Chromosomenaufbau Mindmap

Das Thema verstehen

Chromosomen sind Strukturen im Zellkern, die die Erbinformation in Form von DNA tragen. Ihr Aufbau reicht vom freien DNA-Molekül über die Verpackung um Histone bis zur kondensierten Form während der Zellteilung. Wichtige Bausteine sind Chromatinfasern, Nukleosomen, das Zentromer und die Telomere an den Enden. Die Kenntnis dieser Struktur erklärt, wie lange DNA-Moleküle in einer Zelle Platz finden und wie Erbinformation bei Mitose und Meiose korrekt weitergegeben wird.

Vom DNA-Strang zum kondensierten Chromosom
Ein menschliches Chromosom enthält ein DNA-Molekül von mehreren Zentimetern Länge, das in einen Zellkern von wenigen Mikrometern Durchmesser passen muss. Dies gelingt durch eine mehrstufige Verpackung: Die DNA windet sich um Histonoctamere und bildet Nukleosomen, die wie Perlen an einer Schnur aufgereiht sind. Diese Faser wird weiter spiralisiert und mit Proteinen zu dichteren Schleifen organisiert. In der Zellteilungsphase erreicht die Verdichtung ihren Höhepunkt, sodass die charakteristischen stäbchenförmigen Chromosomen im Lichtmikroskop sichtbar werden. Zwischen den Teilungen ist die DNA dagegen lockerer verpackt, damit Gene abgelesen werden können.

Chromatin und Genaktivität
Chromatin ist kein einheitliches Material, sondern kommt in unterschiedlichen Verdichtungszuständen vor. Euchromatin ist locker strukturiert und enthält Gene, die aktuell abgelesen werden können. Heterochromatin ist dicht gepackt und enthält meist wenig aktive Gene, darunter auch repetitive Abschnitte wie die Zentromerregionen. Diese Verpackung ist ein wichtiger Regulationsmechanismus: Ob ein Gen zugänglich ist, hängt auch von chemischen Markierungen an der DNA und an Histonen ab. So kann derselbe Erbinformationssatz in verschiedenen Zelltypen unterschiedlich genutzt werden, ohne dass sich die DNA-Sequenz selbst verändert.

Zentromer, Telomere und Zellteilung
Das Zentromer ist die Einschnürungsstelle, an der die beiden Schwesterchromatiden nach der DNA-Replikation zusammenhängen. Dort bildet sich der Kinetochor, an dem die Spindelfasern der Teilungsspindel ansetzen und die Chromatiden in der Anaphase zu den Polen ziehen. Die Telomere an den Chromosomenenden bestehen aus repetitiven Sequenzen und schützen die Enden vor Abbau und Fusion. Da die DNA-Polymerase die Enden nicht vollständig kopieren kann, verkürzen sich Telomere bei jeder Zellteilung leicht, was die begrenzte Teilungsfähigkeit vieler Körperzellen mit erklärt.

Chromosomenzahl und Homologie
Beim Menschen tragen Körperzellen 46 Chromosomen, die als 23 Paare vorliegen: 22 Autosomenpaare und ein Paar Geschlechtschromosomen. Ein Paar besteht aus je einem mütterlichen und einem väterlichen Chromosom, die als homolog bezeichnet werden, weil sie dieselben Genorte in gleicher Reihenfolge tragen, jedoch unterschiedliche Varianten besitzen können. Keimzellen enthalten durch die Meiose nur einen Satz von 23 Chromosomen. Die Chromosomenzahl variiert zwischen Arten erheblich und sagt nichts über den Komplexitätsgrad eines Lebewesens aus.