Zellkern – vom Chromatin zum Chromosom

Zellkern – vom Chromatin zum Chromosom Übung

• Lokalisiere den Zellkern in der Zelle.

  Tipps

  Eine eukaryotische Zelle besteht aus vielen kleinen Strukturen: den Organellen. Die größte von diesen ist der Zellkern.

  Den Begriff „Kern“ kennst du zum Beispiel von Früchten, etwa dem Kirschkern der Kirsche.

  Lösung

  Der Zellkern ist das größte Organell in der Zelle. Er ist Träger der Erbinformation, des genetischen Materials, der DNA. Lebwesen, deren Zellen einen Zellkern besitzen, bezeichnet man als Eukaryoten. Bei ihnen befindet sich das genetische Material im Zellkern, dem Nukleus. Tiere, genauso wie wir Menschen, Pflanzen und Pilze zählen zu den Eukaryoten.
  Der Zellkern wird von der Kernmembran umschlossen, welche von den Kernporen durchbrochen wird. Auf der Innenseite der Kernmembran befindet sich die sogenannte Kernlamina. Sie besteht aus einem Netz aus Proteinfilamenten und stützt die Kernhülle. Im Inneren des Kerns sind das Kernplasma und der Nukleolus.

• Nenne die Funktionen des Zellkerns.

  Tipps

  Eine der genannten Funktionen gehört zu einem anderen Organell.

  Im Zellkern befindet sich die DNA.

  Lösung

  Der Zellkern übernimmt eine sehr wichtige Rolle in der Zelle, denn er ist Träger der Erbinformation, des genetischen Materials, der DNA. Somit reguliert er alle in der Zelle ablaufenden Prozesse.
  Zu den wichtigsten Aufgaben zählt die Weitergabe der Erbsubstanz. Dazu laufen zwei Prozesse ab: die Replikation und die Transkription:

  • Bevor die Kernteilung während der Mitose oder Meiose stattfinden kann, muss die DNA verdoppelt werden. Dies geschieht während der Replikation. So wird sichergestellt, dass beide Tochterzellen nach einer Zellteilung die identische genetische Information enthalten.
  • Zur Proteinbiosynthese müssen außerdem transportfähige Kopien der DNA hergestellt werden. Dies passiert bei der Transkription.

  Die Mitochondrien werden als die sogenannten Kraftwerke der Zelle bezeichnet, denn sie sind entscheidend für die Energiegewinnung durch die Zellatmung.

• Gib an, wie die DNA verpackt ist.

  Tipps

  Die Nukleosomen sind perlenförmige Einheiten.

  Das Chromatid entsteht durch die weitere Spiralisierung des Chromatins.

  Lösung

  Die DNA ist der Träger der Erbsubstanz. Die gesamte DNA einer menschlichen Zelle, die im Zellkern vorliegt, hat eine ungefähre Länge von drei Metern. Das entspricht dem 300 000-fachen Durchmesser des Zellkerns. Damit das genetische Material in den Zellkern passt, wird es verpackt und somit auch geschützt.
  Es gibt vier Verpackungsebenen:

  • Die DNA und Histone (spezielle Proteine) binden sich durch gegensätzliche Ladungen (negativ geladene Phosphatreste der DNA und positiv geladene Histone) zu perlenförmigen Einheiten. Diese werden Nukleosomen genannt.
  • Die Nukleosomen formen eine Art Perlenkette. Diese wird auf der nächsten Verpackungsebene weitergefaltet und so wird der Chromatinfaden gebildet.
  • Durch weitere Falten- und Schleifenbildungen an einem Proteingerüst entsteht das Chromatid.
  • Aus zwei Chromatiden, welche miteinander verbunden sind, wird ein Chromosom. Die Verbindungsstelle der beiden Chromatiden wird Centromer genannt.

• Stelle den Aufbau des Zellkerns dar.

  Tipps

  Die Kernporen ermöglichen den Transport von Molekülen sowohl in den Kern hinein als auch aus ihm heraus.

  Einige Organellen und Zellen sind von sogenannten Membranen umgeben.

  Lösung

  Der Zellkern ist von einer Doppelmembran umschlossen: der Kernmembran, die von mehreren Kernporen durchbrochen ist. Die Kernporen ermöglichen den Transport von Molekülen sowohl in den Kern hinein als auch aus ihm heraus.
  Auf der Innenseite der Kernmembran befindet sich die sogenannte Kernlamina. Sie besteht aus einem Netz aus Proteinfilamenten und stützt die Kernhülle. Die äußere Kernmembran steht mit dem endoplasmatischen Retikulum in Verbindung. An ihm sitzen wiederum zahlreiche Ribosomen.

  Das Kerninnere wird vom Kernplasma ausgefüllt. Während des G1-Stadiums des Zellzyklus ist ein besonderer Bereich des Zellkerns zu erkennen: der Nucleolus. „Nucleolus“ kommt aus dem Lateinischen und bedeutet „kleiner Kern“ oder auch „Kernkörperchen“.

• Bestimme die eukaryotische Zelle.

  Tipps

  In Prokaryoten und Viren befindet sich die DNA nicht im Zellkern.

  Der Zellkern ist das Hauptmerkmal für eukaryotische Zellen.

  Prokaryoten können viele Formen haben und sich teilweise durch kleine Schwänzchen, sogenannte Geißeln, fortbewegen.

  Im Gegensatz zu den Prokaryoten besitzen die Eukaryoten neben dem Zellkern noch zahlreiche weitere Organellen, etwa das endoplasmatische Retikulum oder die Mitochondrien: In welcher der Zellen siehst du besonders viele Strukturen?

  Lösung

  Wir können zwischen Eukaryoten (eukaryotische Zellen) und Prokaryoten (prokaryotische Zellen) unterscheiden:

  • Der Zellkern ist das Hauptmerkmal für eukaryotische Zellen. In ihm liegt die DNA vor. Neben dem Zellkern besitzen die Eukaryoten noch zahlreiche weitere Organellen, etwa das endoplasmatische Retikulum oder die Mitochondrien.
  • Bei Prokaryoten, zum Beispiel den Bakterien, liegt das genetische Material frei im Zellplasma vor. Sie besitzen keinen Zellkern.

  Auch in Viren liegt die Erbsubstanz lose in der Hülle vor.

• Entscheide, ob die Zellen Zellkerne enthalten.

  Tipps

  Der Süßwasserpolyp ist ein Tier.

  „Vibrionen“ ist der eingedeutschte Begriff für die Bakterien der Gattung Vibrio.

  Zu den Aufgaben der Nervenzelle gehört es, Informationen zu empfangen, zu verarbeiten und weiterzuleiten. Unser Gehirn besitzt besonders viele Nervenzellen.

  Lösung

  Lebewesen, deren Zellen einen Zellkern besitzen, bezeichnet man als Eukaryoten. Bei ihnen befindet sich das genetische Material im Zellkern: dem Nukleus. Dazu gehören die Zellen der Tiere, zum Beispiel des Süßwasserpolypen, genauso wie etwa die Nervenzellen von uns Menschen.
  Neben den mehrzelligen Eukaryoten gibt es auch einzellige Eukaryoten. Ein Beispiel hierfür sind die Kieselalgen, die zu den sogenannten Protisten gehören.

  Bei Prokaryoten wie den Bakterien liegt das genetische Material frei im Zellplasma vor. Sie besitzen keinen Zellkern. Hiervon gibt es in der Übung zwei Beispiele: das Vibrion und E. coli.