Cellekjernegenomet inneholder genetisk informasjon for vekst, metabolisme og differensiering og størrelsen varierer fra 1.2·108 basepar hos vårskrinneblom (A.thaliana) til 1·1011 basepar hos Fritillaria assyriaca
Cellekjernen er omgitt av en dobbel kjernemembran festet sammen ved kjerneporer og det er et perinukleært rom mellom kjernemembranene. Kjerneporekomplekset er komplekst oppbygget og inneholder med mange kjerneporeproteiner med sentral transportør. Aminosyresekvensen på proteiner virker som et kjernelokaliseringssignal for proteiner som skal fraktes inn i kjernen. Eksport og import av proteiner til cellekjernen gjennom kjerneporekomplekset som virker som en molekylær sil og skjer ved hjelp av monomert G-protein (RAN), samt α- og β-importin.
Cellekjernen er stedet for replikasjon og lagring av kjerne DNA. Kromosomene består av DNA-protein kalt kromatin. Den doble lineære DNA-heliks er tvunnet to ganger rundt åtte histonproteiner som danner et nukleosom. Under mitosen kondenserer kromosomene til 30 nanometer (nm) kromatinfiber med seks nukleosomer per vinding, videre foldet og pakket.
I interfase er det to typer kromatin: kompakt heterokromatin (ca.10%) med inaktiv transkripsjon og eukromatin (ca.90%) med aktiv transkripsjon. Ca. 10% av eukromatin aktivt til enhver tid. Det skjer en overgang mellom heterokromatin og eukromatin, og det kan skje epigenetisk regulering
Nukleolus er et avgrenset område i cellekjernen som lager ribosomalt RNA (rRNA). Et granulært nukleolus inneholder deler av kromosomer med rRNA-gener i klynger og danner nukleolus organisator. Det er en eller flere nukleoli med syntese av rRNA. 80s ribosomer hos eukaryoter består av stor og liten subenhet med protein. To subenheter rRNA fraktes ut av kjernen til cytoplasma og danner 80S ribosomer, sete for proteinsyntese. Transkripsjon er syntese av budbringer RNA (mRNA). Ribosomene forflytter seg langs mRNA og i en translasjon lages protein fra aminosyrekoden (kodoner) i mRNA.
RNA fra kjernen går ut gjennom porene til cytoplasma, og protein som lages i cytoplasma går motsatt vei inn i kjernen. Proteiner som skal fra cytoplasma til kjernen er tagget (merket) med et “kjernesignal”. Cellekjernens yttermembran har bundet ribosomer og er festet til endoplasmatisk retikulum. Lumen i endoplasmatisk retikulum henger sammen med det perinukleære rom. Kjerneporene er komplekse med mange forskjellige nukleoporiner som virker som molekylær sil, og en sentral plugg med transportprotein deltar i transporten. I mitosen løses kjernemembranen opp, men vesikler bygger kjernemembranen opp på nytt etter celledelingen. Kjerneporekomplekset består av mange proteiner og en sentral transporter. Proteiner med en kjernelokaliseringssekvens kan bli fraktet fra cytosol og inn i kjernen.
Bilde 1. Cellekjerner og kromosomer i celler fra Tradescantia sp. ("vandrende jøde")
Bilde 2. Celle fra blad fra ert (Pisum sativum cv. Fenomen) som viser cellekjerne med nukleolus, eukromatin og heterokromatin, det hele omgitt av dobbel kjernemembran. I tillegg ses kloroplaster med tylakoidmembraner og mitokondrier. Nederst til venstre en cellevegg og overgang til nabocellen. Det lysåpne feltet til høyre er vakuolen omgitt av en vakuolemembran (tonoplast). I mesofyllceller i bladet utgjør vakuolen det meste av volumet, mens cytoplasma med cellekjerne, mitkondrier, kloroplaster, og andre cellekomponenter ligger ut mot celleveggen. Denne organiseringen gir kort diffusjonsvei for CO2 fra intercellularrom inn til kloroplastene. Transmisjonselektronmikroskopibilde. Størrelse bar: 2 mikrometer (µm). 1µm=1000 nanometer (nm). 1 millimeter (mm)=1000 µm. Bilde Elektronmikroskopisk laboratorium v/Tove Bakar, IBV, UiO.
Bilde 3. Transmisjonselektronmikroskopibilde fra en celle i bladet til pillert (Pisum sativum) cv. Fenomen. Til venstre i bilde sees cellekjernen med kompakt heterokromatin og eukromatin. Til høyre sees en kloroplast, og nedenfor denne fire mitokondrier og en oppe i venstre hjørne av bildet. Lengst til høyre sees den tynne cellemembranen og celleveggen. Størrelsebar: 2µm. Bilde tatt ved Elektronmikroskopisk laboratorium v/Tove Bakar, IBV, UiO.