Cellekernen – cellens kontrolcenter: struktur, funktion og DNA

Lær om cellekernen: struktur, funktion, kernemembran, nukleolus, kromosomer og DNA — cellens kontrolcenter og dets rolle i vækst, deling og proteinsyntese.

Cellens kerne (flertal: cellekerner) indeholder cellens gener og styrer cellens vækst og reproduktion. Den er omgivet af en dobbeltlaget kernemembran. Kernen er normalt den mest fremtrædende organel i en celle. Kernen er lille og rund og fungerer som cellens kontrolcenter. Den indeholder kromosomer, som huser DNA'et. Menneskekroppen indeholder milliarder af celler, hvoraf de fleste har en kerne.

Alle eukaryote organismer har kerner i deres celler, selv de mange eukaryoter, der er encellede. Bakterier og arkæer, som er prokaryoter, er encellede organismer af en anden type og har ikke kerner. Cellekerner blev først fundet af Antonie van Leeuwenhoek i det 17. århundrede.

Kernen er omgivet af en membran, men det er ikke tilfældet for de ting, der befinder sig i den. Inde i den er der mange proteiner, RNA-molekyler, kromosomer og kerneolien. I nukleolus er ribosomer sat sammen. Efter at være blevet fremstillet i nukleolus eksporteres ribosomerne til cytoplasmaet, hvor de oversætter mRNA til proteiner.

Når en celle deler sig eller forbereder sig på at dele sig, bliver kromosomerne synlige i et lysmikroskop. På andre tidspunkter, hvor kromosomerne ikke er synlige, vil kerneolien være synlig.

Struktur

Kernemembranen (kerneskallen) består af to lipidlag — en indre og en ydre membran — der adskiller kerneindholdet (nukleoplasmaet) fra cytoplasmaet. Den ydre membran fortsætter ofte i det granulære endoplasmatiske retikulum, og der kan være kontaktflader mellem kernen og andre membransystemer.

Kerneporer er store protein-komplekser i kernemembranen. De regulerer transporten mellem kernen og cytoplasmaet: import af proteiner (fx transkriptionsfaktorer og histoner) og eksport af RNA og ribosomale underenheder. Transporten styres blandt andet af signaler som nukleære lokaliseringssignaler og Ran-GTP/GDP-systemet.

Kernelamina er et netværk af intermediære filamenter (laminer) på indersiden af den indre membran. Laminaen giver strukturel støtte, hjælper med at organisere kromatin og spiller en rolle i opbygning og opdeling af kernemembranen ved celledeling.

Nukleoplasma (eller kerneolie) er den geléagtige væske inde i kernen. Her findes kromatin (DNA pakket sammen med proteiner), RNA, nukleære enzymer og forskellige kernestrukturer som nukleolus.

Funktioner

• Genopbevaring og -beskyttelse: Kernen beskytter celle-DNA og holder det organiseret i kromosomer.
• Genekspression: I kernen transkriberes DNA til præ-mRNA, som undergår splejsning og andre modifikationer, før det eksporteres som modent mRNA til cytoplasmaet for translation.
• Ribosomsyntese: I nukleolus fremstilles ribosomalt RNA (rRNA) og ribosomale underenheder; disse eksporteres til cytoplasmaet, hvor de danner funktionelle ribosomer.
• Regulering af cellecyklus og reparation: Kernen indeholder proteiner, der styrer celledeling, DNA-replikation og reparationsmekanismer, så arvestoffet bevares korrekt.
• Organisering af kromatin: Placeringen af gener i kernens tredimensionelle rum kan påvirke, om de er aktive eller tyste.

Gener, kromatin og kromosomer

DNA i kernen er pakket sammen med histon- og ikke-histon-proteiner til en kompleks kaldet kromatin. Den mest fundamentale enhed er nukleosomet, hvor DNA er viklet omkring histonoktamerer. Kromatin kan være mere løst pakket (eukromatin, aktivt transkriberet) eller tæt pakket (heterokromatin, typisk transkriptionelt inaktivt).

Under celledeling kondenserer kromatin til tydeligt afgrænsede kromosomer, som kan ses i et lysmikroskop. Hvert kromosom bærer mange gener og sørger for, at DNA fordeles korrekt til datterceller.

Kernen i cellecyklus og celledeling

Før DNA kopieres i S-fasen sker nøje regulering i kernen. Under mitose sker der i mange flercellede eukaryoter en nedbrydning af kernemembranen (åben mitose), så cellens maskineri kan fordele kromosomer. Hos nogle organismer (fx visse svampe eller encellede eukaryoter) foregår celledelingen uden fuldstændig nedbrydning af kernemembranen (lukket mitose).

Forskelle og undtagelser

• De fleste eukaryote celler har en kerne, men der findes undtagelser: modne røde blodlegemer hos mennesker mistet deres kerne for at give plads til hæmoglobin.
• Blodplader (thrombocytter) er cytoplasmatiske fragmenter uden kerne.
• Prokaryoter (bakterier, arkæer) mangler kerne og har deres DNA frit i cytoplasmaet i en region kaldet nukleoid.

Klinisk relevans og forskning

Fejl i nukleare strukturer kan føre til sygdomme: mutationer i lamin-proteiner giver laminopatier (fx progeria og visse muskel- og fedtledefekter). Nucleusform og -struktur ændres også i mange kræftceller og bruges som diagnostisk tegn i patologi.

Virus, som replikerer i kernen (fx influenza- og herpesvirus), hijacker kernens import- og eksportmaskineri. Forskning i kernefunktioner omfatter genregulering, kromatinorganisation, DNA-reparation og mekanismer for nukleær transport.

Observation og farvning

Kernen kan føles igen i mikroskop ved hjælp af farvninger (fx DAPI, som binder DNA) og immunfarvning af kernespecifikke proteiner. Ved elektronmikroskopi ses kernemembranens dobbelte struktur og kernespaltene i høj opløsning.

Opsummering: Cellekernen er cellens kontrolcenter, der beskytter og organiserer arvestoffet, styrer genekspression og koordinerer vigtige processer som DNA-replikation og ribosomsammensætning. Dens komplekse struktur — kernemembran, porekomplekser, lamina, nukleolus og kromatin — gør det muligt at regulere stoffet præcist og dynamisk i forhold til cellens behov.

Spørgsmål og svar

Spørgsmål: Hvad er cellekernen?

Spørgsmål: Hvad indeholder cellekernen?

Spørgsmål: Hvem opdagede cellekerner?

Spørgsmål: Er alle eukaryote organismer encellede organismer?

Sp: Har prokaryoter kerner?

Spørgsmål: Hvad sker der inde i kernen?

Sp: Hvornår kan kromosomer ses med et lysmikroskop?

Søg efter bogstav