Cellkärnans funktioner

introduktion

Kärnan (kärna) bildar den största organellen av eukaryota celler och är belägen i cytoplasman, åtskild av ett dubbelt membran (kärnhölje). Som bärare av genetisk information innehåller cellkärnan genetisk information 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. Vissa celltyper, såsom muskelfibrer eller specialiserade celler i ben, kan ha mer än en kärna.

Få mer information om Cellkärna

Cellkärnans funktioner

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 mitokondrier också DNA ("mitokondrie-DNA"). Emellertid kodar det mitokondriella genomet 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. Nucleus -
   Kärnan
2. Yttre kärnmembran
   (Kärnhölje)
   Nukleolemma
3. Inre kärnmembran
4. Kärnkroppar
   Nucleolus
5. Kärnplasma
   Nukleoplasma
6. DNA-tråd
7. Kärnporer
8. Kromosomer
9. cell
   Celulla
   A - kärna
   B - cell

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

Lagring av genetisk information

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

DNA ligger i form av en lång, trådliknande dubbel spiral i cellkärnan, där den kompakt packas i kromosomer med kärnproteiner, histonerna. Kromosomer består av kromatin, som bara kondenseras till mikroskopiskt synliga kromosomer under celldelning. Varje mänsklig cell innehåller 23 kromosomer 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 hjälp av budbärarmolekyler gjorda av RNA. Den genetiska informationskoden för proteiner som är ansvariga för cellens funktion och struktur. Vid behov transkriberas vissa delar av DNA, som kallas gener, till en budbärare substans (budbärar-RNA eller mRNA). Det mRNA som bildas lämnar cellkärnan och fungerar som en mall för syntes 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 utgör ord, var och en består av tre baser, kallade kodoner.

Varje kodon kodar för en viss aminosyra och bildar sålunda grunden för proteinbiosyntes, eftersom sekvensen av baser av generna översätts till ett protein genom att länka respektive aminosyror. Hela denna krypterade information kallas genetisk kod. Basernas specifika sekvens gör vårt DNA unikt och bestämmer våra gener.

Men inte bara baser är inblandade i DNA-strukturen. DNA består av nukleotider i rad, som i sin tur består av ett socker, ett fosfat och en bas. Nukleotiderna representerar DNA-ryggraden, som är i form av en spiralformad dubbelhelix. Dessutom kondenseras denna tråd ytterligare så att den passar in i cellens lilla kärna. Då talar man också om kromosomer som en form av förpackning för DNA. Med varje celldelning kopieras hela DNA så att varje dottercell också innehåller helt identisk genetisk information.

Kromosomer som används för att packa DNA

En kromosom är en viss form av förpackning av vårt genetiska material (DNA) som bara syns under celldelning. DNA är en linjär struktur som är alldeles för lång för att passa in i vår cellkärna i dess naturliga tillstånd. Detta problem löses genom olika rymdbesparande spiraler av DNA och införlivande av små proteiner runt vilka DNA kan fortsätta att linda. Den mest kompakta formen av DNA är kromosomerna. Under mikroskopet framträder dessa som stavformade kroppar med en central förträngning.Denna form av DNA kan endast observeras under celldelning, dvs under mitos. Celldelning kan i sin tur delas in i flera faser, varigenom kromosomerna är bäst representerade i metafasen. De normala kroppscellerna har en dubbel uppsättning kromosomer, som består av 46 kromosomer.

Mer information om cellkärnadelning finns på: Mitos

RNA som en del av cellkärnan

RNA beskriver ribonukleinsyran, som har en struktur som liknar den hos DNA. Detta är dock en enkelsträngad struktur som skiljer sig från DNA när det gäller 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 cellkärndelningen. 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 också är involverad i produktionen av proteiner.

Proteinsyntes

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

Innan budbärar-RNA kan transporteras ut ur kärnan behandlas det dock först i många steg, det vill säga vissa sekvenser antingen läggs till 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.

Replikering

En annan viktig funktion hos cellen, som äger rum i cellkärnan, är duplicering av DNA (Replikering). I en cell finns en konstant cykel av uppbyggnad och nedbrytning: gamla proteiner, föroreningar och metaboliska produkter bryts ner, nya proteiner måste syntetiseras och energi måste produceras. Dessutom växer cellen och delar sig i två identiska dotterceller. Innan en cell kan dela måste all genetisk information dock dupliceras.Detta är viktigt eftersom genomet hos alla celler i en organism är helt identiskt.

Replikering sker vid en exakt definierad tidpunkt under celldelning i cellkärnan; båda processerna är nära kopplade och styrs av vissa proteiner (Enzymer) reglerad. Först separeras det dubbelsträngade DNA: t och varje enskild tråd tjänar som en mall för den efterföljande dupliceringen. För att göra detta dockar olika enzymer på DNA: t och kompletterar enkelsträngen för att bilda en ny dubbelhelix. I slutet av denna process har en exakt kopia av DNA skapats, som kan överföras till dottercellen när den 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 kromosomantalet 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 selektiv transport av proteiner, nukleinsyror och signalämnen ut och in i kärnan.

Vissa metaboliska faktorer och signalämnen når 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 cell slutar i kärnan och påverkar genuttrycket av vissa proteiner där.

Kärnkropp (nucleolus)

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

Kärnan är en sfärisk, tät struktur som kan ses tydligt under ljusmikroskopet och är tydligt avgränsad i cellkärnan. Det bildar ett funktionellt oberoende område av kärnan, men är inte omgivet av sitt eget membran. Kärnkärnan består av DNA, RNA och proteiner som ligger tillsammans i ett tätt konglomerat. Mognad av de ribosomala underenheterna sker i kärnan. Ju fler proteiner som syntetiseras i en cell, desto mer ribosomer krävs och därför har metaboliskt aktiva celler flera kärnkroppar.

Kärnans funktion i nervcellen

Kärnan i en nervcell har en mängd olika funktioner. Kärnan i en nervcell är belägen i cellkroppen (Soma) tillsammans med andra cellkomponenter (organeller), såsom endoplasmatisk retikulum (ER) och Golgi-apparaten. Som i alla kroppsceller innehåller cellkärnan genetisk information 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 ingår i nervsystemet. Som ett resultat kan de inte längre fördubblas. Cellkärnan tar dock på sig en annan viktig uppgift. Bland annat är nervcellerna ansvariga för excitation av våra muskler, vilket i slutändan leder till rörelse av musklerna. Kommunikation mellan nervceller och mellan nervceller och muskler sker via budbärare ämnen (Sändare). Dessa kemiska ämnen och andra viktiga livsuppehållande ämnen produceras med hjälp av cellkärnan. Inte bara cellkärnan utan även de andra komponenterna i soma spelar en viktig roll. Dessutom kontrollerar 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.

Du kan hitta mer information om nervcellens särdrag på: Nervcell