Chromosomen Aufbau und Funktionen

Chromosomen sind Bestandteile von Zellen. Sie befinden sich im Zellkern eukaryoter Zellen von Pflanzen, Pilzen und Tieren. Chromosomen speichern genetische Informationen. Jedes Chromosom enthält Desoxyribonukleinsäure, kurz DNA. Zusätzlich befinden sich Proteine wie Histone in den Chromosomen. Im Deutschen nennen sich diese Bestandteile der Zelle „Farbkörper“. Der Grund: Bei Untersuchungen unter dem Mikroskop können Sie die Strukturen unter Einsatz basischer Farbstoffe einfärben.

Allgemeine Informationen über die Chromosomen

Lichtmikroskopisch erkennen Sie Chromosomen ohne spezifische Nachweismethode ausschließlich während der Kernteilung. Bei diesem Prozess nehmen sie eine stäbchenartige Form an. Die Chromosomen kondensieren – verdichten sich – zum Start der Teilung des Zellkerns. Das geschieht bei der Mitose und der Meiose. Während der Metaphase ordnen sich die Farbkörper äquatorial an. Ein Chromosom besteht während des Vorgangs aus zwei identischen Chromatiden. Diese liegen durch die Replikation parallel nebeneinander. Sie besitzen eine durchgängige DNA-Doppelhelix.

Bei der weiteren Kernteilung trennen sich die Chromatiden voneinander. Anschließend gelangen sie in die sich bildenden Tochterkerne. Am Ende der Zellkernteilung dekondensieren die Chromosomen. Diese Form ermöglicht es, das genetische Material abzulesen und erneut zu duplizieren. Bei den eukaryoten Zellen befindet sich die Mehrheit der Gene auf den Chromosomen im Nukleus. Ein Teil liegt in der DNA in den Mitochondrien. Bei Pflanzen enthalten Chloroplasten Erbmaterial.

Prokaryote Zellen kommen beispielsweise bei Bakterien vor. Sie enthalten keinen Zellkern, sodass keine klassischen Chromosomen existieren.

Aufbau der Chromosomen

Das klassische Chromosom enthält einen durchgehenden DNA-Doppelstrang. Eine Ausnahme bilden die Riesenchromosomen. In der Doppelhelix sammeln sich Proteine, beispielsweise Histone. Die Kombination aus genetischem Material, Histonen und anderen Proteinen nennt sich in der Fachsprache Chromatin. Wächst eine Zelle, repliziert sich die DNA während der S-Phase. Dadurch enthalten nach der Zellteilung beide Tochterkerne das gesamte Erbgut. Nach der Verdopplung enthalten die Chromosomen zwei identische DNA-Doppelstränge. Aus ihnen entstehen durch eine Proteinhülle zwei Schwester-Chromatide.

Ein Chromosom besitzt ein Centromer. Dieses unterteilt den Farbkörper in zwei Arme. Abhängig von der Lage des Centromers entstehen:

• metazentrische Chromosomen,
• akrozentrische Chromosomen
• oder submetazentrische Chromosomen.

Der kürzere Chromosomenarm trägt den Namen p-Arm. Der längere Arm heißt q-Arm. Die Enden dieser Zellbestandteile nennen sich Telomere. Sie beinhalten eine kurze DNA-Sequenz, die sich in identischer Reihenfolge wiederholt. Bei Menschen entsteht die Folge TTAGGG. Bei jeder Verdopplung verkürzen sich die Chromosomen in diesem Bereich. Die Telomere nehmen bei Alterungsprozessen eine hohe Priorität ein. Der dritte Bestandteil eines Chromosoms besteht im Startpunkt der DNA-Verdopplung.

Akrozentrische Chromosomen in menschlichen Zellen beinhalten in den kurzen Armen die Gene für die ribosomale RNA.

Die Bedeutung der Chromosomen bei der Geschlechtsbestimmung

Bei der Vielzahl der Lebewesen erfolgt die Geschlechtsbestimmung durch die geerbten Chromosomen. Durch sie entsteht das chromosomale Geschlecht. Bei Säugetieren besitzen die Weibchen zwei X-Chromosomen. Die Männchen weisen ein X- und ein Y-Chromosom auf. Liegen bei männlichen Säugern zwei unterschiedliche Geschlechtschromosomen vor, nennt sich das Phänomen Hemizygotie.

Männliche Vögel besitzen zwei Z-Chromosomen. Die weiblichen Tiere bilden das hemizygote Geschlecht. Ihre Zellen enthalten ein Z- und ein W-Chromosom. Bei zahlreichen Hautflüglern zeigen sich die weiblichen Insekten diploid. Die Männchen sind haploid. Beim hemizygoten Geschlecht liegt die Mehrheit der Gene in einem Chromosom vor. Bei der chromosomalen Geschlechtsbestimmung besitzt ein Geschlecht ein Chromosom doppelt. Das andere Geschlecht weist dieses Chromosom in einfacher Form auf.

Mutationen bei den Chromosomen und ihre Folgen

Treten an zwei Stellen des DNA-Doppelstrangs Brüche auf, verändert sich das Chromosom dauerhaft. Bei einem einfachen Bruch repariert die Zelle den Strang, ohne dass bleibende Schäden drohen. Doppelte Brüche bergen das Risiko eines fehlerhaften Zusammenfügens. Verknüpfen sich die Enden der Doppelhelix falsch, entsteht eine Chromosomenmutation. Befinden sich die Bruchpunkte auf einem Chromosom, kommt es zu Inversionen. Ein Abschnitt dreht sich um. Alternativ drohen Deletionen. Hierbei geht ein Abschnitt verloren. Eine weitere Mutation besteht in einer Duplikation.

Entstehen Doppelstrangbrüche bei mehreren Chromosomen, treten Translokationen auf. Im klinischen Bereich nehmen Chromosomenmutationen bei mehreren gesundheitlichen Komplikationen und Behandlungen, beispielsweise:

• der Entstehung eines Tumors,
• Erberkrankungen und
• im Rahmen der Strahlenbiologie,

eine wichtige Bedeutung ein. Neben der strukturellen Veränderung beeinflusst die veränderte Anzahl der Chromosomen die Zellentwicklung. Fehlt ein Chromosom oder existieren zu viele Farbkörper, sprechen Experten nicht von einer Mutation. Betrifft die fehlerhafte Anzahl ein Chromosom, entstehen die Trisomie oder die Monosomie.

Quellen:

• https://de.wikipedia.org/wiki/Chromosom
• https://www.spektrum.de/lexikon/biologie/chromosomen/13958