Chromosomen – Bau und Funktion
Erfahre alles über die Träger der Erbinformation, die Chromosomen. Sie bestehen aus DNA und Proteinen, befinden sich im Zellkern und sind entscheidend für Wachstum und Vererbung. Möchtest du mehr über den genauen Aufbau, die Funktionen und die Herkunft der Chromosomen erfahren? Interessiert? Dies und vieles mehr findest du hier!
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Grundlagen zum Thema Chromosomen – Bau und Funktion
Chromosomen – Biologie
Menschen, Tiere und Pflanzen haben äußerlich keine Ähnlichkeiten und auch ihre Fähigkeiten sind völlig verschieden. Dennoch gibt es eine entscheidende Gemeinsamkeit: All diese Organismen besitzen Chromosomen. Doch was sind Chromosomen überhaupt?
Chromosomen – Definition
Chromosomen sind die Träger der Erbinformation, der DNA, eines Organismus. Sie kommen ausschließlich in Eukaryoten vor. In dem für Eukaryoten typischen Zellkern sind die Chromosomen zu finden. Zu den Eukaryoten gehören unter anderem Menschen, Tiere, Pilze und Pflanzen, aber auch Einzeller wie die Amöbe. Der Hauptbestandteil der Chromosomen ist die DNA, auf der die Gene codiert sind. Im Gegensatz zu den Eukaryoten besitzen Prokaryoten wie Bakterien keinen Zellkern und daher auch keine Chromosomen. Bei ihnen liegt die DNA frei im Zellplasma vor.
Chromosomen – Aufbau und Funktion
Die DNA im Zellkern kann, je nach geforderter Funktion, verschiedene Zustände einnehmen. So gibt es die Arbeitsform der DNA, auch Chromatin genannt. In diesem Zustand können die Gene abgelesen werden. Dabei liegt die DNA in einem lockeren Komplex mit Proteinen, den Histonen, vor.
Die DNA enthält aber auch nicht codierende Bereiche. Diese Abschnitte werden als junk DNA (von engl. junk, Schrott) bezeichnet. Sie sind aber keineswegs funktionslos und werden immer noch erforscht.
Während der Kernteilung wird das Chromatin in die Transportform überführt. Hierbei verkürzt und komprimiert sich das Chromatin so stark, dass Wassermoleküle austreten. Diese Strukturen sind nun auch im Mikroskop als Chromosomen sichtbar. Man spricht von kondensierter DNA.
Aufbau der Chromosomen
Typischerweise wird der Aufbau von Chromosomen als X dargestellt, wie es auch in der unten stehenden Abbildung zu sehen ist. Diese symmetrische Form eines Chromosoms findet man nach Verdopplung der DNA (DNA Replikation) in Vorbereitung auf die Kernteilung vor. So wird sichergestellt, dass beide Tochterzellen die identische Erbinformation bekommen. Man spricht in diesem Fall von Zwei-Chromatid-Chromosomen. Ein Chromatid ist eine Baueinheit eines Chromosoms. Abhängig vom Zellzyklus gibt es Ein-Chromatid- und Zwei-Chromatid-Chromosomen.
Die zwei Schwesterchromatiden werden am Centromer zusammengehalten. Die Lage des Centromers variiert von metazentrisch über submetazentrisch zu akrozentrisch und damit variiert auch die Länge der Chromatiden-Arme. Die Enden von Chromosomen werden als Telomere bezeichnet.
Während der Kernteilung werden die Zwei-Chromatid-Chromosomen getrennt und als Ein-Chromatid-Chromosomen auf die Tochterzellen aufgeteilt.
Chromosomen – Feinbau
Vom DNA-Strang zum Chromosom sind verschiedene Komprimierungsstufen notwendig. Diese sind in der folgenden Abbildung dargestellt. Im ersten Schritt ist die DNA-Doppelhelix immer wieder um Histon-Oktamere, Komplexe aus acht Histon-Proteinen, gewickelt. Die Einheit aus DNA und Histonen wird als Nukleosom bezeichnet. Der DNA-Strang mit immer wieder auftretenden Nukleosomen gleicht dem Bild einer Perlenschnur. Im zweiten Schritt legen sich die Nukleosomen spiralförmig aneinander und bilden die Chromatinfaser. Die Chromatinfaser faltet sich im dritten Schritt in Schleifen und bildet die Grundstruktur des Chromosoms.
Funktion der Chromosomen
Chromosomen haben eine große Bedeutung während der Zellteilung. Dank ihrer stark gepackten Struktur ist es möglich, die DNA während der Zellteilung zu transportieren. Je nach Funktion der Chromosomen unterscheidet man zwischen Autosomen und Gonosomen. Autosomen bestimmen die körperlichen Merkmale und Fähigkeiten eines Individuums, zum Beispiel Haar- und Augenfarbe. Im Gegensatz dazu bestimmen die Gonosomen das Geschlecht eines Individuums.
Kennst du das?
Hast du schon einmal bemerkt, dass du bestimmte Merkmale von deinen Eltern geerbt hast, wie zum Beispiel die Augenfarbe oder die Haarstruktur? Diese Merkmale werden durch die Chromosomen in deinen Zellen bestimmt. Chromosomen enthalten die DNA, die die Bauanleitung für all deine Eigenschaften ist. So wird dein einzigartiges Aussehen und auch deine Gesundheit maßgeblich von diesen kleinen Strukturen beeinflusst. Chromosomen sind also die Träger deiner genetischen Informationen.
Chromosomen des Menschen und anderer Organismen
Wie viele Chromosomen hat ein Mensch?
Die Gesamtheit der Chromosomen im Zellkern einer Zelle bezeichnet man als Chromosomensatz. Der Chromosomensatz einer menschlichen Körperzelle besteht aus 46 Chromosomen. Jeweils 23 Chromosomen stammen von der Mutter und vom Vater. Man spricht hier von einem doppelten, auch diploiden, Chromosomensatz (2n), den alle kernhaltigen Körperzellen haben. Männliche Keimzellen (Spermien) und die Eizellen der Frau hingegen besitzen nur einen einfachen, auch haploiden, Chromosomensatz (1n). Bei der Verschmelzung zweier Keimzellen (Fortpflanzung) erhält die entstehende Zelle wieder einen diploiden Chromosomensatz.
Wusstest du schon?
Fruchtfliegen haben nur vier Chromosomenpaare, während der Mensch 23 hat. Trotzdem sind Fruchtfliegen ein wichtiges Modell für die genetische Forschung, weil viele ihrer Gene ähnlich funktionieren wie die menschlichen Gene. Sie sind auch leicht zu züchten und haben kurze Lebenszyklen, was sie ideal für Experimente macht.
Grafische Anordnung von Chromosomen im Karyogramm
Ein Karyogramm ist die grafische Darstellung eines Chromosomensatzes einer Zelle. Dabei werden die Chromosomen nach Form und Größe angeordnet. In dem abgebildeten Karyogramm sind die Chromosomen eines Menschen aus einer Körperzelle dargestellt.
In diesem diploiden Chromosomensatz treten die Chromosomen (Autosomen) 1–22 in Paaren auf. Die Chromosomen eines Paares stimmen in Gestalt und Abfolge der Gene überein und werden auch homologe Chromosomen genannt. Das verbleibende Chromosomenpaar umfasst die Geschlechtschromosomen (Gonosomen) X und Y. Beim Mann sind die Gonosomen heterologe Chromosomen. Beide Gonosomen der Frau sind X-Chromosomen und damit homologe Chromosomen.
Mithilfe eines Karyogramms lassen sich auch Chromosomenmutationen aufzeigen. Ein bekanntes Beispiel ist die Trisomie 21, bei der das Chromosom 21 dreifach vorliegt. Menschen mit dieser Mutation weisen das Downsyndrom, auch (Trisomie 21) genannt, auf.
Fehleralarm
Es ist ein weit verbreiteter Fehler, zu denken, dass die Anzahl der Chromosomen mit der Komplexität eines Organismus zusammenhängt. Das ist allerdings nicht der Fall.
Polyploid und Polytän – Variationen der Chromosomen
Die Anzahl der Chromosomen sagt nichts über die Komplexität von Organismen aus. Bei Pflanzen ist ein polyploider Chromosomensatz häufig. Als polyploid werden Chromosomensätze dann bezeichnet, wenn der Chromosomensatz mehr als zweifach vorliegt. In der Tabelle sind beispielhaft einige Organismen aufgeführt.
| Organismus | Chromosomenanzahl | Chromosomensatz |
|---|---|---|
| Mensch | 46 | diploid1 |
| Kartoffel | 48 | polyploid2 |
| Pferd | 64 | diploid2 |
| Hund | 78 | diploid2 |
| Ackerschachtelhalm | > 200 | polyploid |
Polytänchromosomen sind eine Art von Riesenchromosomen und kommen besonders bei Insekten vor. Sie zeichnen sich durch viele parallel verlaufende, identische Chromatiden aus. Grundlage dafür ist die Endoreplikation, bei der die DNA über mehrere Runden repliziert wird, ohne dass es zu einer Kern- und Zellteilung kommt.
Ausblick - das lernst du nach Chromosomen – Bau und Funktion
Lerne mehr über die Funktion der Chromosomen und vertiefe dein Wissen, indem du dich mit der Mitose und der Meiose beschäftigst. Erfahre außerdem mehr über die Trisomie 21.
Chromosomen – Zusammenfassung
- Chromosomen sind die Träger der Erbinformationen (DNA) in Eukaryoten, wie Menschen, Tieren, Pflanzen und Pilzen, und befinden sich im Zellkern.
- Die DNA in Chromosomen kann als Chromatin in einer lockeren Struktur für die Genexpression vorliegen oder als kondensierte Form während der Zellteilung, um die DNA effizient zu verteilen.
- Chromosomen bestehen nach der Replikation aus zwei Schwesterchromatiden, die am Centromer verbunden sind, und variieren in der Lage des Centromers.
- Sie haben unterschiedliche Funktionen je nach Typ: Autosomen bestimmen körperliche Merkmale, während Gonosomen das Geschlecht festlegen.
- Der menschliche Chromosomensatz besteht aus 46 Chromosomen, die als 23 Paare vorliegen, wobei 22 Paare Autosomen und das 23. Paar die Geschlechtschromosomen sind. Ein Karyogramm visualisiert diese Chromosomen und kann genetische Anomalien wie Trisomie 21 aufzeigen.
- Polyploidie beschreibt das Vorhandensein mehrerer Chromosomensätze in Organismen, insbesondere bei Pflanzen, während Polytänchromosomen, die bei Insekten vorkommen, durch vielfache DNA-Replikation ohne Zellteilung entstehen und besonders groß sind.
- Die Anzahl der Chromosomen korreliert nicht mit der Komplexität eines Organismus.
Häufige Fragen zum Thema Chromosomen
Quellenverzeichnis
${^1}$ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/
${^2}$ https://www.uniprot.org/
Transkript Chromosomen – Bau und Funktion
Hallo! Hier siehst du Chromosomen des Menschen und hier sind Chromosomen der Zwiebel. Obwohl Mensch und Zwiebel keine äußerlichen Ähnlichkeiten haben, sehen die Chromosomen beider Organismen ziemlich ähnlich aus. Und das gilt für alle Organismen, die Chromosomen besitzen. Warum ist das so?
In diesem Video möchte ich dir den Aufbau von Chromosomen genau beschreiben und dir erklären warum Chromosomen verschiedener Organismen sich so ähnlich sind.
Alle Lebewesen mit Zellkern, die Eukaryoten, besitzen Chromosomen. Chromosomen enthalten die Erbinformation eines Organismus, also die DNA. Die DNA-Doppelhelix ist zusammen mit vielen Proteinen, den Histonen, zum so genannten Chromatin verpackt. Die kompakte Form eines Chromosoms, die uns als erstes einfällt, wenn wir an Chromosomen denken und die du eben bereits zu Beginn gesehen hast, liegt allerdings nur in einer bestimmten Phase der Kern- und Zellteilung vor. Dann kann man Chromosomen auch im Mikroskop sehen.
In den anderen Phasen des Zellzyklus kann man Chromosomen nicht sehen, da sie dann nicht kondensiert sind, also keine kompakte Form haben. Aber wie ist die DNA in den Chromosomen verpackt?
Die DNA ist dabei auf die Histone aufgerollt und diese Kette ist dann wiederum in sich gedreht, so dass eine ganz kompakte Struktur der DNA-Protein-Kette entsteht. Chromosomen sind also nichts anderes als kondensierte DNA, DNA , die durch Austritt von Wassermolekülen verkürzt wurde.
Der Mensch besitzt 46 Chromosomen, wie du in diesem Karyogramm eines Mannes sehen kannst. Dabei stammen die Hälfte der Chromosomen, also 23, von der Mutter, die andere Hälfte vom Vater. 44 der Chromosomen lassen sich in Pärchen einteilen, die sich jeweils in Größe und Form ähnlich sind.
Diese Pärchen bezeichnet man als homologe Chromosomen. Eines der homologen Chromosomen, die Geschlechtschromosomen, sind beim Mann unterschiedlich: Ein X-Chromosom und ein y-Chromosom. Hier spricht man von heterologen Chromosomen. Frauen besitzen zwei x-Chromosomen.
Wenn wir uns einmal ein Chromosom genauer anschauen, sehen wir, dass es symmetrisch aufgebaut ist: die beiden Chromatiden sind so genannte Schwester-Chromatiden. Sie sind gleich aufgebaut und wurden durch Verdopplung der Erbsubstanz gebildet. Diese Verdopplung ist notwendig, wenn sich eine Zelle teilt und beide Tochterzellen den gleichen Chromosomensatz bekommen müssen.
Wir sehen, dass beide Chromatiden an einer Stelle zusammengehalten werden. Diese Region nennt man Centromer. Die Lage des Centromers kann verschieden sein und damit verschieden lange Chromatidenarme hervorrufen. Die Lage des Centromers kann mittig, metazentrisch, außerhalb der Mitte der Stränge, submetazentrisch, oder nah am Ende der Stränge, akonzentrisch, sein. Die Enden der Chromosomen nennt man Telomere.
Übrigens heißt eine hohe Anzahl von Chromosomen nicht, dass es sich um einen sehr komplexen Organismus handelt. Denn große Teile der DNA sind oftmals Bereiche, die gar keine Gene enthalten, die abgelesen werden. Diese Bereiche sind dann so genannte nicht-codierende Bereiche der DNA, die man früher auch vereinfacht als „junk“ bezeichnet hat, was aus dem Englischen stammt und soviel wie „Schrott“ oder „Abfall“ bedeutet.
Beispielsweise besitzt die Kartoffel 48, das Pferd 64, der Hund 78 und der Acker-Schachtelhalm sogar über 200 Chromosomen. Einige Farnarten besitzen noch mehr Chromosomen. Die Zwiebel, die ich zu Beginn nannte, besitzt übrigens nur 16 Chromosomen. Die Anzahl der Chromosomen sagt also demnach nichts über die Komplexität eines Organismus aus.
Du hast jetzt gesehen, dass Chromosomen aus ganz unterschiedlichen Organismen sehr ähnlich aufgebaut sind. Bei Chromosomen handelt es sich um kondensierte DNA. Die DNA enthält zusammen mit Proteinen eine sehr kompakte Form, die während der Zellteilung notwendig ist. Du hast gesehen, dass ein Chromosom während der Zellteilung aus zwei Chromatiden aufgebaut ist, die am Centromer verbunden sind. Die Enden der Chromosomen nennt man Telomere.
Sehr interessant ist, dass die Anzahl der Chromosomen eines Organismus nicht unbedingt etwas über seine Komplexität aussagt, denn viele Pflanzen haben weit mehr Chromosomen als der Mensch! Tschüss und bis zum nächsten Mal!
Chromosomen – Bau und Funktion Übung
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Ergänze den Lückentext zum Aufbau der Chromosomen.
TippsDie kompakte Form des Chromosoms entsteht unter anderem durch den Austritt von Wasser.
Eu kommt aus dem Altgriechischem und bedeutet echt.
LösungChromosomen sind hoch kondensierte Formen der DNA, die nur bei den Eukaryoten vorkommen. Sie bestehen aus zwei Chromatiden, auch Schwesterchromatiden genannt, die über das Centromer miteinander verbunden sind. Liegt das Centromer genau mittig zwischen den Armen der Chromatiden, so bezeichnet man das Chromosom als metazentrisches Chromosom. Die Lage des Centromers kann je nach Chromosom variieren. Damit das Chromosom stabil bleibt und sich die DNA-Strangteile nicht voneinander abstoßen, sind zwischen den DNA-Strangteilen Proteine eingelagert. Diese Proteine bezeichnet man als Histone, wobei es aber noch weitere Proteine gibt, die das Chromosom stabilisieren.
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Gib an, ob die Aussagen bezüglich der Chromosomen korrekt sind.
TippsDer Ackerschachtelhalm besitzt mehr als 200 Chromosomen. Pflanzen haben häufig eine große Anzahl an Chromosomen.
In der Mitosphase des Zellzykluses liegen die Chromosomen in kondensierter Form vor.
Es gibt auch Polyploidie größer als 2.
LösungDer Mensch besitzt weniger Chromosomen als eine Kartoffel. Die Anzahl der Chromosomen gibt also keine Auskunft über den Entwicklungsstand eines Organismus.
So hat der Ackerschachtelhalm sogar 200 Chromosomen. Wie man dem Karyogramm eines Mannes ansehen kann, hat der Mensch 23 Chromosomen, die jeweils in doppelter Ausführung (diploider Chromosomensatz) vorhanden sind. Dennoch gibt es Organismen, die ihre Chromosomen sogar in dreifacher und mehrfacher Ausführung tragen. Die Diploidie ist also keine Regel.
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Ordne die Eigenschaften den entsprechenden Strukturen zu.
TippsMänner und Frauen besitzen unterschiedliche Geschlechtschromosomen.
Bei der Anaphase der Mitose werden die Chromosomen am Centromer in zwei Chromatiden aufgeteilt.
LösungDas Centromer von Chromosomen kann mittig (metazentrisch), mittig versetzt (submetrazentrisch), oder auch an den Enden der Chromatiden (akrozentrisch) liegen.
Die Geschlechtschromosomen ausgenommen, liegt jedes Chromosom beim Menschen in zweifacher Ausführung vor. Diese Chromosomenpaare bezeichnet man als homologe Chromosomen. Bei den Geschlechtschromosomen des Mannes ist das nicht so. X- und Y-Chromosomen unterscheiden sich voneinander und werden deshalb als heterologe Chromosomen bezeichnet.
Wenn in der Mitose die Chromosomen während der Anaphase am Centromer in zwei Chromatiden aufgeteilt werden, so hat man zwei Ein-Chromatid-Chromosomen vorliegen.
Nicht jeder Organismus besitzt Chromosomen. Nur die Eukaryoten, wie zum Beispiel Menschen oder die Kartoffel, besitzen Chromosomen. Prokaryoten, wie das Bakterium E. coli, besitzen keine Chromosomen.
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Ordne die Abbildungen nach dem Grad der Kondensation.
TippsWenn man ein Handtuch an zwei Enden entgegengesetzt dreht, dann zwirbelt es sich. Dreht man weiter, dreht sich das gezwirbelte Handtuch in sich selbst erneut. Ähnliche Abläufe erfolgen auch bei der Kondensation.
Die jeweils größere Einheit tritt immer mit sich selbst in Wechselwirkung und zieht sich so zusammen.
Histone und andere Proteine stabilisieren die DNA.
LösungZu Beginn liegt die DNA als Doppelstrang vor. Damit sich die Doppelstrangelemente beim Kompaktieren nicht abstoßen, werden sie um das Protein Histon gewickelt. Damit werden die Wechselwirkungen verhindert. In der Kette aus DNA und Histonen finden sich so wenige Abstoßungsprozesse, dass diese Kette selbst einen noch kompakteren Zustand erreichen kann. Dieses Prinzip kannst du dir wie bei einem Handtuch vorstellen, das du zwirbelst. Irgendwann erreichst du den Punkt, an dem das gezwirbelte Handtuch sich selbst erneut zwirbelt. Probiere es doch einmal aus.
Damit die kompakte Form noch dichter werden kann, kommt ein weiteres Hilfsprotein hinzu, das die Kette durch die Verhinderung von Abstoßungen stabilisiert. Außerdem kommen viele weitere stabilisierende Proteine hinzu. Am Ende der Kondensation ist das kondensierte Chromosom sichtbar.
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Bestimme, um welchen Teil des Chromosoms es sich handelt.
TippsEin Chromosom besteht aus zwei Chromatiden.
Der Wortstamm telo stammt aus dem Griechischem und bedeutet Ende.
LösungEin Chromosom besteht aus zwei Chromatiden. Diese zwei Chromatiden werden auch als Schwesterchromatiden bezeichnet, da sie identische Kopien voneinander sind. Verbunden sind sie über das Centromer in der Mitte des Chromosom. Die Position des Centromers kann aber dennoch je nach Chromosom variieren. Nicht nur die Chromatiden gibt es in doppelter Ausführung, sondern auch jedes Chromosom liegt zweimal vor. Dabei ist eines der Chromosomen von der Mutter, das andere vom Vater. Diese beiden Chromosomen bezeichnet man als homologe Chromosomen, ausgenommen sind die Geschlechtschromosomen. Die Spitzen eines jeden Chromosoms bezeichnet man als Telomere.
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Gib an, welche Aussagen zum Karyogramm korrekt sind.
TippsAnhand der Anzahl der Chromosomenpaare lässt sich bestimmen, um welchen Organismus es sich handelt. Die Anzahl der Paare gibt jedoch keine Auskunft über den Entwicklungsstand des Organismus.
Männer besitzen ein X- und ein Y-Chromosom. Frauen besitzen zwei X-Chromosomen.
Homologe Chromosomen besitzen dieselbe Form.
LösungAm letzten Chromosomenpaar, den Geschlechtschromosomen, lässt sich das Geschlecht bestimmen. Frauen besitzen zwei X-Chromosomen. Männer hingegen besitzen nur ein X-Chromosom und ein Y-Chromosom. An der Abbildung erkennst du, dass die Geschlechtschromosomen nicht identisch sind. Dem kannst du entnehmen, dass es sich um ein X- und ein Y-Chromosom handeln muss und es sich folglich um einen männlichen Chromosomensatz handelt.
Die Centromere der Chromosomen können je nach Chromosomenpaar an unterschiedlichen Stellen liegen. Beim ersten Chromosomenpaar liegen sie beispielsweise mittig, also metazentrisch.
Eine Trisomie 21, also dass das 21. Chromosom in dreifacher Ausführung vorliegt, ist nicht zu beobachten. So etwas passiert, wenn bei der Fortpflanzung von einem Elternteil durch einen Fehler nicht nur ein Chromosom, sondern gleich zwei Chromosomen weitergegeben werden. Mit dem Chromosom der Mutter lägen dann drei Chromosomen vor: Trisomie 21.
Mitose – Ablauf der Zellteilung
Meiose (Basiswissen)
Trisomie 21 – Down-Syndrom
Zellkern – vom Chromatin zum Chromosom
Chromosomen – Bau und Funktion
Die Zellteilung
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Die Zelle: Zellteilung – Mitose: Die Phasen der Mitose
Die Zelle: Zellteilung – Mitose: Zusammenfassung
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Hallo Soorya G.,
der Ploidiegrad bezieht sich auf die Anzahl der Chromosomensätze in einem Zellkern. Wenn Zellen einen Zellkern mit einem zweifachen Chromosomensatz (2n) besitzen, so sind diese Zellen diploid. Bei uns Menschen und den meisten Tieren sind die Zellen des Körpers, mit Ausnahme der Geschlechtszellen, diploid . Die Geschlechtszellen besitzen einen einfachen Chromosomensatz und sind somit haploid.
Homologe Chromosomen sind Chromosomen, die strukturgleich sind. Der Mensch besitzt 46 Chromosomen. Dabei stammen die Hälfte der Chromosomen, also 23, von der Mutter, die andere Hälfte vom Vater. 44 der Chromosomen lassen sich in strukturgleiche Pärchen einteilen. Diese Pärchen bezeichnet man als homologe Chromosomen.
Jede diploide Zelle besitzt also einen Satz an homologen Chromosomen.
Ich hoffe, dass dir dies weiterhelfen konnte!
Beste Grüße aus der Redaktion
Also, was ist jetzt der Unterschied zwischen diploiden und homologen Chromosomen?
Super zusammengefasst, erklärt und gesprochen.
Danke
echt gut gemacht: respekt
Sehr hilfreich top