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Chromosomen und Mitose

Skripte
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Chromosomen

Die Zelle: Chromosomen und Mitose
Abb. 1: Jungen und Mädchen.
Die Zelle: Chromosomen und Mitose
Abb. 1: Jungen und Mädchen.

Auf dem nebenstehenden Bild sind eindeutig drei Jungen und vier Mädchen abgebildet. Optisch kann man das schnell erkennen, denn die biologischen Merkmale für Weiblichkeit bzw. Männlichkeit wurden uns schon früh durch die Gesellschaft, in der wir leben, vermittelt.
Auf dem obenstehenden Bild sind eindeutig drei Jungen und vier Mädchen abgebildet. Optisch kann man das schnell erkennen, denn die biologischen Merkmale für Weiblichkeit bzw. Männlichkeit wurden uns schon früh durch die Gesellschaft, in der wir leben, vermittelt.

Aber welche genetischen Merkmale gibt es, an denen wir erkennen, ob wir männlich oder weiblich sind?

Genau betrachtet ist durch die Geschlechtschromosomen (= Gonosomen) geregelt, welches Geschlecht wir bekommen.
Chromosomen sind die Träger der Erbinformation und sind somit bedeutende Bestandteile der Eukaryoten. Das Wort Chromosom lässt sich von den griechischen Begriffen „chroma“ (= Farbe) und „soma“ (= Körper) ableiten. Diese Bezeichnung wurde von Heinrich W. Waldeyer im Jahr 1888 vorgeschlagen, denn Chromosomen lassen sich durch eine spezielle Färbemethode im Zellkern identifizieren. Durch diese Methode kann der Karyotyp (= Ausstattung einer Zelle mit Chromosomen) ermittelt und geordnet als Karyogramm dargestellt werden.
Nachfolgend wird der Aufbau der Chromosomen näher beleuchtet.

Aufbau der Chromosomen

Abbildung 2 zeigt dir den grundsätzlichen Aufbau eines Chromosoms.

Die Zelle: Chromosomen und Mitose
Abb. 2: Schematischer Aufbau eines Chromosoms.
Die Zelle: Chromosomen und Mitose
Abb. 2: Schematischer Aufbau eines Chromosoms.
Nachdem der DNA-Strang bei der Replikation verdoppelt wurde, hat jedes Chromosom zwei exakt gleiche Chromatiden. In Abbildung 2 sind sie in gelb und blau dargestellt. Die Chromatiden bestehen jeweils aus einem einzelnen, kondensierten DNA-Strang. Die identischen Chromatiden werden häufig als Schwesterchromatiden bezeichnet. Die Schwesterchromatiden sind identisch, damit nach der Zellteilung jede Tochterzelle die gleiche Erbinformation hat. Die Verbindungsstelle zwischen den beiden Chromosomen ist das Centromer. Chromosomen, die aus zwei Chromatiden aufgebaut sind, heißen Zwei-Chromatid-Chromosomen. Chromosomen mit nur einem Chromatiden sind damit Ein-Chromatid-Chromosomen.

Die beiden Chromatidenarme werden aufgrund ihrer oftmals unterschiedlichen Länge unterschiedlich bezeichnet. Der längere Arm wird mit dem Buchstaben q, der kürzere mit dem Buchstaben p betitelt.

Der Aufbau der Chromosomen ist sehr vielschichtig, daher betrachten wir nun die einzelnen Ebenen der Chromosomenstruktur.
Die Zelle: Chromosomen und Mitose
Abb. 3: Verpackungsebenen.
Die Zelle: Chromosomen und Mitose
Abb. 3: Verpackungsebenen.

Histone:

Basische Proteine, die im Nucleus vorkommen
und eines der Strukturelement des Chromatins
sind.

Nucleosom:

Eine Verpackungsebene der DNA, bei der die
DNA-Doppelhelix um Histone gewickelt ist;
„Perlenkette-Struktur“.

Chromatin: Die Struktur aus Nucleosomen und weiteren
Proteinen bezeichnet man als Chromatin, es
ist die Vorstufe der Chromosomen.

Chromosom: Dichteste Verpackungsstruktur der Erbinformation.

Kondensation: Vorgang, bei dem immer dichter gepackte
Strukturen entstehen und sich dabei die
Länge des DNA-Fadens deutlich verkürzt.

Auf der ersten Ebene ist die DNA-Doppelhelix wie eine Schraube verdrillt und um Proteine gewickelt, die sich Histone nennen. Diese Struktur aus DNA und Histonen wird Nucleosom genannt. Die Histone ähneln in diesem Komplex kleinen Perlen und der DNA-Faden einer Schnur. Bildlich kann man sich die Nucleosomen als Perlenkette vorstellen.
Werden die Nucleosomen weiter verdichtet, indem sie sich aufwinden, und lagern sich zudem an den DNA-Faden weitere Proteine an, entstehen sogenannten Chromatinfäden (= Chromatin). Der DNA-Faden ist in dieser Verpackungsebene schon sehr stark aufgewickelt bzw. verdichtet, ihre Länge hat sich extrem verkürzt. Den Vorgang, bei dem die DNA-Doppelhelix immer dichter gepackt wird und sich verkürzt, nennt man Kondensation.
Befindet sich der Zellkern nicht in der Teilung, liegt die DNA im Kern in Form von Chromatinfäden vor.
In der Metaphase der Mitose (= Vermehrung von Körperzellen) kondensieren letztlich die Fasern des Chromatins, dort haben sie ihre größte Dichte. Nur dann erkennt man die typische „Chromosomenform“.

Mitose

Damit es zur Zellteilung kommt, bedarf es in den Körperzellen einer Kernteilung. Eine Art der Kernteilung ist die Mitose. Dabei entstehen zwei erbgleiche diploide Zellen, d.h. beim Menschen haben diese Zellen 46 Chromosomen. Die Mitose läuft in nur einem Teilungsschritt ab, ist jedoch in unterschiedliche Phasen aufgeteilt. Zwischen zwei Kernteilungen befindet sich die Zelle in der Interphase.
Die Zelle: Chromosomen und Mitose Abb. 4: Schematische Darstellung der Mitose
Die Zelle: Chromosomen und Mitose Abb. 4: Schematische Darstellung der Mitose

Prophase:

Im Anschluss an die Interphase folgt die Prophase der Mitose. Die Chromatinfäden spiralisieren und verkürzen sich (= Kondensation) zunächst. Dadurch bildet sich langsam die typische x-förmige Chromosomenstruktur aus. Die beiden Schwesterchromatiden sind dabei über das Centromer miteinander verbunden. Wie bei einem Globus nennt sich das obere bzw. unter Ende der Zelle Pol. An den Polen der Zelle bildet sich langsam der Spindelapparat aus. Der Spindelapparat besteht meist aus einem Centriolenpaar.

Prometaphase:

In dieser zweiten Phase lösen sich Kernhülle und Nucleolus (= Kernkörperchen) allmählich auf. Die Synthese des Spindelfaserapparat wird vollendet.

Metaphase:

Während der Metaphase haben die Chromosomen ihre größte Dichte. In diesem Zustand beginnen sie sich in der Äquatorialebene der Zelle (d.h. mittig) anzuordnen (siehe Abb. 4).

Anaphase:

In dieser Phase trennen sich nun die Schwesterchromatiden entlang des Centromers. Ein-Chromatid-Chromosomen entstehen, die zu den Zellpolen wandern.

Telophase:

Sobald die Chromosomen die Zellpole erreicht haben, spricht man von der Telophase. In dieser letzten Phase der Mitose bildet sich der Zellkern neu. Die Ein-Chromatid-Chromosomen an den Zellpolen entspiralisieren sich wieder und liegen in Form von Chromatinfäden vor. In der Äquatorialebene bildet sich nach und nach eine Zellmembran aus, die später die Tochterzellen voneinander trennt. Beide Tochterzellen erhalten nach der Zellteilung je 46 Ein-Chromatid-Chromosomen. Der Mitose schließt sich nun wieder die Interphase an. Der Kreislauf beginnt von vorne und läuft so lange ab, bis die Zelle in die $G_0$-Phase übergeht. Die $G_0$-Phase ist die sogenannte Ruhephase. In dieser Phase findet keine Zellteilung statt. Allerdings ist es möglich, dass die Zellen in den Zellzyklus zurückkehren.

Nach der Kernteilung erfolgt die Zellteilung (= Cytokinese), dabei teilt sich das Plasma gleich auf die entstehenden Tochterzellen auf. Wichtig zu wissen ist, dass Zell- und Kernteilung auch unabhängig voneinander stattfinden können.

Bildnachweise [nach oben]
[1]
fotolia.com – Monkey Business.
[2]
© 2015 – SchulLV.
[3]
Public Domain.
[4]
Public Domain.
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