Funktioner för cellkärnan

introduktion

Cellkärnan (kärnabildar den största organellen av eukaryota celler och är belägen i cytoplasma, åtskilda av ett dubbelmembran (kärnhölje). Som bärare av den genetiska informationen innehåller cellkärnan den genetiska informationen i form av kromosomer (DNA-sträng) och spelar således en viktig roll i arv. De flesta däggdjursceller har bara en kärna; denna är rund och har en diameter på 5 till 16 mikrometer. Med vissa celltyper, t.ex. Muskelfibrer, eller specialiserade celler i ben, kan ha mer än en kärna.

Få mer information om Cellkärnan

Funktioner för cellkärnan

Cellkärnan är den viktigaste organellen i en cell och utgör 10-15% av cellvolymen. Kärnan innehåller det mesta av cellens genetiska information. Hos människor, förutom cellkärnan, innehåller mitokondrierna också DNA ("mitokondriell DNA"). Det mitokondriella genomet koder emellertid endast för några få proteiner, som huvudsakligen behövs i andningskedjan för energiproduktion.

Läs mer om detta på:

• mitokondrier
• Cellandning hos människor (andningskedja)

Illustration av en cellkärna

1. Cellkärna -
   Nucleus
2. Yttre kärnmembran
   (Kärnhölje)
   Nucleolemma
3. Inre kärnmembran
4. Kärnkroppar
   nucleolus
5. Kärnplasma
   nukleoplasman
6. DNA-tråd
7. Kärnporer
8. kromosomer
9. cell
   Celulla
   A - kärna
   B - cell

Du kan hitta en översikt över alla bilder från Dr-Gumpert under: medicinska bilder

Lagring av genetisk information

Som ett lager av deoxyribonukleinsyra (DNA) är cellkärnan cellens kontrollcenter och reglerar många viktiga processer för cellmetabolism. Cellkärnan är avgörande för att en cell ska fungera. Celler utan kärna kan vanligtvis inte överleva. Ett undantag från detta är de kärnbildade röda blodkropparna (erytrocyter). Förutom regulatoriska funktioner inkluderar cellkärnans uppgifter lagring, duplicering och överföring av DNA.

DNA: t ligger i form av en lång, strängliknande dubbel spiral i cellkärnan, där det packas kompakt i kromosomer med kärnproteiner, histonerna. Kromosomer består av kromatin, som bara kondenserar för att bilda mikroskopiskt synliga kromosomer under celldelning. Varje mänsklig cell innehåller 23 kromosomer, var och en i duplikat, som ärvs från båda föräldrarna. Hälften av generna i en cell kommer från modern, den andra hälften från fadern.

Cellkärnan styr metaboliska processer i cellen med användning av messenger-molekyler tillverkade av RNA. Den genetiska informationskoden för proteiner som ansvarar för cellens funktion och struktur. Om nödvändigt transkriberas vissa delar av DNA, kallad gener, till en messenger substans (messenger RNA eller mRNA). MRNA som bildas lämnar cellkärnan och fungerar som en mall för syntesen av respektive proteiner.

Tänk på DNA som ett slags krypterat språk som består av fyra bokstäver. Dessa är de fyra baserna: adenin, tymin, guanin och cytosin. Dessa bokstäver bildar ord som var och en består av tre baser, kallade kodoner.

Varje kodon kodar för en viss aminosyra och utgör således basen för proteinbiosyntes, eftersom sekvensen för baserna i generna översätts till ett protein genom att koppla de respektive aminosyrorna. Hela denna krypterade information kallas den genetiska koden. Basernas specifika sekvens gör vårt DNA unikt och bestämmer våra gener.

Men inte bara baser är involverade i DNA-strukturen. DNA består av nukleotider i rad, som i sin tur består av ett socker, ett fosfat och en bas. Nukleotiderna representerar ryggraden i DNA, som är i form av en spiralformad dubbel spiral. Dessutom kondenseras denna sträng ytterligare så att den passar in i den lilla kärnan i cellen. Då talar vi också om kromosomer som förpackningsform för DNA. Med varje celldelning kopieras hela DNA: t så att varje dottercell också innehåller den helt identiska genetiska informationen.

Kromosomer används för att paketera DNA

En kromosom är en viss form av förpackning av vårt genetiska material (DNA) som endast syns under celldelning. DNA är en linjär struktur som är alldeles för lång för att passa in i vår cellkärna i sitt naturliga tillstånd. Detta problem löses genom olika utrymmesbesparande spiraler av DNA och inkorporering av små proteiner runt vilka DNA kan fortsätta att lindas. Den mest kompakta formen av DNA är kromosomerna. Under mikroskopet visas dessa som små stavformade kroppar med en central sammandragning. Denna form av DNA kan endast observeras under celldelning, dvs under mitos. Celldelning kan i sin tur delas upp i flera faser, varvid kromosomerna bäst representeras i metafaset. De normala kroppscellerna har en dubbel uppsättning kromosomer, som består av 46 kromosomer.

Mer information om delning av cellkärnor finns på: mitos

RNA som en del av cellkärnan

RNA beskriver ribonukleinsyra, som har en struktur som liknar den hos DNA. Detta är emellertid en ensträngsstruktur, som skiljer sig från DNA i enskilda komponenter. Dessutom är RNA också mycket kortare än DNA och har flera olika uppgifter jämfört med det. På detta sätt kan RNA delas in i olika RNA-undergrupper som utför olika uppgifter. Bland annat spelar mRNA en viktig roll under cellkärnans uppdelning. Liksom tRNA används det också vid produktion av proteiner och enzymer. En annan undergrupp av RNA är rRNA, som är en del av ribosomerna och därför är också involverad i produktionen av proteiner.

Proteinsyntes

Det första steget i proteinbiosyntesen är transkriptionen av DNA till mRNA (transkription) och sker i cellkärnan. En DNA-sträng tjänar som en mall för en komplementär RNA-sekvens. Eftersom inga proteiner kan produceras i cellkärnan måste emellertid det bildade mRNA matas ut i cytoplasma och bringas till ribosomerna, där den faktiska syntesen av proteinerna äger rum. Inom ribosomerna omvandlas mRNA till en sekvens av aminosyror som används för att bygga proteiner. Denna process kallas översättning.

Innan messenger-RNA kan transporteras ut ur kärnan behandlas det först i många steg, det vill säga vissa sekvenser antingen bifogas eller skärs ut och sätts ihop igen. Detta innebär att olika proteinvarianter kan uppstå från ett transkript. Denna process gör det möjligt för människor att producera ett stort antal olika proteiner med relativt få gener.

Replication

En annan viktig funktion hos cellen, som äger rum i cellkärnan, är dubblering av DNA (Replication). I en cell finns en konstant cykel av uppbyggnad och nedbrytning: gamla proteiner, föroreningar och metaboliska produkter bryts ned, nya proteiner måste syntetiseras och energi måste produceras. Dessutom växer cellen och delar upp i två identiska dotterceller. Innan en cell kan delas måste all genetisk information dock först kopieras. Detta är viktigt eftersom genomet för alla celler i en organisme är helt identiskt.

Replikering sker vid en exakt definierad tidpunkt under celldelning i cellkärnan; båda processerna är nära kopplade och kontrolleras av vissa proteiner (enzymer) reglerad. Först separeras det dubbelsträngade DNA: t och varje enskild sträng tjänar som en mall för den efterföljande dupliceringen. För att göra detta dockar olika enzymer på DNA: t och kompletterar den enda strängen för att bilda en ny dubbel spiral. I slutet av denna process har en exakt kopia av DNA skapats, som kan överföras till dottercellen när det delar sig.

Men om fel uppstår i en av cellcykelfaserna kan olika mutationer utvecklas. Det finns olika typer av mutationer som kan uppstå spontant under olika faser av cellcykeln. Till exempel, om en gen är defekt, kallas den en genmutation. Men om felet påverkar vissa kromosomer eller kromosomdelar, är det en kromosommutation. Om kromosomnumret påverkas leder det till en genommutation.

Ämnet kan också vara av intresse för dig: Kromosomavvikelse - vad betyder det?

Kärnporer och signalvägar

Det dubbla membranet i kärnhöljet har porer som tjänar den selektiva transporten av proteiner, nukleinsyror och signalämnen ut och in i kärnan.

Vissa metaboliska faktorer och signalämnen kommer in i kärnan genom dessa porer och påverkar transkriptionen av vissa proteiner där. Omvandlingen av genetisk information till proteiner övervakas strikt och regleras av många metaboliska faktorer och signalämnen, man talar om genuttryck. Många signalvägar som äger rum i en celländ i kärnan, där de påverkar genuttrycket för vissa proteiner.

Kärnkropp (nucleolus)

Inuti kärnan i eukaryota celler är kärnan, kärnkroppen. En cell kan innehålla en eller flera nukleoli, och celler som är mycket aktiva och delar ofta kan innehålla upp till 10 nukleoli.

Kärnan är en sfärisk, tät struktur som tydligt kan ses under ljusmikroskopet och är tydligt definierad i cellkärnan. Det bildar ett funktionellt oberoende område av kärnan, men omges inte av sitt eget membran. Kärnan består av DNA, RNA och proteiner som ligger i ett tätt konglomerat. Mognad av ribosomala underenheter äger rum i kärnan. Ju fler proteiner som syntetiseras i en cell, desto fler ribosomer behövs och därför har metaboliskt aktiva celler flera kärnämnen.

Kärnans funktion i nervcellen

Kärnan i en nervcell har olika funktioner. En nervcells kärna är belägen i cellkroppen (Soma) tillsammans med andra cellkomponenter (organeller), såsom endoplasmatisk retikulum (ER) och Golgi-apparaten. Precis som i alla kroppsceller innehåller cellkärnan den genetiska informationen i form av DNA. På grund av närvaron av DNA kan andra kroppsceller duplicera sig själva via mitos. Men nervceller är mycket specifika och mycket differentierade celler som är en del av nervsystemet. Som ett resultat kan de inte längre fördubblas. Emellertid tar cellkärnan på sig en annan viktig uppgift. Nervcellerna är bland annat ansvariga för excitationen i våra muskler, vilket i slutändan leder till rörelse i musklerna. Kommunikation mellan nervceller och mellan nervceller och muskler sker via messenger-substanser (Sändare). Dessa kemiska ämnen och andra viktiga livshållande ämnen produceras med hjälp av cellkärnan. Inte bara cellkärnan utan också de andra komponenterna i soma spelar en viktig roll. Dessutom styr cellkärnan alla metaboliska vägar i alla celler, inklusive nervceller. För att göra detta innehåller cellkärnan alla våra gener, som beroende på användning kan läsas och översättas till de proteiner och enzymer som krävs.

Mer information om nervcellens specialfunktioner är tillgänglig från: Nervcell