Das Chromatin besteht aus der gesamten DNA im Zellkern sowie den dazugehörigen Proteinen. Es gibt drei grundlegende Schichten des Chromatingerüsts, die zu einem kondensierten DNA-Molekül führen.
Das doppelhelixförmige DNA-Molekül, aus dem jedes Chromosom besteht, wird zunächst um Histonproteincluster gewickelt. Eine Einheit von etwa 200 DNA-Basenpaaren, die um acht Histonproteine gewickelt ist, bildet die kleinste Einheit der DNA-Packungsstruktur, ein Nukleosom.
Die Nukleosomen und die Linker-DNA, die sie wie Perlen auf einer Schnur verbindet, wickeln sich zu enger gepackten 30-nm-Solenoidfasern. Anschließend werden die 30-nm-Fasern weiter aufgerollt und zu Schleifen gefaltet, die dicht aneinander gepackt sind. In dieser letzten Phase der Gerüstbildung entstehen die Chromosomen, die in der Metaphase der Mitose oder Meiose zu sehen sind.
Der Prozess, der die 30-nm-Fasern erzeugt, wird Supercoiling genannt. Beim Supercoiling wird ein DNA-Molekül unter Spannung verdreht, so dass es sich um sich selbst wickelt und Schleifen bildet.
Auch unter dem Mikroskop sind einzelne Chromosomen im Zellkern nur während der Zellteilung (Mitose oder Meiose) deutlich sichtbar. Das liegt daran, dass das Chromatin, aus dem die Chromosomen bestehen, während der Interphase hundert- oder sogar tausendmal weniger verdichtet ist als während der aktiven Teilung der Zelle.
- Bevor sich eine eukaryontische Zelle teilt, verdoppelt sich jedes Chromosom und bildet zwei identische Schwesterchromatiden, die der Länge nach miteinander verbunden sind, wobei ihre stärkste Verbindung am Zentromer liegt.
- Die somatischen Zellen von sich sexuell reproduzierenden eukaryotischen Organismen sind diploid, d.h. sie haben zwei Sätze homologer Chromosomen.
- Telomere schützen die Enden der Chromosomen und werden bei jeder Zellteilung kürzer.
- Eukaryotische und prokaryotische Chromosomen unterscheiden sich in ihrer Form, Größe, Anzahl und Lage innerhalb der Zelle.
- Biologie des sichtbaren Körpers
Bevor sich eine eukaryontische Zelle teilt, verdoppelt sich jedes Chromosom und bildet zwei identische Schwesterchromatiden, die der Länge nach miteinander verbunden sind, wobei ihre stärkste Verbindung am Zentromer liegt.
Bevor die Mitose beginnt, repliziert sich die DNA einer Zelle selbst, wobei eine identische Kopie jedes Chromosoms entsteht.
Während der Mitose oder Meiose können die X-förmigen Strukturen beobachtet werden, die wir uns normalerweise vorstellen, wenn wir an Chromosomen denken.
Jedes dieser X-förmigen Chromosomen besteht aus zwei identischen Schwesterchromatiden. Im Grunde genommen kann man sich ein Chromatid als eine Kopie eines Chromosoms vorstellen.
Die Schwesterchromatiden sind durch einen Bereich des Chromosoms miteinander verbunden, der Zentromer genannt wird. Während der Mitose heften sich Spindelfasern an diesen Bereich und ziehen die Schwesterchromatiden schließlich auseinander, um zwei getrennte Chromosomen zu bilden, eines für jede Tochterzelle.
Das Zentromer teilt außerdem jedes Chromatid in zwei Bereiche: den p-Arm und den q-Arm. Der p-Arm ist der kürzere Arm, der q-Arm ist der längere Arm. Wenn Genetiker die Position eines Gens auf einem Chromosom beschreiben, geben sie die Nummer des Chromosoms (1-22, X und Y beim Menschen), den Arm (p oder q) und die Position des Gens auf dem Arm an.
Die somatischen Zellen von sich sexuell reproduzierenden eukaryotischen Organismen sind diploid, d.h. sie haben zwei Sätze homologer Chromosomen.
Die somatischen Zellen des menschlichen Körpers – d.h. die Zellen, die keine Gameten oder Geschlechtszellen sind – haben jeweils 46 Chromosomen. Sie sind diploide Zellen, was bedeutet, dass diese 46 Chromosomen in 23 Paaren angeordnet sind. Diploid wird manchmal als 2n abgekürzt (wobei n die Anzahl der verschiedenen Chromosomen ist).
Beim Menschen sind 22 der 23 Chromosomenpaare Autosomen oder Nicht-Geschlechtschromosomen. Diese werden als homologe Paare bezeichnet, weil die beiden Chromosomen innerhalb des Paares die gleiche Größe und Form haben und die gleichen Gene enthalten (mit möglicherweise unterschiedlichen Allelen, d. h. alternativen Versionen eines Gens). Das 23. Paar besteht aus den Geschlechtschromosomen. Typischerweise haben Menschen, die biologisch männlich sind, einen XY-Genotyp (ein X-Chromosom und ein Y-Chromosom), und Menschen, die biologisch weiblich sind, haben einen XX-Genotyp (zwei X-Chromosomen). Das XX-Paar, nicht aber das XY-Paar, gilt als homologes Paar.
Die Geschlechtszellen oder Gameten von sich sexuell fortpflanzenden eukaryotischen Organismen sind haploid (1n), das heißt, sie haben nur 23 ungepaarte Chromosomen. Wenn eine Samenzelle eine Eizelle befruchtet, ist die entstehende Zygote diploid; die Kombination der beiden haploiden Geschlechtszellen führt dazu, dass die Zygote die vollen 46 Chromosomen hat. Ein Chromosom in jedem Paar stammt von der Eizelle der Mutter, das andere von der Samenzelle des Vaters.
Telomere schützen die Enden der Chromosomen und werden bei jeder Zellteilung kürzer.
Telomere sind spezielle Regionen, die sich an jedem Ende des Chromosoms befinden und aus sich wiederholenden Sequenzen von Basenpaaren bestehen. Sie werden typischerweise als die Plastikkappen an den Enden von Schnürsenkeln beschrieben. Das liegt daran, dass sie die Enden der Chromosomen schützen und verhindern, dass sie an anderen Chromosomen haften bleiben.
Die wichtigste Funktion der Telomere ist jedoch, dass sie es den Zellen ermöglichen, sich zu teilen, ohne ihr genetisches Material zu verlieren. Gäbe es keine Telomere, würden bei jeder DNA-Replikation einige Basenpaare verloren gehen. Glücklicherweise sind es die Telomere und nicht die Gene, die bei jeder Zellteilung kürzer werden. Zum Beispiel verlieren die Telomere in menschlichen Zellen im Allgemeinen zwischen 30 und 200 Basenpaare bei jeder Zellteilung.
Normalerweise kann sich eine Zelle im menschlichen Körper etwa 50-70 Mal teilen, bevor sie seneszent wird (inaktiv, teilt sich nicht mehr) oder stirbt. Wenn der Mensch altert, werden die Telomere an den Enden der Chromosomen allmählich kürzer.
Ein spezielles Enzym namens Telomerase fügt Telomere an die Enden replizierter Chromosomen an, was bedeutet, dass sich Zellen mit einem erhöhten Spiegel dieses Enzyms – wie Spermien und Eizellen oder bestimmte Krebszellen – häufiger teilen können.
Eukaryotische und prokaryotische Chromosomen unterscheiden sich in ihrer Form, Größe, Anzahl und Lage innerhalb der Zelle.
Hier sind die Eigenschaften von eukaryotischen Chromosomen im Vergleich zu denen von prokaryotischen Chromosomen:
| Eukaryotisches Chromosom | Prokaryotisches Chromosom | |
|---|---|---|
| Form | Linear | Kreisförmig |
| Größe | Groß | Klein |
| Anzahl | Mehrfach | Einfach |
| Ort | Kern | Nukleoid (Region im Zytoplasma) |
| Speicherproteine | Histone | Nukleoid-assoziierte Proteine |
Biologie des sichtbaren Körpers
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