Karyoplasma

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 3. November 2016
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Das Karyoplasma wird das Protoplasma innerhalb von Zellkernen bezeichnet, das sich vom Cytoplasma insbesondere durch seine Elektrolytkonzentration unterscheidet. Für die Replikation und Transkription der DNA stellt das Karyoplasma ein optimales Milieu her. Bei Diabetikern können Zellkerneinschlüsse von Glykogen im Karyoplasma vorliegen.

Inhaltsverzeichnis

Was ist Karyoplasma?

Zellkerne sind im Cytoplasma gelegen. Es handelt sich um rundliche Organellen eukaryotischer Zellen. Im Zellkern ist das Erbgut einer Zelle enthalten. Alle Zellkerne sind vom Zellplasma durch eine Doppelmembran getrennt. Diese Doppelmatrix wird Kernhülle genannt.

Darin liegt das Erbgut als Desoxyribonukleinsäure vor. Die Begriffe nukleär und karyo stellen einen Bezug zu den Zellkernen her. Der griechische Begriff karyon bedeutet Kern. Das Karyoplasma ist damit das Kernplasma oder Nukleoplasma von Zellkernen. Dabei handelt es sich um den gesamten Zellkerninhalt hinter der Kernhülle. Als hauptsächliche Bestandteile des Zellkerninhalts sind Chromatin, fädig dekondensierte Chromosome und Nucleoli zu nennen. Damit ist das Karyoplasma ein Teil des Protoplasmas.

Darunter wird die Zellflüssigkeit inklusive ihrer kolloidalen Bestandteile verstanden. Das Protoplasma wird vom Karyoplasma und dem Zytoplasma gebildet. Der lebende Teil der Zelle ist das nach außen hin von Zellmembran umschlossene Zytoplasma. Die Kernmembran trennt die beiden Plasmaformen voneinander. Vom Zytoplasma unterscheidet sich das Karyoplasma vor allem durch die Konzentration an gelösten Elektrolyten. Die Karyolymphe entspricht unstrukturiertem Karyoplasma. Sie wird Kernsaft genannt und ist vom Proteingerüst der Kernmatrix durchsetzt. Über Kernporen interagiert das Karyoplasma mit dem Zytoplasma.

Anatomie & Aufbau

Im Karyoplasma liegt hauptsächlich Wasser. Lichtmikroskopisch wirkt es in einem ungefärbten Präparat homogen. Stellenweise könne dunklere Verdichtungen in Erscheinung treten.

Diese Verdichtungen sind die Kernkörperchen oder Nukleoli und die Granula aus Chromatin. Bei Chromatin handelt es sich um Verklumpung und Ausfällungen feiner Chromosomenfibrillen. In ihnen sind nach einer Anfärbung die Chromozentren als größere Brocken erkennbar. Die Chromatindichte im Karyoplasma steht in Abhängigkeit zu Zellaktivität. Chromatin enthält immer Nucleoproteinen, DNS, Histonproteine und Nicht-Histonproteine. Die Verknüpfungsstellen der Chromosomarme heißen Zentromere. Hellere Chromatinregionen entsprechen lockerem Chromatin.

Dunklere Regionen entsprechen den elektronendichteren Chromatinbereichen, in denen das Chromatin zum Klumpen neigt. Das hellere Euchromatin des Karyoplasmas ist vom elektronendichteren und dunklerer Heterochromatin zu unterscheiden. Zwischen den beiden Bereichen besteht fließender Übergang. Längere Anteile der nicht-genutzten DNS liegen zusammengeballt in Heterochromatinklumpen aus Histonproteinen. Funktionsrelevante DNS-Abschnitte liegen dagegen im Euchromatin.

Funktion & Aufgaben

Vom Zellkern aus wird jede Zelle gesteuert. So gut wie alle Erbinformationen der Zellen liegen im Karyoplasma der Zellkerne. Das genetisches Material des Karyoplasmas fällt nur bei der Zellteilung ins Auge und liegt ansonsten in unstrukturierter Form vor. Alle Stoffwechselprozesse einer Zelle finden über RNA-Botenmoleküle im Karyoplasma statt.

Das Karyoplasma stellt außerdem ein ideales Milieu für die Vorgänge der Transkription und Replikation dar. Bei der Transkription werden die genetischen Informationen der Zellkerne auf die RNA übertragen. Dieser Prozess findet je an einem der beiden Stränge statt. Der DNA-Strang übernimmt dabei je die Rolle einer Matrize. Seine Basensequenzen sind zur RNA komplementär. Transkription findet im Zellkern mithilfe der Katalysation von DNA-abhängigen RNA-Polymerasen statt. In den eukaryoten Zellen bildet sich so ein Zwischenprodukt aus, das als hnRNA bekannt ist. Durch posttranskriptionale Modifikation wird dieses Zwischenprodukt zu mRNA.

Für diese Vorgänge stellt das Kernplasma die erforderlichen Umgebungsbedingungen her. Dasselbe gilt auch für die Prozesse der Replikation, bei der eine Kopie der DNA angefertigt wird. Das Karyoplasma hat nicht zuletzt mitotische Bedeutung. In seinem sogenannten Arbeitskern befindet sich in der mitotischen Interphase die Nutzerbinformation in ihrer nicht-kondensierten und gebündelten Gestalt sowie im Euchromatin-Netzwerk. Sobald eine Mitose im Zellkern begonnen hat, finden im Karyoplasma der Zelle Verdichtungen des Chromatins statt. Das Chromatin liegt damit wieder in mehrfach spiralisierter und hochgeordneter Form vor und ergibt so die Chromosomen.

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Krankheiten

Zellschädigungen werden häufig histologisch untersucht. Bei dieser Untersuchung lässt sich die Art der Schädigung näher bestimmen. Oft sind Zellschäden durch Kerneinschlüsse in den betroffenen Zellkernen in diesem Zusammenhang zu beobachten.

Die Einschlüsse können aus Bestandteilen des Zytoplasmas oder körperfremden Substanzen bestehen. Zytoplasmatische Kerneinschlüsse sind die häufigste Form. Sie können durch eine Einstülpung der Kernhülle entstehen, wie sie bei Tumoren zu beobachten ist. Manchmal werden bei der Telophase aber auch zytoplasmatische Strukturen in die sich neu bildenden Tochterkerne eingeschlossen. Dieses Phänomen kann zum Beispiel bei einer Colchicinvergiftung vorliegen. Meist sind solche Einschlüsse vom Karyoplasma durch Kernhüllenanteile getrennt und zeigen Degenerationen. Sie können aber auch ins Karyoplasma vordringen. Das ist oft bei Glykogeneinlagerungen der Fall, wie sie an Diabetikern zu beobachten sind.

Kleinere Partikel Glykogen dringen aus dem Zytoplasma vermutlich durch Kernporen in das Karyoplasma ein und bilden dort große Aggregate. Möglicherweise synthetisiert aber auch das Karyoplasma das Glykogen und lässt es zu größeren Partikeln polymerisieren. Neben Infektionen werden Kerneinschlüsse vor allem mit Vergiftungen assoziiert. Die Einschlüsse können auf die Mitose schwerwiegende Auswirkungen haben. Wenn zum Beispiel der Interphasekern eine manifeste Veränderung erfährt, stellen sich negative Folgen für die Zellen und den gesamten Organismus ein.

Diese Zusammenhänge werden vor allem im Rahmen von Wachstumsstörungen diskutiert. Das Karyoplasma kann im Rahmen von Rupturen der Membran auch vollständig aus einen Zellkern austreten. Diesen Zusammenhang macht sich die Vereisungsmethode der Dermatologie zunutze.

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