De celkern, of kern, wordt gevonden in elke cel van de zogenaamde eukaryoten (levende organismen met een kern). Het wordt door een membraan gescheiden van het cytoplasma, de vloeibare substantie in de cel, maar kan selectief zijn massa overdracht met het cytoplasma via nucleaire poriën in het kernmembraan. De kern, met zijn ingesloten chromatine (DNA plus andere eiwitten), fungeert als het controlecentrum van de cel.
Wat is de kern?
De celkern is een organel dat in (bijna) alle cellen van hogere organismen aanwezig is. Levende wezens met kernen worden eukaryoten genoemd. De kernen fungeren als het controle- of commandocentrum van de cel en bevatten alle erfelijke informatie behalve de erfelijke informatie voor de mitochondria, die hun eigen DNA hebben. De genetische informatie is aanwezig als zogenaamd chromatine, die bestaat uit filamenten met dubbele helix en bepaalde eiwitten Tijdens de delingsfase van de kern en de cel schikken de filamenten zich in chromosomen In vergelijking met het cytoplasma, het inwendige van de cel, wordt de meestal bolvormige kern gescheiden door een tweelaags membraan van lipiden Omdat de kern selectief moet zijn massa overdracht met het cytoplasma, wordt het kernmembraan afgewisseld met zogenaamde kernporiën waardoor selectieve massaoverdracht plaatsvindt. Ongeveer in het midden van de kern bevindt zich het kernlichaam (nucleolus), dat instructies voor eiwitassemblage van de genen kopieert als zogenaamd mRNA en tRNA. Het mRNA en tRNA worden virtueel door de nucleaire poriën naar de ribosomen in het cytoplasma als instructies voor het bouwen eiwitten.
Anatomie en structuur
Kernen, die meestal bolvormig zijn, worden door het kernmembraan van het cytoplasma van de cel gescheiden. Bij zoogdieren bereikt de kern een diameter van 5 tot 16 µm. Het ongeveer 35 nm dikke kernmembraan bestaat uit een dubbellaag van lipiden en is bijna ondoordringbaar voor waterig solutions vanwege zijn hydrofobe eigenschappen. De celmembraan bevat ongeveer 2,000 kernporiën waardoor een selectieve, bilaterale uitwisseling van stoffen plaatsvindt. De buitenkant van het membraan gaat over in het ruwe endoplasmatisch reticulum, terwijl de binnenkant van het membraan is bekleed met een laag microfilamenten die het membraan stabiliteit geven en een duidelijke grens vormen met chromatine Chromatine is het hoofdbestanddeel van het nucleaire inwendige en bestaat uit ongeordende chromatine-filamenten die DNA en andere eiwitten bevatten en zichzelf rangschikken in de soortspecifieke chromosomen voorafgaand aan nucleaire en celdeling. Ongeveer in het midden van de kern bevindt zich het kernlichaam (nucleolus), dat is samengesteld uit een conglomeraat van ribosomaal RNA.
Functie en taken
De belangrijkste functies van de kern zijn om de genetische informatie van het hele organisme op te slaan en om de metabolische processen van de cel te beheersen, inclusief nucleaire en celdeling tijdens groeiprocessen. De beheersing van metabolische processen vindt plaats in overeenstemming met de genetische instructies die de celkern hiervoor ter beschikking staan. De genetische informatie van het hele organisme bevindt zich in de celkern in de vorm van chromatine-filamenten. De celkernen van alle voorkomende weefseltypen bevatten altijd de volledige blauwdruk van het organisme behalve die van de mitochondria, de energiecentrales van de cel. De mitochondria bevatten hun eigen DNA en zijn onafhankelijk van het controlecentrum van de kern. De kern kan selectief DNA-sequenties repliceren of transcriberen door middel van zijn nucleaire lichaampje en ze door de nucleaire poriën naar het cytoplasma transporteren, waar binnen het ribosomen de RNA-sequenties worden omgezet in "echte" aminozuursequenties voor het bouwen van eiwitten. Om de taak van celdeling te beheersen, zorgt de kern ervoor dat chromatine-filamenten worden samengevoegd tot soortspecifieke chromosomen voorafgaand aan de splitsing. Hierdoor is het makkelijker om het DNA naar de dochtercel te verdelen en kunnen de genen beter bij elkaar worden gehouden doordat het kernmembraan oplost tijdens de delingsfase, waardoor er praktisch geen herkenbare kern meer overblijft. Nadat de delingsfase is voltooid, ontwikkelt het endoplasmatisch reticulum opnieuw een kernmembraan en lost de structuur van de chromosomen op. Erfelijke informatie is nu weer selectief beschikbaar voor de celkern in de vorm van de chromatinefilamenten.
Ziekten en aandoeningen
Storingen vanuit de kern kunnen ernstige gevolgen hebben volksgezondheid Specifieke symptomen kunnen direct of indirect verband houden met een storing in de celkern. Mitochondriopathie, die gebaseerd is op bepaalde erfelijke genetische defecten, manifesteert zich aanvankelijk in het feit dat een of meer eiwitten gecodeerd in de celkern, die via de nucleaire poriën in de mitochondriën worden gekanaliseerd, leiden op storingen in de mitochondriën. Mitochondriopathie kan leiden tot ernstige problemen, zelfs op jonge leeftijd, omdat de energievoorziening via de mitochondriën verstoord is. Dit is niet zozeer een echte storing in de codering als wel een verkeerde "instructie" door een gemuteerde DNA-sequentie. Een andere groep ziekten, veroorzaakt door genetische defecten en bekend als het Hutchinson-Gilford-syndroom (HGPS), is te wijten aan het feit dat een bepaald eiwit dat stabiliteit geeft aan het kernmembraan, onjuist is gecodeerd. Dit leidt tot vervormingen van de celkern met ernstige gevolgen. Alle bekende vormen van HGPS veroorzaken een dramatisch versneld verouderingsproces, zodat de gemiddelde levensverwachting slechts ongeveer 14 jaar is. De uiterst zeldzame HGPS wordt geactiveerd door gen defecten en leidt vervolgens tot directe storingen van het kernmembraan. Een Duits-Belgische onderzoeksgroep verbindt amyotrofische laterale sclerose (ALS) en frontotemporaal dementie (FTD) tot een storing van het eiwit TDP-43, dat normaal gesproken een rol speelt bij de eiwitcodering in de kern. Het onderzoeksteam ontdekte dat TD-43 buiten de kern wordt afgezet en niet langer de kern kan binnendringen via de nucleaire poriën, waardoor het zijn functie daar niet kan uitoefenen.
