Nucleolus und Funktionen des Zellkerns
Der Nucleolus baut Vorstufen der Ribosomen, und der Zellkern ist Ort von Replikation, Transkription und RNA-Prozessierung, während die Proteinsynthese draußen im Cytoplasma stattfindet.
Das Wichtigste in Kürze
- Der Nucleolus ist eine membranlose Region im Zellkern, in der rRNA entsteht und Ribosomenvorstufen gebaut werden.
- Im Nucleolus liegen die rRNA-Gene; rRNA und importierte ribosomale Proteine bilden dort Prä-Ribosomen, die im Cytoplasma ausreifen.
- Ein Zellkern kann einen oder mehrere Nucleoli enthalten, bei Tieren wie bei Samenpflanzen.
- Im Kern laufen Replikation, Transkription durch die RNA-Polymerase und RNA-Prozessierung ab; er enthält mRNA, rRNA, tRNA und Proteine.
- Die Proteinbiosynthese findet im Cytoplasma statt, Transkription und Translation sind bei Eukaryoten räumlich getrennt.
Worum es geht
Der Zellkern der Eucyte speichert die DNA, schreibt sie in RNA um und liefert im Nucleolus die Bausteine der Ribosomen. Die eigentliche Proteinsynthese verlegt die Zelle nach draußen ins Cytoplasma. Diese Arbeitsteilung erklärt, warum Eukaryoten RNA vor ihrer Nutzung bearbeiten können.
Nucleolus
Der Nucleolus (Kernkörperchen) ist eine dichte Region im Zellkern. Er besitzt keine Membran und hebt sich nur durch seine dichte Packung vom übrigen Kerninhalt ab. Man kann ihn sich wie eine Baustelle ohne Zaun vorstellen: Material und Arbeiter sammeln sich an einem Ort, ohne abgetrennt zu sein.
Im Nucleolus liegen DNA-Abschnitte mit den Genen für ribosomale RNA (rDNA). Sie werden dort abgelesen, hier wird also rRNA synthetisiert. Ribosomale Proteine entstehen dagegen im Cytoplasma und gelangen durch die Kernporen herein. Im Nucleolus fügen sich rRNA und Proteine zu Prä-Ribosomen zusammen. Er besteht deshalb vor allem aus RNA und Protein, DNA macht nur einen kleinen Teil aus.
Unreife Vorstufe einer ribosomalen Untereinheit aus rRNA und ribosomalen Proteinen. Sie entsteht im Nucleolus, verlässt den Kern durch die Kernporen und reift im Cytoplasma zum funktionsfähigen Ribosom.
Nicht jede RNA stammt aus dem Nucleolus. Die tRNA entsteht hauptsächlich im übrigen Kernplasma. Mikrotubuli braucht der Nucleolus für seine Arbeit nicht. Kerne tierischer Zellen und Kerne von Samenpflanzen enthalten einen oder mehrere Nucleoli.
Kern als Ort von DNA und RNA
Der Zellkern enthält die DNA und ist damit der Speicherort der genetischen Information der Eucyte. Vor jeder Teilung wird sie hier verdoppelt: Die DNA-Replikation läuft bei Eukaryoten im Kern ab.
Auch die RNA entsteht im Kern. Die RNA-Polymerase gilt als charakteristisches Kernenzym, denn sie führt die Transkription durch. Noch im Kern werden die Rohtranskripte zu fertiger RNA umgebaut (RNA-Prozessierung). Deshalb findet man im Kern intakte mRNA, rRNA und tRNA sowie viele Proteine, etwa Polymerasen und Histone. Im Cytosol entsteht keine RNA. Nur Mitochondrien und Plastiden transkribieren ihr eigenes kleines Genom.
Trennung von Transkription und Translation
Die Proteinbiosynthese findet nicht im Zellkern statt. Die fertige mRNA verlässt den Kern durch die Kernporen. Erst im Cytoplasma lesen Ribosomen sie ab, frei im Cytosol oder am rauen ER.
Diese räumliche Trennung von Transkription und Translation ist ein Merkmal der Eucyte. Bakterien haben keinen Kern. Dort setzen sich Ribosomen schon an die entstehende mRNA, beide Vorgänge laufen gekoppelt ab. Die Kernhülle verschafft der Eucyte dagegen Zeit, die RNA vor der Translation zu prozessieren.
Quiz
Aussage 1
Der Nucleolus ist von einer eigenen Membran gegen das Kernplasma abgegrenzt.
Der Nucleolus besitzt keine Membran. Er hebt sich nur durch seine dichte Packung aus RNA und Protein vom übrigen Kerninhalt ab.
Aussage 2
Zellkerne von Samenpflanzen können mehr als einen Nucleolus enthalten.
Pflanzliche wie tierische Zellkerne enthalten einen oder mehrere Nucleoli.
Aussage 3
In eukaryotischen Zellen laufen RNA-Synthese und Proteinsynthese in getrennten Kompartimenten ab.
RNA entsteht im Zellkern, die Translation findet an Ribosomen im Cytoplasma statt. Bei Bakterien sind beide Vorgänge dagegen gekoppelt.
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