Chromosomen: Aufbau, Chromatin und Chromosomensatz

Bei eukaryotischen Zellen befindet sich der größte Teil der DNA im Zellkern. Die DNA trägt die Erbinformation. Zusammen mit Proteinen bildet sie das Material der Chromosomen.

Eine Variante eines Gens heißt Allel. Zwei Menschen können dasselbe Gen besitzen, aber unterschiedliche Allele dieses Gens tragen. Gen und Allel sind deshalb nicht dasselbe: Das Gen bezeichnet den DNA-Abschnitt, das Allel eine mögliche Variante davon.

Die Teil-Ganzes-Beziehung lautet:

1. Im Zellkern liegen die Chromosomen.
2. Ein Chromosom enthält DNA und Proteine.
3. Auf der DNA liegen viele Gene.
4. Ein Gen kann in unterschiedlichen Allelen vorkommen.

Die DNA-Moleküle sind sehr lang. Proteine helfen dabei, sie platzsparend zu ordnen, ohne die Erbinformation zu ersetzen.

Die Verpackung erfolgt in mehreren Stufen:

1. Die DNA wickelt sich um Histone und bildet Nukleosomen.
2. Viele Nukleosomen bilden eine perlenkettenartige Struktur.
3. Diese Struktur wird weiter aufgewickelt und zu Chromatinfäden geordnet.
4. Die Chromatinfäden bilden Schlaufen und werden weiter gefaltet.
5. Durch starke Verdichtung entsteht ein kompaktes Chromosom.

Weniger dichtes Chromatin ermöglicht, dass Gene abgelesen werden. Vor und während einer Zellteilung wird das Material stark verdichtet. So lässt sich die DNA geordnet auf die entstehenden Zellen verteilen.

Die bekannte X-Form zeigt ein bereits verdoppeltes und stark verdichtetes Chromosom. Sie ist nicht die dauerhafte Form jedes Chromosoms.

Der Wechsel lässt sich als Ablauf verstehen:

1. Vor der DNA-Verdopplung liegt ein Ein-Chromatid-Chromosom vor.
2. In der S-Phase der Interphase wird die DNA verdoppelt.
3. Danach besteht das Chromosom aus zwei Schwesterchromatiden.
4. Bei der Kernteilung werden die Schwesterchromatiden getrennt.
5. Jede getrennte Chromatide bildet nun ein Ein-Chromatid-Chromosom.

Die Verdopplung geschieht also vor der eigentlichen Mitose, nicht erst während der Trennung der Chromatiden.

In einer diploiden Körperzelle bilden je ein mütterliches und ein väterliches Chromosom ein Paar. Solche Paarpartner heißen homologe Chromosomen.

Homologe Chromosomen stimmen in ihrer Gestalt und in der Reihenfolge ihrer Genorte überein. Sie sind trotzdem nicht unbedingt identisch, weil an denselben Genorten unterschiedliche Allele liegen können.

Die Gesamtheit aller Chromosomen einer Zelle heißt Chromosomensatz. Für den üblichen menschlichen Chromosomensatz gelten folgende Zahlen:

• Körperzellen besitzen 46 Chromosomen, angeordnet in 23 Paaren.
• Je 23 Chromosomen stammen von der Mutter und vom Vater.
• 44 Chromosomen sind Autosomen, also Körperchromosomen.
• Zwei Chromosomen sind Gonosomen, also Geschlechtschromosomen.

Körperzellen besitzen einen doppelten oder diploiden Chromosomensatz. Eizellen und Spermien enthalten dagegen 23 einzelne Chromosomen und damit einen einfachen oder haploiden Satz. Bei der Befruchtung kommen zwei haploide Sätze zusammen.

Die Chromosomenzahl ist artspezifisch, aber kein Maß für die Komplexität eines Lebewesens. So besitzen Menschen 46, Weizen 42 und Karpfen 104 Chromosomen.

Ein Karyogramm ist eine geordnete Darstellung der Chromosomen einer Zelle. Die Chromosomen werden unter anderem nach Größe, Zentromerlage und Bandenmuster sortiert. Beim Menschen stehen zuerst die Autosomenpaare und anschließend die Gonosomen.

Ein Karyogramm zeigt die Anzahl und auffällige größere Veränderungen der Chromosomen. Manche Abweichungen der Chromosomenzahl lassen sich darin erkennen.

Eine Veränderung der Chromosomenzahl heißt Genommutation. Davon zu unterscheiden ist eine Chromosomenmutation, bei der sich die Struktur eines Chromosoms verändert.