Kernporen

Querschnitt durch eine Kernpore
1: Doppelmembran, 2: Äußerer Ring, 3: Speichen, 4: FG-Geflecht, 5: Filamente
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Kernporen sind Proteinkomplexe in der Kernhülle. Durch die Kernporenkomplexe (NPCs von engl. nuclear pore complexes) werden bestimmte Moleküle in den Zellkern hinein oder aus dem Zellkern heraus transportiert. Den Aufbau eines solchen Kernporenkomplexes zeigt die Abbildung 1. Jeder NPC besteht aus ca. 30 verschiedenen Proteinen, die als Nucleoporine bezeichnet werden. Insgesamt besteht ein NPC aus 500 bis 1000 solcher Nucleoporine. Damit ist ein Kernporenkomplex deutlich größer als ein Ribosom.

Was man auf dem obigen Bild nicht erkennt, ist die achtzählige Symmetrie der Nucleoporine. Der äußere Ring (2) und die Speichen (3) sind - von oben betrachtet - in acht Exemplaren ringförmig angeordnet.

Aufsicht auf eine Kernpore, gesehen von der Cytoplasma-Seite
Autor: Ulrich Helmich, Lizenz: Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic

So ungefähr kann man sich eine Aufsicht auf eine Kernpore vorstellen, wenn man von der Cytoplasmaseite aus blickt. Ich habe hier die gleichen Zahlen verwendet wie in der Abbildung 1. Das Geflecht von Proteinfäden (5) in der Mitte der Kernpore verhindert, dass große Makromoleküle die Kernpore ungehindert passieren. Kleine Moleküle dagegen kommen ohne Probleme durch diese Zone hindurch.

Die Kernhülle einer Zelle enthält ca. 3.000 bis 4.000 solcher NPCs. Den Rekord stellen dabei die Purkinje-Zellen auf (ein bestimmter Typ von Nervenzellen). Die Kernhülle dieser Purkinje-Zellen enthält bis zu 20.000 Kernporen.

Die Aufgabe der Kernporen ist der Transport von kleinen und großen Molekülen in den Zellkern hinein und aus dem Zellkern heraus.

Transport vom Cytoplasma in den Zellkern:

• DNA-Polymerasen, RNA-Polymerasen, Transkriptionsfaktoren, Hormone, Proteine für die Ribosomen-Untereinheiten und andere große und kleine Moleküle werden ständig durch die Kernporen in den Zellkern transportiert.

Transport vom Zellkern in das Cytoplasma:

• Alle möglichen RNA-Typen, vor allem mRNA und tRNA, werden aus dem Zellkern heraus transportiert. Außerdem die Vorstufen der Ribosomen-Untereinheiten. Im Zellkern wird die rRNA mit den hineintransportierten ribosomalen Proteinen zusammengebaut, die noch unfertigen Ribosomen-Untereinheiten verlassen den Zellkern dann durch die Kernporen wieder.

Bei kleinen Molekülen gestaltet sich dieser Transport unproblematisch. Sehr kleine Moleküle mit einer molaren Masse von unter 5.000 Dalton können ungehindert durch die Kernporen diffundieren. Je größer das Molekül ist, desto langsamer verläuft diese Diffusion. Bei einer molaren Masse von 60.000 Dalton ist dann Schluss mit der ungehinderten freien Diffusion. Solche Moleküle wie zum Beispiel die RNA- oder DNA-Polymerasen gelangen mit Hilfe ausgefeilter Transportmechanismen durch die Kernporen in den Zellkern. Dabei spielen bestimmte Kernimportrezeptoren eine wichtige Rolle, welche die zu transportierenden Makromoleküle erkennen und durch die Kernpore geleiten. Wenn die Makromoleküle dann im Zellkern angelangt sind, lösen sie sich von den Kernimportrezeptoren, diese diffundieren dann wieder zurück zur nächstgelegenen Kernpore und sind bereit für den nächsten Transport.

Jeder Kernporenkomplex kann pro Sekunde bis zu 1.000 Makromoleküle transportieren, und zwar in beide Richtungen gleichzeitig.