Genetik

Chromosomen

Was sind Chromosomen und wie werden sie in Autosomen und Gonosomen unterteilt? Hier erfährst du alles über den Aufbau und die Funktion der Chromosomen.

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Inhaltsübersicht

Chromosomen einfach erklärt

Ein Chromosom ist ein langer Strang aus der Erbinformation Desoxyribonukleinsäure (DNA)%Verweis .Diese wird extrem komprimiert.

In einer menschlichen Körperzelle liegen 46 Chromosomen im Zellkern vor. Die Chromosomenzahl ist bei jeder Art Lebewesen unterschiedlich, aber innerhalb einer Art immer gleich! (Ein Rind hat zum Beispiel 60 Chromosomen, eine Taufliege aber nur 8.)

Zwei Chromosomen bilden jeweils ein Chromosomenpaar. Auf einem Chromosom sind die Gene festgelegt.
Unter einem Gen verstehst du einen Abschnitt auf der DNA, der den Bauplan für ein Protein darstellt. Innerhalb eines Chromosomenpaares sind die gleichen Gene festgelegt, doch zwischen unterschiedlichen Paaren unterscheiden sie sich. Während du von dem einen Chromosom die Augenfarbe ablesen kannst, erfährst du beispielsweise von einem anderen deine möglichen Talente. Die Gesamtheit aller Chromosomen kannst du als Chromosomensatz bezeichnen.

Die DNA ist um eine Gruppe des Proteins Histon gewickelt. Diesen ganzen Komplex aus DNA und Proteinen kannst du als Chromatin bezeichnen. Normalerweise liegt die DNA bei Eukaryoten als solche Chromatinfäden, also nur wenig aufgewickelt und komprimiert, im Zellkern vor.

Nur während der Zellteilung werden die Chromatinfäden komprimiert und nehmen die typische X-Form der Chromosomen an. Dadurch können die Mitose und Meiose einfacher stattfinden, ohne dass sich die Spindelfäden mit den Chromatinfäden verwirren.

Die Prokaryoten enthalten im Gegensatz zu den doppelsträngigen Chromosomen der Eukaryoten das sogenannte Bakterienchromosom und Plasmide . Das Bakterienchromosom besteht aus größeren und die Plasmide aus kleineren DNA-Molekülen. In den meisten Fällen liegen sie ringförmig in der Procyte vor.

Definition

Ein Chromosom (engl. chromosome) ist die Erbanlage einer Zelle und besteht aus extrem komprimierter DNA. Chromosomen vereinfachen die Zellteilung während der Mitose und Meiose und kommen in Körperzellen immer als Paare vor. Ein Mensch besitzt 46 Chromosomen.

Chromosomen Aufbau

Die Chromosomen haben eine einfache äußere Struktur, im Inneren sind sie jedoch komplexer aufgebaut.

Kompakter Aufbau

Ein Chromosom hat eine typische X-Form. Es besitzt vier Chromosomenarme. Das sind die Schenkel, die aus der Mitte des X herausragen. Wenn du das Chromosom längs, also von oben nach unten, teilst, erhältst du 2 Chromatide%Verweis. Sie bestehen jeweils aus zwei Armen: einem oberen und einem unteren. Dort, wo die Chromatide miteinander verbunden sind, liegt das Zentromer.

An dieses Zentromer setzten bei der Zellteilung die Spindelfäden an.

%<img class="n3VNCb" src="https://www.tgg-leer.de/projekte/genetik/dna2/files/image002.jpg" alt="Aufbau des Chromosoms und der DNA" data-iml="37196" />Beschreibung: Aufbau eines Chromosoms. Alt-Text: Chromosom, Chromatid, Chromosomenarm, Zentromer

Je nachdem wo sich dieses Zentromer befindet, entstehen unterschiedlich lange Chromosomenarme. Liegt das Zentromer mittig, sind die Chromosomenarme gleich lang. Diese Chromosomen sind metazentrisch (im Zentrum gelegen).

Befindet sich  das Zentromer an einem Ende, entstehen sehr lange und sehr kurze Arme. Dieses Chromosom nennt man akrozentrisch (= akrozentrische Chromosomen) (engl. acro = die äußersten Spitzen betreffend).

Die dritte Form ist das subzentrische Chromosom. Dabei liegt das Zentromer zwischen Mitte und Ende des Chromosoms, teilt es also ca. 1:3.

%<img class="n3VNCb" src="https://slideplayer.org/slide/1287588/3/images/19/Chromosomentypen.jpg" alt="DNA als Erbsubstanz DNA (Desoxyribonukleinsäure) - ppt video online  herunterladen" width="479" height="359" data-iml="32932" />Beschreibung: Chromosomenarten. Alt Text: Metazentrisch, subzentrisch, akrozentrisch, Chromosom, Lage Zentromer, Chromosomenarm

Feinbau der Chromosomen

Die Grundbausteine der Chromosomen sind die DNA und die Histone%Verweis. Histone sind Proteine, die immer zu acht aneinander geordnet sind. Um diese aneinander geordneten Proteine ist die DNA zweimal gewickelt. Am besten stellst du dir das vor wie ein Kabel, das um eine Kabeltrommel gewickelt ist. Das Kabel stellt dabei die DNA dar und die Trommel die Histone. 

Diese „Kabeltrommel“ aus acht Histonen und der DNA kannst du auch als Nukleosom bezeichnen. An jedes Nukleosom wird schließlich noch ein Acetatrest gehängt. Ein Acetatrest ist die Acetylgruppe CH3COO. Diesen Vorgang kannst du als Acetylierung%Verweis der DNA bezeichnen. Sie begünstigt die Transkription , worunter du dir das Umschreiben der DNA in eine mRNA%Verweis vorstellen kannst.

%<img class="n3VNCb" src="https://thumbs.dreamstime.com/z/histone-vereinfachte-darstellung-zeigt-die-organisation-und-das-verpacken-des-genmaterials-im-chromosom-nucleosomes-sind-dna-um-147540233.jpg" alt="Histone Vereinfachte Darstellung Zeigt Die Organisation Und Das Verpacken  Des Genmaterials Im Chromosom Vektor Abbildung - Illustration von zeigt,  histone: 147540233" width="322" height="340" data-iml="1566425" /> Beschreibung: Bildung der Nukleosome. Alt Text: DNA, Chromosom Aufbau, Histon, Nukleosom

Die Nukleosomen legen sich spiralförmig aneinander und es bildet sich ein langer Strang, der sogenannte Chromatinfaden%Verweis Chromatin. Du kannst dir das wie eine Perlenkette (Perle = Nukleosom) vorstellen, die sich wie eine Spirale windet.

Die DNA ist jetzt schon extrem komprimiert, doch es geht noch kleiner. Denn dieser Chromatinfaden legt sich nun in Schlaufen übereinander. Die entstehende Faser kannst du auch als Schlaufendomäne bezeichnen. Auch diese werden nochmals gefaltet. Daraus bildet sich nun das Chromosom.

%<img class="n3VNCb" src="https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0b/Chromosome.svg/220px-Chromosome.svg.png" alt="Chromosom - Wikipedia" data-noaft="1" />Beschreibung: Chromatinfaden wird zum Chromosom. Alt-Text: Chromosom, Chromatin, Chromatinfaser, Chromatinfaden, Schlaufendomänen

So extrem komprimiert kommen die Chromosomen nur während der Zellteilung in der Metaphase vor. Daher kannst du sie auch als Metaphasenchromosom bezeichnen. Auf diese Weise bekommt ein Chromosom eine Größe von nur wenigen Mikrometern. Außerhalb der Zellteilung ist die DNA nicht komprimiert.

Manche Lebewesen (zum Beispiel verschiedene Mückenarten) besitzen auch sogenannte Riesenchromosomen. Diese entstehen durch eine Chromosomenverdopplung, ohne dass sich diese wie bei einer normalen Zellteilung trennen. Stattdessen wachsen sie immer weiter. Ein Riesenchromosom kannst du sogar unter einem Lichtmikroskop sehen.

Autosomen und Gonosomen

Du hast in jeder Zelle deines Körpers Chromosomen. Diese kannst du in Autosomen, die Körperchromosomen, und Gonosomen, die Geschlechtschromosomen, unterteilen.

Autosomen

Die Autosomen sind die Körperchromosomen. Auf ihnen liegen alle Merkmale des Lebewesens. Auf dem Chromosom 1 ist zum Beispiel der Rhesusfaktor%Verweis deines Blutes festgelegt und auf dem Chromosom 9 deine Blutgruppe%Verweis. Du hast jedes Chromosom zwei mal. Deshalb spricht man auch von Chromosomenpaaren.

Gonosomen

Von den Gonosomen besitzt jede Zelle nur zwei Stück. Diese geben das Geschlecht des Lebewesens an, weshalb du sie auch Geschlechtschromosomen nennen kannst. Du kannst zwischen X-Chromosomen und Y-Chromosomen unterscheiden. Auch diese kommen paarweise vor, doch anders als die autosomalen Chromosomenpaare ähneln sich die Gonosomen weniger.

Männliche Individuen haben ein X- und ein Y-Chromosom, weibliche dagegen haben zwei X-Chromosomen.

Chromosomen Funktion

Die Chromosomen bestehen aus einem DNA-Strang. Mehrere Basen-Tripletts auf diesem Strang bilden ein Gen. Somit enthalten die Chromosomen die gesamte Erbinformation und sind die Erbanlagen einer Zelle.

Würde die DNA als ein langer Strang in dem Zellkern vorliegen, so gäbe es ein großes Durcheinander. Um eine Ordnung hinein zu bekommen, wird die DNA extrem komprimiert und es entstehen Chromatinfäden. Während der Zellteilung müssen diese Chromatinfäden jedoch noch besser sortiert werden. Deshalb werden sie eingewickelt und bilden schließlich die typische Struktur von Chromosomen. So kann die Zellteilung während der Mitose und Meiose einfacher stattfinden, da sich die Spindelfäden nicht mit einem DNA-Strang verwirren können.

Des Weiteren geben die Gonosomen das Geschlecht des Lebewesens an.

Chromosomen sind außerdem die Ursache für Chromosomenmutationen%Verweis (Veränderung der Struktur von Chromosomen) und Genommutationen%Verweis (ein Chromosom kommt zu selten oder zu häufig vor).

Chromatid Chromosomen

Je nach Phase der Kernteilung, in der sich eine Zelle befindet, besteht das Chromosom entweder aus einem oder aus zwei Chromatiden.

Zwei-Chromatid-Chromosom

Normalerweise besteht ein Chromosom aus zwei Chromatiden. Deshalb kannst du es auch einfach als zwei-Chromatid-Chromosom bezeichnen. Diese Chromatide sind über das Zentromer miteinander verbunden.

Ein-Chromatid-Chromosom

Während einer Kernteilung werden die Chromosomen geteilt und die Chromatide liegen einzeln vor. Somit handelt es sich nun um das ein-Chromatid-Chromosom. Durch die DNA-Replikation, also die Verdopplung der DNA in der Interphase, entstehen daraus jedoch wieder zwei-Chromatid-Chromosomen.

%<img class="n3VNCb" src="https://slideplayer.org/slide/867063/2/images/16/Zwei-Chromatid-Chromosomen+%E2%80%93+Ein-Chromatid-Chromosomen.jpg" alt="Zellteilung Mitose. - ppt herunterladen" width="479" height="359" data-iml="9537" />Beschreibung: Zwei-Chromatid-Chromosom und Ein-Chromatid-Chromosom. Alt-Text: Chromatid, Chromosom, Zellteilung, Kernteilung, Zentromer

Chromosomen Mensch

Die Frage ‚Wie viele Chromosomen hat ein Mensch?‘ ist oft eine Aufgabe in Klausuren oder Prüfungen. Nun bekommst du die Antwort: Ein Mensch hat in jeder Körperzelle 46 Chromosomen. 44 Chromosomen sind die Autosomen und 2 sind die Gonosomen.

In einer Keimzelle (Eizellen und Spermazellen) kommen jedoch keine Chromosomenpaare vor, sondern insgesamt nur 23 Chromosomen. Somit hat eine Keimzelle 22 Autosomen und ein Gonosom.

Homologe Chromosomen

In Körperzellen kommen die Chromosomen als Paare vor. Da die Chromosomen innerhalb eines Paares die gleiche Erbinformation enthalten, kannst du sie auch als homologe Chromosomen (griech.: homos = gleich; logos =Sinn), beziehungsweise Schwesterchromosomen, bezeichnen.

Diese Chromosomen stimmen in ihrer Gestalt und der Abfolge der Gene überein. Ein homologes Chromosom enthält dabei die Erbinformation der Mutter und dessen Schwesterchromosom die Erbinformation des Vaters.

Karyogramm Mensch

Um sich einen Chromosomensatz genauer anzusehen, werden die Chromosomen in einem Karyogramm%Verweis geordnet. Die Chromosomen werden dabei in Autosomen und Gonosomen unterteilt. Zuerst kommen die 44 Autosomen, die nach ihrer Größe und nach der Lage des Zentromers sortiert sind. Am Ende werden die zwei Gonosomen dargestellt. An einem Karyogramm kannst du schon manche Krankheiten wie die Genommutation erkennen. Du siehst zum Beispiel sehr gut eine Monosomie oder eine Trisomie.

%<img class="n3VNCb" src="https://www.tgg-leer.de/projekte/genetik/vererbung/karyogf.gif" alt="Untitled Document" data-iml="6187" />Beschreibung: Karyogramm. Alt-Text: Autosomen, Chromosomen, Chromosomensatz

Um die Chromosomen besser zu unterscheiden, werden sie angefärbt. Dabei bilden sich verschiedene Ringe auf den Chromosomenarmen, da unterschiedliche Basensequenzen den Farbstoff verschieden stark annehmen. Diese Ringe kannst du auch als Bandenmuster bezeichnen.

%Um noch mehr über die Darstellung und das Lesen eines Karyogramms zu erfahren, kannst du dir gern unseren Beitrag zum Karyogramm anschauen.

Chromosomenzahl: Haploider und Diploider Chromosomensatz

Bei Körperzellen liegt eine Chromosomenanzahl von 46 vor. Solche Körperzellen entstehen durch die Zellteilung Mitose . Da jedes Chromosom doppelt vorliegt, kannst du die Gesamtheit auch als doppelten beziehungsweise diploiden Chromosomensatz bezeichnen.

%<img class="n3VNCb" src="https://o.quizlet.com/Aid-vtrgAGMlU3VnUuQLwQ.jpg" alt="Mitose,Chromosom Flashcards | Quizlet" width="306" height="269" data-iml="14571" />Beschreibung: Diploider Chromosomensatz. Alt-Text: Autosomen, Chromosomen, Chromosomensatz, Karyogramm, Körperzelle, Mitose.

Keimzellen besitzen nur 23 Chromosomen. Die Gesamtheit der Chromosomen kannst du auch als einfachen oder haploiden Chromosomensatz bezeichnen. Zellen, die diesen Chromosomensatz aufweisen, entstehen bei der Zellteilung Meiose .

%<img class="n3VNCb" src="https://quizlet.com/cdn-cgi/image/f=auto,fit=cover,h=200,onerror=redirect,w=240/https://o.quizlet.com/zUub1R0Xkonl2ooF0N6y-A.jpg" alt="Biologie Vererbung Flashcards | Quizlet" data-iml="4825" />Beschreibung: Haploider Chromosomensatz. Alt-Text: Autosomen, Chromosomen, Chromosomensatz, Karyogramm Keimzellen, Geschlechtszellen, Meiose.

Mutationen

Die Chromosomen sind meist die Ursache für Erbkrankheiten%Verweis. Dabei kann entweder die Anzahl oder die Struktur der Chromosomen verändert werden.

Chromosomenmutation

Unter einer Chromosomenmutation%Verweis verstehst du die Veränderung der Struktur eines Chromosoms. Diese Strukturveränderung kann zum Beispiel durch den Verlust oder den Austausch einer Basensequenz hervorgerufen werden.

Eine bekannte Erbkrankheit, die eine Chromosomenmutation zur Ursache hat, ist das Philadelphia Chromosom. Dabei tauschen die Chromosomen 22 und 9 Basensequenzen aus und das Chromosom 22 wird verkürzt. Dadurch entsteht auf diesem Chromosom 22 der Bauplan für ein Protein, welches die normale Zellteilung von Blutzellen stört. Diese fehlende Zellteilung ist die Ursache für Blutkrebs.

Genommutation

Eine Genommutation%Verweis liegt bei einer veränderten Anzahl von Chromosomen vor.

Eine Krankheit, die durch eine Genommutation ausgelöst wird, ist die Trisomie 21. Dabei existiert das Chromosom 21 drei mal. Menschen mit dieser Krankheit sind meist geistig und motorisch beeinträchtigt. Im äußeren Erscheinungsbild äußert sie sich zum Beispiel durch schräg gestellte Augen und einem runden, flachen Gesicht.


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