Introductie
De celkern is het grootste organel van eukaryote cellen en bevindt zich in het cytoplasma, gescheiden door een dubbel membraan (nucleaire envelop). Als drager van genetische informatie, de celkern bevat de genetische informatie in de vorm van chromosomen (DNA-streng) en speelt dus een essentiële rol bij erfelijkheid. De meeste zoogdiercellen hebben maar één kern; dit is rondachtig en heeft een diameter van 5 tot 16 micrometer. Bepaalde celtypen, zoals spiervezels of gespecialiseerde botcellen, kunnen meer dan één kern hebben.
Functies van de celkern
De celkern is het belangrijkste organel van een cel en maakt 10-15% uit van het celvolume. De celkern bevat de meeste genetische informatie van een cel. Bij mensen is, naast de celkern, de mitochondria bevatten ook DNA ("mitochondriaal DNA").
Het mitochondriale genoom codeert echter slechts voor enkele eiwitten, die voornamelijk nodig zijn in de ademhalingsketen voor energieproductie. Als opslagplaats van deoxyribonucleïnezuur (DNA) wordt de celkern beschouwd als het controlecentrum van de cel en reguleert het vele belangrijke processen van celmetabolisme. De celkern is essentieel voor de functie van een cel.
Cellen zonder celkern kunnen meestal niet overleven. Een uitzondering hierop is het kernloze rood bloed cellen (erytrocyten). Naast regulerende functies omvatten de taken van de celkern de opslag, duplicatie en overdracht van DNA.
Het DNA bevindt zich in de celkern in de vorm van een lange, strengachtige dubbele helix en is compact verpakt met nucleaire eiwitten, de histonen, om te vormen chromosomen. Chromosomen bestaan uit chromatine, dat alleen tijdens de celdeling condenseert tot microscopisch zichtbare chromosomen. Elke menselijke cel bevat 23 chromosomen, die elk zijn gedupliceerd en geërfd van beide ouders.
De ene helft van de genen in een cel komt dus van de moeder, de andere van de vader. De celkern controleert metabolische processen in de cel door middel van boodschappermoleculen 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, bekend als genen, getranscribeerd in een boodschappersubstantie (boodschapper-RNA of mRNA). Het gevormde mRNA verlaat de celkern en dient als sjabloon voor de synthese van de respectieve eiwitten. Je kunt je voorstellen dat het DNA een soort gecodeerde taal is die uit vier letters bestaat.
Dit zijn de vier basen: adenine, thymine, guanine en cytosine. Deze letters vormen woorden, elk bestaande uit drie basen, codons genaamd. Elk codon codeert voor een specifiek 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.
Al deze gecodeerde informatie wordt de genetische code genoemd. De specifieke sequentie van basen maakt ons DNA uniek en bepaalt onze genen. Maar niet alleen basen zijn betrokken bij de constructie van DNA.
DNA bestaat uit nucleotiden die aan elkaar zijn geregen, die op hun beurt weer bestaan uit een suiker, een fosfaat en een base. De nucleotiden vormen 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 celkern past.
Dit wordt ook wel chromosomen genoemd, de verpakkingsvorm van DNA. Bij elke celdeling wordt het volledige DNA gekopieerd zodat elke dochtercel de volledige identieke genetische informatie bevat. Een chromosoom is een specifieke verpakkingsvorm van ons genetisch materiaal (DNA) die alleen zichtbaar is tijdens 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 het inbouwen van kleine eiwitten waar het DNA zich verder omheen kan 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 meerdere fasen worden opgedeeld, waarbij de chromosomen het best in de metafase worden weergegeven.
Normale somatische cellen hebben een dubbele set chromosomen, bestaande uit 46 chromosomen. RNA beschrijft ribonucleïnezuur, dat een vergelijkbare structuur heeft als DNA. Het is echter een enkelstrengs structuur die in individuele bouwstenen verschilt van DNA.
Bovendien is RNA ook veel korter dan DNA en heeft het verschillende taken vergeleken met DNA. RNA kan verder worden onderverdeeld in verschillende RNA-subgroepen die verschillende taken uitvoeren. 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 een onderdeel is van ribosomen en is dus ook betrokken bij de aanmaak van eiwitten. De eerste stap in de biosynthese van eiwitten is de transcriptie van DNA in mRNA (transcriptie) en vindt plaats in de celkern.
Tijdens dit proces dient één DNA-streng 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 het ribosomen, waar de daadwerkelijke synthese van de eiwitten uiteindelijk plaatsvindt. Binnen de ribosomenwordt het mRNA omgezet in een reeks aminozuren die worden gebruikt voor de constructie van eiwitten.
Dit proces wordt vertaling genoemd. Voordat het boodschapper-RNA echter uit de kern kan worden getransporteerd, wordt het eerst in vele stappen verwerkt, dwz bepaalde sequenties worden ofwel vastgemaakt ofwel uitgesneden en weer in elkaar gezet. Op deze manier kunnen verschillende eiwitvarianten uit één transcript worden geproduceerd.
Dit proces stelt mensen in staat om met relatief weinig genen een groot aantal verschillende eiwitten te produceren. Een andere belangrijke functie van de cel, die plaatsvindt in de celkern, is het dupliceren 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 echter kan delen, moet eerst de volledige genetische informatie worden gedupliceerd. Dit is belangrijk omdat het genetisch materiaal van alle cellen in een organisme absoluut identiek is.
Replicatie vindt plaats op een nauwkeurig gedefinieerd tijdstip van celdeling in de celkern; beide processen zijn nauw met elkaar verbonden en worden gereguleerd door bepaalde eiwitten (enzymen). Eerst wordt het dubbelstrengs DNA gescheiden en elke enkele streng dient als sjabloon voor de daaropvolgende duplicatie. Voor dit doel verschillende enzymen koppel aan het DNA en voltooi de enkele streng om een nieuwe dubbele helix te vormen.
Aan het einde van dit proces is een exacte kopie van het DNA gemaakt, die tijdens de deling 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 dit een genmutatie genoemd. Als het defect echter bepaalde chromosomen of delen van chromosomen aantast, wordt dit een chromosomale mutatie genoemd. Als het aantal chromosomen wordt aangetast, leidt dit tot een genmutatie.
Het onderwerp is misschien ook interessant voor u: Chromosomale aberratie - wat wordt hiermee bedoeld? Het dubbele membraan van de nucleaire envelop heeft poriën die dienen voor het selectief transport van eiwitten, nucleïnezuren en signaalstoffen uit of naar de kern. Via deze poriën komen bepaalde metabolische factoren en signaalstoffen de celkern binnen waar ze de transcriptie van bepaalde eiwitten beïnvloeden.
De omzetting van genetische informatie in eiwitten wordt streng gecontroleerd en wordt gereguleerd door veel metabole factoren en signaalstoffen, dit wordt genexpressie genoemd. Veel signaalroutes die in een cel voorkomen, eindigen in de kern waar ze de genexpressie van bepaalde eiwitten beïnvloeden. Binnen de kern van eukaryote cellen bevindt zich de nucleolus, het nucleïnezuurlichaam.
Een cel kan een of meer nucleoli bevatten, terwijl cellen die zeer actief zijn en zich vaak delen, tot 10 nucleoli kunnen bevatten. De nucleolus is een bolvormige, dichte structuur die duidelijk zichtbaar is onder de lichtmicroscoop en duidelijk afgebakend is binnen de celkern. Het vormt een functioneel onafhankelijk deel van de kern, maar is niet omgeven door zijn eigen membraan.
De nucleolus bestaat uit DNA, RNA en eiwitten, die samen in een dicht conglomeraat liggen. De 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 nucleoli.
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 de zenuwstelsel. Hierdoor kunnen ze zichzelf niet meer dupliceren.
De celkern vervult echter nog een andere belangrijke taak. De zenuwcellen zijn onder meer verantwoordelijk voor de opwinding van onze spieren, wat uiteindelijk leidt tot spierbeweging. De communicatie tussen de zenuwcellen onderling en tussen de zenuwcellen en de spieren vindt plaats via boodschappersubstanties (transmitters).
Deze chemische stoffen en ook 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 in dit proces. Bovendien controleert de celkern alle metabole routes in alle cellen, inclusief zenuwcellen. Hiervoor bevat de celkern al onze genen, die afhankelijk van hun gebruik kunnen worden uitgelezen en vertaald in de benodigde eiwitten en enzymen. Meer informatie over de bijzondere eigenschap van de zenuwcel is te vinden op Zenuwcel
