Woraus besteht ein Chromosom?
Hallo, ich schreibe nächste Woche eine Klausur in Biologie und mir ist gerade klar verstanden, dass ich etwas grundlegendes einfach nicht verstehe.
Als Chromosom bezeichnet man doch zwei Chromatiden die in der Mitte mit einem Centromer verbunden sind. Jetzt ist meine Frage: Besteht ein Chromatid aus einem Doppelhelix (2 verzweigte DNA Stränge)? Das würde ja dann heißen dass ein Chromosom (zwei Chromatiden) aus zwei doppelhelixen besteht?!
Aber wie funktioniert dann die Transkription? Müsste die dann nicht zwei Mal statt finden? Ich versteh auch gar nicht wie das jetzt alles mit der Mitose zusammenhängt...
Kann mir da jemand helfen, der sich damit auskennt? Wäre wirklich sehr nett.
Danke schon einmal im vorraus!
Viele Grüße
Marie
3 Antworten
Moin,
bitte entschuldige, aber bevor ich auf deine Fragen antworte, möchte ich vorher noch folgendes loswerden:
- „etwas Grundlegendes” wird groß geschrieben.
- der Begriff „Helix” ist feminin, es muss also „aus einer Doppelhelix” heißen.
- die Mehrzahl von Helix ist Helices (nicht „Helixen”).
- „stattfinden” wird zusammengeschrieben.
- und „im Voraus” schreibt man groß und nur mit einem „r”.
Versteh mich bitte nicht falsch, vor Rechtschreibfehlern ist wohl keiner gefeit (es gibt noch ein paar wenige weitere in deinem Text), aber die gröbsten deiner Fehler wollte ich doch nicht so stehen lassen...
Doch nun zu deinen Fragen. Ich erkläre alles in einem Zusammenhang (deshalb stell dich auf einen längeren Text ein):
Du hast eine falsche Vorstellung vom Begriff „Chromosom”. Ein Chromosom ist ein Gebilde, das die für ein Chromosom charakteristischen Erbinformationen trägt. Es kann als Ein-Chromatid- oder als Zwei-Chromatid-Chromosom vorliegen. Bereits das Ein-Chromatid-Chromosom besitzt alle Erbinformationen, die für das Chromosom charakteristisch sind. Im Zwei-Chromatid-Stadium liegt ein Chromosom nur dann vor, wenn eine Zelle vor einer Teilung steht (Mitose oder Meiose). Und das kommt so:
Der Zellzyklus:
Ganz grob gesehen, kann man das Leben einer Zelle in zwei Phasen unterteilen: in die Phase, in der eine gut erkennbare Zellteilung stattfindet und in die Phase, in der scheinbar nichts passiert und die man deshalb als „Interphase” bezeichnete (als Phase zwischen zwei Zellteilungen).
In Wirklichkeit passiert in der Interphase jede Menge.
Eine Eukaryotenzelle hat in ihrem Zellkern eine bestimmte Anzahl von Chromosomen. Diese liegen zunächst im Ein-Chromatid-Stadium vor. So ein Ein-Chromatid-Chromosom besteht aus zwei Chromatidarmen, die über ein Centromer miteinander verbunden sind. Oft ist ein Arm etwas kürzer als der andere.
Damit die Zelle die Gene auf diesen Chromosomen benutzen kann (Transkription mit anschließender Translation), sind die Chromosomen mehr oder weniger stark entspiralisiert (dekondensiert). Diesen Zustand bezeichnet man deshalb auch als „Arbeitsform des Chromosoms”. Wenn du den Kern einer solchen Zelle anfärbst, erkennt man keine einzelnen Chromosomen, sondern eine eher diffuse Masse, die man als „Chromatin” bezeichnet.
Eine solche Zelle befindet sich in der sogenannten G1-Phase, in der sie Stoffwechsel betreibt und ihre vorgesehenen Aufgaben erfüllt. Das „G” steht dabei als Abkürzung für das englische Wort „Gap” (= Lücke).
Irgendwann erreicht die Zelle einen Punkt, an dem es zweckvoll ist, eine Zellteilung vorzubereiten und durchzuführen. Dazu ist es zunächst nötig, das Erbmaterial (also die Chromosomen) zu verdoppeln, denn schließlich sollen die beiden späteren Tochterzellen über identisches Erbmaterial verfügen. Die Zelle beginnt also mit der Synthese von einem weiteren Chromatid pro vorhandenem Chromatid. Deshalb nennt man diese Phase im Leben einer Zelle „S-Phase”. Den Augenblick, der zwischen dem Ende der G1-Phase und dem Beginn der S-Phase liegt, bezeichnet man als „Restriktionspunkt”.
Am Ende der S-Phase liegen alle Chromosomen im Zwei-Chromatid-Stadium vor. Erst dann gibt es also zwei Schwesterchromatiden, die über das Centromer miteinander verbunden sind (was deiner bisherigen Vorstellung eines Chromosoms entspricht).
Nun schließt sich die sogenannte G2-Phase an. In dieser Phase wird die Verdoppelung der DNA in den Schwesterchromatiden überprüft und eventuell aufgetretene Fehler repariert. Außerdem stellt die Zelle nun noch ein paar Stoffe her, die für die kommende Zellteilung wichtig sind.
Nach der G2-Phase folgt die Mitose (die Kernteilung). Auch die Mitose kann man in vier Phasen untergliedern, nämlich die Prophase, die Metaphase, die Anaphase und die Telophase.
In der Prophase beginnen sich alle Chromosomen stark aufzuwickeln (sie kondensieren). Das ist sinnvoll, weil die Chromosomen während der Mitose in der Zelle bewegt werden sollen. Das geht in der Arbeitsform schlecht, weil sie dann dünne, aber sehr lange Fäden darstellen. Deshalb führt das Aufwickeln dazu, dass die Chromosomen (in ihrem Zwei-Chromatid-Stadium) in die sogenannte „Transportform” kommen.
Aber in der Prophase passiert noch mehr: die Kernmembran beginnt sich aufzulösen (damit die Chromosomen ins Zellplasma gelangen). Außerdem wandern die Centriolen auf einander gegenüberliegende Seiten der Zelle (zu den sogenannten „Zellpolen”). Dabei spannen sie zwischen sich zunehmend länger werdende Eiweißfäden auf, von denen ein paar irgendwann auch durch die Centromeren der Chromosomen führen. Es entwickelt sich der sogenannte „Spindelapparat”. Am Ende der Prophase liegen die Zwei-Chromatid-Chromosomen vollständig kondensiert, der Zellkern ist aufgelöst und der Spindelapparat fertig ausgebildet. Würdest du die Zelle nun anfärben, könntest du die Chromosomen als X-förmige Gebilde gut erkennen.
In der sich anschließenden Metaphase ordnen sich die vollständig kondensierten Zwei-Chromatid-Chromosomen auf einer Linie zwischen den Centriolen an. Da die Centriolen zu diesem Zeitpunkt quasi an den beiden Polen der Zelle liegen, bezeichnet man die gedachte Linie, auf denen sich die Chromosomen anordnen, als „Äquatorialebene” (in Anlehnung an den Äquator zwischen den Polen bei der Erde).
Im Anschluss fangen die Spindelfasern an, sich zu verkürzen, womit die Anaphase beginnt. Da einige der Fasern durch die Centromeren der Chromosomen führen, werden die beiden Chromatiden der Zwei-Chromatid-Chromosomen auseinander gebrochen und jeweils ein Ein-Chromatid-Chromosom zu den jeweiligen Polen gezogen. So wird gewährleistet, dass sich von jedem Chromosom, das Ein-Chromatid-Stadium an beiden Polen einfindet.
In der abschließenden Telophase der Mitose wird der Spindelapparat wieder völlig abgebaut. Die kondensierten Ein-Chromatid-Chromosomen fangen an, sich teilweise wieder zu entspiralisieren (sie gehen zunehmend von der Transport- in die Arbeitsform über). Außerdem wird an jedem Pol eine neue Kernmembran ausgebildet, die am Ende die jeweiligen Haufen an Ein-Chromatid-Chromosomen wieder umschließt.
Damit ist die eigentliche Mitose (Kernteilung) abgeschlossen, aber noch nicht die Zellteilung! Die endgültige Trennung der ursprünglichen Zelle in die Zwei Tochterzellen erfolgt in der sogenannten „Cytokinese”, die jedoch streng genommen nicht zur eigentlichen Mitose gehört. In der Cytokinese wird eine trennende Membran zwischen die Pole der ursprünglichen Zelle eingezogen, was das Cytoplasma aufteilt und zwei Tochterzellen entstehen lässt. Die Zellteilung ist vollbracht. Du kannst also sagen, dass die Zellteilung aus Mitose und Cytokinese besteht.
Am Ende der Cytokinese liegen zwei Tochterzellen vor, die beide wieder in die G1-Phase übergehen, womit der Zyklus von vorne losgehen kann.
Wenn sich Zellen dauerhaft nicht mehr teilen (also wenn sie keinen Restriktionspunkt mehr erreichen), verharren sie quasi in dieser G1-Phase. Dann bezeichnet man diese Dauer-G1-Phase auch als „G0-Phase”.
Der Bau eines Chromsoms besteht aus folgenden Teilen:
Die einzelnen Bausteine der DNA sind Nukleotide. Diese setzen sich ihrerseits aus einer Base (Adenin, Thymin, Guanin oder Cytosin), dem Zucker Desoxyribose und einem Phosphatrest zusammen.
Wenn du viele Nukleotide aneinander hängst und miteinander verknüpfst, erhältst du einen Nucleinsäure-Strang.
Es gibt von diesen Nukleinsäure-Strängen zwei, bei denen die Basenfolgen der einzelnen Nukleotiden komplementär zusammenpassen. Die Einzelstränge lagern sich daher aneinander (wobei sie durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den komplementär zusammenpassenden Basenpaaren A-T und C-G stabil zusammengehalten werden). Das ergibt eine Art Strickleiter. Die DNA-Stränge sind übrigens nicht verzweigt, wie du geschrieben hast. Aber aufgrund der Bindungsverhältnisse ist dieser Nukleinsäure-Doppelstrang verdrillt, das heißt, die Strickleiter windet sich um sich selbst. Es entsteht die DNA-Doppelhelix.
Für die Aufwicklung der DNA windet sich der DNA-Doppelhelixstrang zunächst zweimal um ein kugeliges Proteingerüst (ein globuläres Histon). Die zweifache Windung wird zusätzlich von einem anderen, streifenförmigen Histon stabilisiert. Diesen Komplex bezeichnet man als „Nukleosom”.
30 solcher Nukleosomen bilden dann ihrerseits eine Röhre, wobei sechs Nukleosomen eine Windung der Röhre ergeben. Diese Röhre bezeichnet man als „Solenoid”.
Die Solenoide bilden ihrerseits Schlaufen, die man dann „Domänen” nennt.
Die Domänen werden noch weiter geknäuelt und gefaltet, so dass am Ende das Chromatid entsteht.
Die DNA ist etwa 2 nm im Durchmesser und bei einem Menschen etwa 6 cm lang. Durch die Bildung von Nukleosomen wird das Ganze etwa 10 nm im Durchmesser und auf etwa 1/6 der Länge verkürzt. Solenoide haben einen Durchmesser von 30 nm und Domänen 300 nm. Die Chromatiden sind noch einmal um ein zentral gelegenes Proteingerüst angeordnet und haben einen Durchmesser von 700 nm. Dann sind sie so stark verkürzt, dass sie locker in einen Zellkern passen...
Du siehst, Chromosomen, von denen Gene transkribiert werden, liegen im Ein-Chromatid-Stadium vor. Es ist daher nicht nötig, das dies zweimal passieren muss (was jedoch auch möglich wäre)...
Im Zwei-Chromatid-Stadium liegen Chromosomen nur am Ende der S-Phase, in der G2-Phase sowie der Prophase und der Metaphase der Mitose vor.
Ich hoffe, dass du die Zusammenhänge jetzt besser verstehst.
LG von der Waterkant
Hi Marie,
schau mal dieses Bild "from DNA to chromosome" an https://www.behance.net/gallery/2525259/Chromosomes-Chromatin-and-DNA
ein Chromatid besteht also aus einer endlos langen DNA-Doppelhelix, die im sichtbaren Chromosom dicht verpackt ist.
Zwei Chromatiden sind zwei Kopien des selben DNA-Stranges, die am Centromer zusammengeheftet sind. Wie zwei DIN-A4 Seiten, mit dem gleichen Aufsatz, mit einer Klammer zusammengeheftet.
Die Transkription muss nur einmal stattfinden, denn sie nutzt nur eine der DIN-A4 Seiten. Der Umstand, dass beide zusammengeheftet sind, liegt nur an dem Vorhaben der Mitose. Jeder neuen Zelle, die durch Teilung aus einer Zelle hervorgeht, bekommt eine der DIN-A4-Seiten, so dass beide im Ergebnis die gleiche Information erhalten haben, die durch Transkription umgesetzt werden kann.
Wenn du noch Fragen hast, frag einfach, ich bin zwar nicht immer hier, antworte dir aber später. Gruß
Chromosomen sind nur zur Zellteilung da, denn sie sind die Transportform für die DNA.
Zuerst wird die DNA verdoppelt (das ist die Replikation, findet in der Interphase statt) und wird dann in Zwei-Chromatid-Chromosomen verpackt. Im Lauf der Mitose werden die Chromatiden auseinandergezogen und auf die Zellen verteilt.
Die Chromosomen entspiralisieren sich und liegen nicht mehr in der Transportform, sondern in der Arbeitsform vor. Jetzt kann die Proteinsynthese ablaufen, sie beginnt mit der Transkription.