleosomen. Die Zahl der Nukleosomen ist enorm.

Chromosomen(von griech. chromo und soma) sind die Organellen des Zellkerns, die Träger von Genen sind und die Erbeigenschaften von Zellen und Organismen bestimmen.

Chromosomen sind stäbchenförmige Strukturen unterschiedlicher Länge mit ziemlich konstanter Dicke. Sie haben eine primäre Einengungszone, die das Chromosom in zwei Arme teilt.Chromosomen mit gleicher Anzahl werden genannt metazentrisch, mit ungleich langen Armen - submetazentrisch. Chromosomen mit einem sehr kurzen, kaum wahrnehmbaren zweiten Arm werden als Chromosomen bezeichnet akrozentrisch.

Im Bereich der primären Einschnürung befindet sich ein Zentromer, eine lamellare Struktur in Form einer Scheibe. Bündel von Mikrotubuli der mitotischen Spindel sind am Zentromer befestigt und laufen in Richtung der Zentriolen. Diese Bündel von Mikrotubuli sind an der Bewegung der Chromosomen zu den Zellpolen während der Mitose beteiligt. Einige Chromosomen haben eine sekundäre Verengung. Letzterer befindet sich normalerweise in der Nähe des distalen Endes des Chromosoms und trennt einen kleinen Bereich, den Satelliten. Sekundäre Einschnürungen werden als nukleoläre Organisatoren bezeichnet. Hier ist die DNA lokalisiert, die für die Synthese von rRNA verantwortlich ist. Die Arme der Chromosomen enden in Telomeren, den Endsegmenten. Die Telomerenden von Chromosomen sind nicht in der Lage, sich mit anderen Chromosomen oder deren Fragmenten zu verbinden. Im Gegensatz dazu können sich die gebrochenen Enden von Chromosomen mit den gleichen gebrochenen Enden anderer Chromosomen verbinden.

Die Größe der Chromosomen in verschiedenen Organismen ist sehr unterschiedlich. Die Länge der Chromosomen kann also zwischen 0,2 und 50 Mikrometer variieren. Die kleinsten Chromosomen finden sich in einigen Protozoen, Pilzen. Die längsten sind bei einigen orthopteren Insekten, bei Amphibien und bei Lilien. Die Länge menschlicher Chromosomen liegt im Bereich von 1,5 bis 10 Mikrometern.

Auch die Anzahl der Chromosomen in verschiedenen Objekten variiert stark, ist aber typisch für jede Tier- oder Pflanzenart. Bei einigen Radiolariern erreicht die Anzahl der Chromosomen 1000-1600. Rekordhalter unter den Pflanzen hinsichtlich der Chromosomenzahl (ca. 500) ist der Grasfarn, 308 Chromosomen beim Maulbeerbaum. Die kleinste Anzahl an Chromosomen (2 pro diploidem Satz) wird beim Malaria-Plasmodium, Pferdespulwurm, beobachtet. Der Mensch hat 46 Chromosomenin Schimpanse, Kakerlake und Pfeffer– 48, Fruchtfliege Drosophila - 8, Stubenfliege - 12, Karpfen - 104, Fichte und Kiefer - 24, Taube - 80.

Karyotyp (aus dem Griechischen. Karion - Kern, Nusskern, Operatoren - Probe, Form) - eine Reihe von Merkmalen des Chromosomensatzes (Anzahl, Größe, Form der Chromosomen), die für eine bestimmte Art charakteristisch sind.

Individuen unterschiedlichen Geschlechts (insbesondere bei Tieren) derselben Art können sich in der Anzahl der Chromosomen unterscheiden (der Unterschied liegt meistens auf einem Chromosom). Selbst bei eng verwandten Arten unterscheiden sich Chromosomensätze entweder in der Anzahl der Chromosomen oder in der Größe von mindestens einem oder mehreren Chromosomen.Daher kann die Struktur des Karyotyps ein taxonomisches Merkmal sein.

In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts begann die Praxis der Chromosomenanalyse eingeführt zu werden Methoden der Differenzialfärbung von Chromosomen. Es wird angenommen, dass die Fähigkeit einzelner Chromosomenabschnitte zur Färbung mit ihren chemischen Unterschieden zusammenhängt.

4. Kern. Karyoplasma. Kernproteinmatrix

Der Nukleolus (Nucleolus) ist ein wesentlicher Bestandteil des Zellkerns eukaryotischer Organismen. Es gibt jedoch einige Ausnahmen. So fehlen Nukleolen in hochspezialisierten Zellen, insbesondere in einigen Blutzellen. Der Nukleolus ist ein dichter runder Körper mit einer Größe von 1-5 Mikrometern. Im Gegensatz zu zytoplasmatischen Organellen hat der Nukleolus keine Membran, die seinen Inhalt umgibt. Die Größe des Nukleolus spiegelt den Grad seiner funktionellen Aktivität wider, die in verschiedenen Zellen stark variiert. Der Nukleolus ist ein Derivat des Chromosoms. Der Nukleolus besteht aus Protein, RNA und DNA. Die RNA-Konzentration in den Nukleolen ist immer höher als die RNA-Konzentration in anderen Bestandteilen der Zelle. So kann die RNA-Konzentration im Nukleolus 2- bis 8-mal höher sein als im Zellkern und 1- bis 3-mal höher als im Zytoplasma. Aufgrund des hohen Gehalts an RNA lassen sich die Nukleolen gut mit basischen Farbstoffen anfärben. Die DNA im Nukleolus bildet große Schleifen, die nukleolären Organisatoren genannt werden. Von ihnen hängen die Bildung und Anzahl der Nukleolen in den Zellen ab. Der Nukleolus ist in seiner Struktur heterogen. Es hat zwei Hauptkomponenten: körnig und fibrillär. Der Durchmesser der Körner beträgt etwa 15-20 nm, die Dicke der Fibrillen– 6-8 nm. Die fibrilläre Komponente kann im zentralen Teil des Nukleolus und die körnige Komponente entlang der Peripherie konzentriert sein. Oft bildet die körnige Komponente fadenförmige Strukturen - Nukleoloneme mit einer Dicke von etwa 0,2 μm. Die fibrilläre Komponente der Nukleolen sind die Ribonukleoproteinstränge von Ribosomenvorläufern, und die Granula sind die reifenden Ribosomenuntereinheiten. Die Funktion des Nukleolus besteht darin, ribosomale RNA (rRNA) und Ribosomen zu bilden, an denen im Zytoplasma Polypeptidketten synthetisiert werden. Der Mechanismus der Ribosomenbildung ist folgender: Auf der DNA des nukleolären Organisators wird eine rRNA-Vorstufe gebildet, die in der Nukleoluszone mit einem Protein bekleidet wird. Ribosomen-Untereinheiten werden im Nukleolus zusammengesetzt. In aktiv funktionierenden Nukleolen werden 1500-3000 Ribosomen pro Minute synthetisiert. Ribosomen aus dem Nukleolus treten durch Poren in der Kernhülle in die Membranen des endoplasmatischen Retikulums ein. Die Anzahl und Bildung von Nukleolen ist mit der Aktivität nukleolärer Organisatoren verbunden. Änderungen in der Anzahl der Nukleolen können aufgrund der Fusion von Nukleolen oder aufgrund von Verschiebungen im Chromosomengleichgewicht der Zelle auftreten. Kerne enthalten normalerweise mehrere Nukleolen. Die Kerne einiger Zellen (Molch-Oozyten) enthalten eine große Anzahl von Nukleolen. Dieses Phänomen wurde benannt Verstärkung. Es liegt in der Organisation von Qualitätssicherungssystemen, dass eine Überreplikation der nukleolären Organisatorzone auftritt, zahlreiche Kopien sich von den Chromosomen entfernen und zu zusätzlich arbeitenden Nukleolen werden. Ein solcher Prozess ist für die Akkumulation einer großen Anzahl von Ribosomen pro Ei erforderlich. Dies stellt die Entwicklung des Embryos in den frühen Stadien sicher, selbst wenn keine neuen Ribosomen synthetisiert werden. Die überzähligen Nukleolen verschwinden nach der Reifung der Eizelle.

Das Schicksal des Nukleolus während der Zellteilung. Wenn die rRNA-Synthese in der Prophase abklingt, lockert sich der Nukleolus und fertige Ribosomen treten in das Karyoplasma und dann in das Zytoplasma aus. Während der Chromosomenkondensation sind die fibrilläre Komponente des Nukleolus und ein Teil der Granula eng mit ihrer Oberfläche verbunden und bilden die Grundlage der Matrix der mitotischen Chromosomen. Dieses fibrillär-körnige Material wird von Chromosomen auf Tochterzellen übertragen. In der frühen Telophase, wenn Chromosomen dekondensieren, werden Matrixkomponenten freigesetzt. Sein fibrillärer Teil beginnt sich zu zahlreichen kleinen Assoziaten zusammenzusetzen - Pränukleoli, die sich miteinander verbinden können. Wenn die RNA-Synthese wieder aufgenommen wird, verwandeln sich die Pränukleoli in normal funktionierende Nukleoli.

Karyoplasma(aus dem Griechischen.< карион > – Walnuss, Nusskern) oder Kernsaft, in Form einer strukturlosen, halbflüssigen Masse, umgibt Chromatin und Nukleolen. Kernsaft enthält Proteine ​​und verschiedene RNAs.

Kernproteinmatrix (Kernskelett) - intranukleares Rahmensystem, das dazu dient, die Gesamtstruktur des Interphasenkerns der Vereinigung aller nuklearen Komponenten aufrechtzuerhalten. Es ist ein unlösliches Material, das nach biochemischen Extraktionen im Kern verbleibt. Es hat keine klare morphologische Struktur und besteht zu 98 % aus Proteinen.

Der Zellkern findet sich in jeder eukaryotischen Zelle. In einer Zelle kann es einen oder mehrere Kerne geben (abhängig von ihrer Aktivität und Funktion).

Der Zellkern besteht aus Membran, Zellkernsaft, Nukleolus und Chromatin. Die Kernhülle besteht aus zwei Membranen, die durch einen perinukleären (perinukleären) Raum getrennt sind, zwischen denen sich eine Flüssigkeit befindet. Die Hauptfunktionen der Kernmembran sind die Trennung von genetischem Material (Chromosomen) vom Zytoplasma sowie die Regulierung der bilateralen Beziehungen zwischen Zellkern und Zytoplasma.

Die Kernhülle ist von Poren durchzogen, die einen Durchmesser von etwa 90 nm haben. Der Porenbereich (Porenkomplex) hat eine komplexe Struktur (dies weist auf die Komplexität des Mechanismus zur Regulierung der Beziehung zwischen Kern und Zytoplasma hin). Die Anzahl der Poren hängt von der funktionellen Aktivität der Zelle ab: Je höher sie ist, desto mehr Poren (in unreifen Zellen gibt es mehr Poren).

Die Basis des Kernsaftes (Matrix, Nukleoplasma) sind Proteine. Saft bildet die innere Umgebung des Zellkerns und spielt eine wichtige Rolle bei der Arbeit des genetischen Materials von Zellen. Proteine: filamentöse oder fibrilläre (Stützfunktion), heteronucleare RNA (Produkte der primären Transkription genetischer Informationen) und mRNA (Verarbeitungsergebnis).

Der Nukleolus ist die Struktur, in der die Bildung und Reifung von ribosomaler RNA (rRNA) stattfindet. rRNA-Gene besetzen bestimmte Bereiche mehrere Chromosomen (beim Menschen sind dies 13–15 und 21–22 Paare), in denen nukleoläre Organisatoren gebildet werden, in deren Bereich die Nukleolen selbst gebildet werden. In Metaphase-Chromosomen werden diese Bereiche sekundäre Verengungen genannt und sehen aus wie Verengungen. Die Elektronenmikroskopie zeigte fadenförmige und körnige Bestandteile der Nukleolen. Filamentös (fibrillär) ist ein Komplex aus Proteinen und riesigen rRNA-Vorläufermolekülen, die anschließend zu kleineren Molekülen reifer rRNA führen. Während der Reifung werden die Fibrillen in Ribonukleoprotein-Granula (granuläre Komponente) umgewandelt.

Chromatin hat seinen Namen für seine Fähigkeit, mit basischen Farbstoffen gut zu färben; in Form von Klumpen ist es im Nukleoplasma des Zellkerns verstreut und ist eine Interphasenform der Existenz von Chromosomen.

Chromatin besteht hauptsächlich aus DNA-Strängen (40 % der Masse des Chromosoms) und Proteinen (etwa 60 %), die zusammen den Nukleoproteinkomplex bilden. Es gibt Histon- (fünf Klassen) und Nicht-Histon-Proteine.

Histone (40 %) haben regulatorische (stark mit der DNA verbunden und verhindern das Ablesen von Informationen daraus) und strukturelle Funktionen (Organisation der räumlichen Struktur des DNA-Moleküls). Nicht-Histon-Proteine ​​(mehr als 100 Fraktionen, 20 % der Chromosomenmasse): Enzyme der RNA-Synthese und -Verarbeitung, Reparatur der DNA-Replikation, strukturelle und regulatorische Funktionen. Darüber hinaus wurden RNA, Fette, Polysaccharide und Metallmoleküle in der Zusammensetzung der Chromosomen gefunden.

Je nach Zustand des Chromatins werden euchromatische und heterochromatische Regionen der Chromosomen unterschieden. Euchromatin ist weniger dicht und genetische Informationen können daraus abgelesen werden. Heterochromatin ist kompakter und Informationen können darin nicht gelesen werden. Es gibt konstitutives (strukturelles) und fakultatives Heterochromatin.

5. Struktur und Funktionen halbautonomer Zellstrukturen: Mitochondrien und Plastiden

Mitochondrien (von Gr. mitos - "Faden", Chondrion - "Korn, Korn") sind permanente Membranorganellen von runder oder stäbchenförmiger (oft verzweigter) Form. Dicke - 0,5 Mikrometer, Länge - 5-7 Mikrometer. Die Anzahl der Mitochondrien in den meisten tierischen Zellen beträgt 150-1500; in weiblichen Eiern - bis zu mehreren hunderttausend, in Spermatozoen - dreht sich eine helikale Mitochondrie um den axialen Teil des Flagellums.

Die Hauptfunktionen der Mitochondrien:

1) spielen die Rolle von Energiestationen von Zellen. In ihnen laufen die Prozesse der oxidativen Phosphorylierung (enzymatische Oxidation verschiedener Substanzen mit anschließender Energieansammlung in Form von Molekülen Adenosintriphosphat - ATP) ab;

2) speichern Erbmaterial in Form von mitochondrialer DNA. Mitochondrien benötigen die Proteine, die in den Kern-DNA-Genen kodiert sind, um zu funktionieren, da ihre eigene mitochondriale DNA die Mitochondrien nur mit wenigen Proteinen versorgen kann.

Nebenfunktionen - Teilnahme an der Synthese von Steroidhormonen, einigen Aminosäuren (z. B. Glutamin). Die Struktur der Mitochondrien

Mitochondrien haben zwei Membranen: äußere (glatt) und innere (Bildung von Auswüchsen - blattförmig (Cristae) und röhrenförmig (Tubuli)). Membranen unterscheiden sich in chemischer Zusammensetzung, Enzymsatz und Funktionen.

In Mitochondrien ist der innere Inhalt eine Matrix - eine kolloidale Substanz, in der mit einem Elektronenmikroskop Körner mit einem Durchmesser von 20–30 nm gefunden wurden (sie akkumulieren Calcium- und Magnesiumionen, Nährstoffreserven, z. B. Glykogen).

Die Matrix beherbergt den Organellen-Proteinbiosyntheseapparat: 2–6 Kopien kreisförmiger DNA ohne Histonproteine ​​(wie in Prokaryoten), Ribosomen, ein Satz t-RNA, Enzyme der Reduktion, Transkription, Übersetzung von Erbinformationen. Dieser Apparat als Ganzes ist dem der Prokaryoten sehr ähnlich (in Bezug auf die Anzahl, Struktur und Größe der Ribosomen, die Organisation des eigenen Erbapparates etc.), was das symbiotische Konzept des Ursprungs der eukaryotischen Zelle bestätigt.

Sowohl die Matrix als auch die Oberfläche der inneren Membran sind aktiv an der Umsetzung der Energiefunktion der Mitochondrien beteiligt, auf denen sich die Elektronentransportkette (Cytochrome) und die ATP-Synthase befinden, die die Phosphorylierung von ADP gekoppelt mit Oxidation katalysiert, die sich umwandelt es in ATP.

Mitochondrien vermehren sich durch Ligation, sodass sie während der Zellteilung mehr oder weniger gleichmäßig auf die Tochterzellen verteilt werden. Somit wird eine Sukzession zwischen den Mitochondrien von Zellen aufeinanderfolgender Generationen durchgeführt.

Somit sind Mitochondrien (im Gegensatz zu anderen Organellen) durch relative Autonomie innerhalb der Zelle gekennzeichnet. Sie entstehen bei der Teilung mütterlicher Mitochondrien, haben eine eigene DNA, die sich vom Kernsystem der Proteinsynthese und Energiespeicherung unterscheidet.

Plastiden

Dies sind halbautonome Strukturen (sie können relativ autonom von der Kern-DNA der Zelle existieren), die in Pflanzenzellen vorhanden sind. Sie werden aus Proplastiden gebildet, die im Embryo der Pflanze vorhanden sind. Begrenzt durch zwei Membranen.

Es gibt drei Gruppen von Plastiden:

1) Leukoplasten. Sie sind rund, nicht gefärbt und enthalten Nährstoffe (Stärke);

2) Chromoplasten. Sie enthalten Moleküle von Farbstoffen und sind in den Zellen farbiger Pflanzenorgane (Früchte von Kirschen, Aprikosen, Tomaten) vorhanden;

3) Chloroplasten. Dies sind die Plastiden der grünen Pflanzenteile (Blätter, Stängel). In ihrer Struktur ähneln sie in vielerlei Hinsicht den Mitochondrien tierischer Zellen. Die äußere Membran ist glatt, die innere hat Auswüchse - Lamelosomen, die in Verdickungen enden - Thylakoide, die Chlorophyll enthalten. Das Stroma (flüssiger Teil des Chloroplasten) enthält ein ringförmiges DNA-Molekül, Ribosomen, Reservenährstoffe (Stärkekörner, Fetttröpfchen).

Der Kern ist von einer Membran umgeben, die aus zwei Membranen besteht

Die äußere Kernmembran ist eine Fortsetzung der ER-Membranen, und der perinukleäre Raum (Lumen) geht in das Lumen des ER über

In der Kernhülle sind zahlreiche NPCs vorhanden, die die einzigen Kanäle für den Austausch von Molekülen und Makromolekülen zwischen dem Kern und dem Zytoplasma sind

Kern umgeben von einer Hülle aus zwei konzentrisch angeordneten äußeren und inneren Kernmembranen. Jede Membran enthält einen spezifischen Satz von Proteinen und eine durchgehende Doppelschicht aus Phospholipiden. Mit Ausnahme einiger einzelliger Eukaryoten wird die innere Kernmembran von einem Netzwerk aus Filamenten gestützt, die in einer netzartigen Struktur verankert sind. Dieses Netzwerk aus Filamenten wird Kernlamina genannt.

draussen Kernmembran gelangt in die ER-Membranen und ist, wie die meisten seiner Membranen, mit Ribosomen bedeckt, die an der Proteinsynthese beteiligt sind. Die folgende Abbildung zeigt die Verbindung der Außenmembran mit dem EPR.

Raum zwischen außen und innen Kernmembranen ist der perinukleäre Raum (PP). So wie die äußere Membran mit der Membran verbunden ist, kontaktiert die Kernhülle PP den Innenraum des ER. Die Dicke jeder der beiden Membranen beträgt 7–8 nm (nm), und die Breite der Kernhülle PP beträgt 20–40 nm.

In der Untersuchung von Präparaten der Kernhülle in der Elektronik Mikroskop Das auffälligste Merkmal der Struktur sind die NPCs (Kernporenkomplexe), die als Kanäle für den Transport der meisten Moleküle zwischen dem Zellkern und dem Zytoplasma dienen. Die Hülle der Kerne der meisten Zellen enthält etwa 10-20 NPCs pro Quadratmikrometer Oberfläche. So enthalten Hefezellen 150–250 NPCs und somatische Säugetierzellen 2000–4000.

Allerdings einige Zellen haben eine viel höhere Porendichte, wahrscheinlich weil sie durch eine hohe Intensität von Transkriptions- und Translationsprozessen gekennzeichnet sind, was den Transport einer großen Anzahl von Makromolekülen in und aus dem Kern impliziert. Beispielsweise ist die Oberfläche des Zellkerns von Amphibien-Eizellen fast vollständig mit NPCs bedeckt.

Wie könnte es sein doppelte Kernmembran? In einer eukaryotischen Zelle haben Mitochondrien und Chloroplasten ebenfalls eine Doppelmembran. Nach der Endosymbiose-Hypothese wurden diese Organellen während der Evolution gebildet, als einige Zellen andere im Prozess der Endozytose einfingen. Dann waren die absorbierten Zellen von zwei Membranen umgeben: ihrer eigenen und der Membran der Wirtszelle. Es stellte sich heraus, dass einige der aufgenommenen Zellen eine Stoffwechselaktivität aufweisen, zum Beispiel im Gegensatz zu Wirtszellen Photosynthese betreiben können.

Der überzeugendste Beweis dafür Endosymbiotischer Ursprung der Mitochondrien und Chloroplasten liegt in der Tatsache, dass die Ribosomen beider Organellen eher an die Ribosomen moderner Prokaryoten erinnern und in geringerem Maße an dieselben Mikrostrukturen des Zytoplasmas einer eukaryotischen Zelle. Viel weniger klar ist der Ursprung des Kerns. Die Existenz einer doppelten Kernmembran, wie der von Mitochondrien und Chloroplasten, legt jedoch nahe, dass sich die eingefangene prokaryotische Zelle zu einem Kern entwickelt hat, der die gesamte zelluläre DNA enthält.

Die Kernhülle ist damit verbunden Endoplasmatisches Retikulum(EPR). Die Oberfläche der Kernmembran der Eizelle von Xenopus laevis ist mit Komplexen von Kernporen bedeckt.
Der Zellkern könnte sich als Ergebnis einer Endosymbiose, eines Prozesses, gebildet haben
bei dem eine prokaryotische Zelle eine andere Zelle einfängt; dann wird die eingefangene Zelle zu einem primitiven Kern.