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National Human Genome Research Institute

National Institutes of Health
US Department of Health and Human Services

• Was ist ein Chromosom?
• Was machen Chromosomen?
• Haben alle Lebewesen die gleichen Chromosomentypen?
• Was sind Zentromere?
• Was sind Telomere?
• Wie viele Chromosomen hat der Mensch?
• Wie werden Chromosomen vererbt?
• Haben Männer andere Chromosomen als Frauen?
• Wie wurden Chromosomen entdeckt?

Was ist ein Chromosom?

Chromosomen sind fadenartige Strukturen, die sich im Kern tierischer und pflanzlicher Zellen befinden. Jedes Chromosom besteht aus Protein und einem einzigen Molekül Desoxyribonukleinsäure (DNA). Die DNA wird von den Eltern an die Nachkommen weitergegeben und enthält die spezifischen Anweisungen, die jede Art von Lebewesen einzigartig machen.

Der Begriff Chromosom kommt von den griechischen Wörtern für Farbe (Chroma) und Körper (Soma). Wissenschaftler gaben Chromosomen diesen Namen, weil sie Zellstrukturen oder Körper sind, die durch einige bunte Farbstoffe, die in der Forschung verwendet werden, stark gefärbt sind.

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Was machen Chromosomen?

Die einzigartige Struktur der Chromosomen hält die DNA fest um spulenartige Proteine, sogenannte Histone, gewickelt. Ohne eine solche Verpackung wären DNA-Moleküle zu lang, um in Zellen zu passen. Zum Beispiel, wenn alle DNA-Moleküle in einer einzelnen menschlichen Zelle von ihren Histonen abgewickelt und Ende-zu-Ende platziert würden, würden sie 6 Fuß strecken.Damit ein Organismus richtig wachsen und funktionieren kann, müssen sich die Zellen ständig teilen, um neue Zellen zu produzieren, die alte, abgenutzte Zellen ersetzen. Während der Zellteilung ist es wichtig, dass die DNA intakt und gleichmäßig zwischen den Zellen verteilt bleibt. Chromosomen sind ein wichtiger Teil des Prozesses, der sicherstellt, dass DNA in der überwiegenden Mehrheit der Zellteilungen genau kopiert und verteilt wird. Dennoch treten Fehler in seltenen Fällen auf.

Änderungen in der Anzahl oder Struktur von Chromosomen in neuen Zellen können zu ernsthaften Problemen führen. Zum Beispiel werden beim Menschen eine Art von Leukämie und einige andere Krebsarten durch defekte Chromosomen verursacht, die aus verbundenen Teilen gebrochener Chromosomen bestehen.

Es ist auch entscheidend, dass Fortpflanzungszellen wie Eier und Spermien die richtige Anzahl von Chromosomen enthalten und dass diese Chromosomen die richtige Struktur haben. Wenn nicht, können sich die resultierenden Nachkommen nicht richtig entwickeln. Zum Beispiel haben Menschen mit Down-Syndrom drei Kopien von Chromosom 21 anstelle der zwei Kopien, die bei anderen Menschen gefunden werden.

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Haben alle Lebewesen die gleichen Chromosomentypen?

Chromosomen variieren in Anzahl und Form unter Lebewesen. Die meisten Bakterien haben ein oder zwei zirkuläre Chromosomen. Menschen haben zusammen mit anderen Tieren und Pflanzen lineare Chromosomen, die paarweise im Zellkern angeordnet sind.Die einzigen menschlichen Zellen, die keine Chromosomenpaare enthalten, sind Fortpflanzungszellen oder Gameten, die nur eine Kopie jedes Chromosoms tragen. Wenn sich zwei Fortpflanzungszellen vereinigen, werden sie zu einer einzigen Zelle, die zwei Kopien jedes Chromosoms enthält. Diese Zelle teilt sich dann und ihre Nachfolger teilen sich mehrmals und produzieren schließlich ein reifes Individuum mit einem vollständigen Satz gepaarter Chromosomen in praktisch allen seinen Zellen.

Neben den linearen Chromosomen im Zellkern tragen die Zellen des Menschen und anderer komplexer Organismen einen viel kleineren Chromosomentyp, der dem von Bakterien ähnelt. Dieses zirkuläre Chromosom befindet sich in Mitochondrien, Strukturen außerhalb des Zellkerns, die als Kraftwerke der Zelle dienen. Wissenschaftler glauben, dass Mitochondrien in der Vergangenheit frei lebende Bakterien waren, die Sauerstoff in Energie umwandeln konnten. Als diese Bakterien in Zellen eindrangen, denen die Kraft fehlte, die Kraft des Sauerstoffs zu nutzen, behielten die Zellen sie bei, und im Laufe der Zeit entwickelten sich die Bakterien zu modernen Mitochondrien.

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Was sind Zentromere?

Die verengte Region linearer Chromosomen wird als Zentromer bezeichnet. Obwohl diese Verengung als Zentromer bezeichnet wird, befindet sie sich normalerweise nicht genau in der Mitte des Chromosoms und in einigen Fällen fast am Ende des Chromosoms. Die Regionen auf beiden Seiten des Zentromers werden als Chromosomenarme bezeichnet.

Zentromere helfen, Chromosomen während des komplexen Prozesses der Zellteilung richtig ausgerichtet zu halten. Wenn Chromosomen zur Vorbereitung auf die Produktion einer neuen Zelle kopiert werden, dient das Zentromer als Bindungsstelle für die beiden Hälften jedes replizierten Chromosoms, die als Schwesterchromatiden bekannt sind.

Was sind Telomere?

Telomere sind repetitive DNA-Abschnitte, die sich an den Enden linearer Chromosomen befinden. Sie schützen die Enden der Chromosomen ähnlich wie die Spitzen der Schnürsenkel sie vor dem Entwirren bewahren.

In vielen Zelltypen verlieren Telomere bei jeder Zellteilung ein Stück ihrer DNA. Wenn schließlich die gesamte Telomer-DNA verschwunden ist, kann sich die Zelle nicht mehr replizieren und stirbt ab.

Weiße Blutkörperchen und andere Zelltypen, die sich sehr häufig teilen können, haben ein spezielles Enzym, das verhindert, dass ihre Chromosomen ihre Telomere verlieren. Weil sie ihre Telomere behalten, leben solche Zellen im Allgemeinen länger als andere Zellen.

Telomere spielen auch bei Krebs eine Rolle. Die Chromosomen bösartiger Zellen verlieren normalerweise nicht ihre Telomere und tragen dazu bei, das unkontrollierte Wachstum zu fördern, das Krebs so verheerend macht.

Wie viele Chromosomen hat der Mensch?

Der Mensch hat 23 Chromosomenpaare, also insgesamt 46 Chromosomen.

Tatsächlich hat jede Pflanzen- und Tierart eine festgelegte Anzahl von Chromosomen. Eine Fruchtfliege zum Beispiel hat vier Chromosomenpaare, während eine Reispflanze 12 und ein Hund 39 hat.

Wie werden Chromosomen vererbt?

Beim Menschen und den meisten anderen komplexen Organismen wird eine Kopie jedes Chromosoms vom weiblichen Elternteil und die andere vom männlichen Elternteil geerbt. Dies erklärt, warum Kinder einige ihrer Eigenschaften von ihrer Mutter und andere von ihrem Vater erben.

Das Vererbungsmuster ist für das kleine zirkuläre Chromosom in den Mitochondrien unterschiedlich. Nur Eizellen – und nicht Spermien – behalten ihre Mitochondrien während der Befruchtung. Mitochondriale DNA wird also immer vom weiblichen Elternteil geerbt. Beim Menschen wurden einige Erkrankungen, einschließlich einiger Formen von Hörstörungen und Diabetes, mit DNA in den Mitochondrien in Verbindung gebracht.

Haben Männer andere Chromosomen als Frauen?

Ja, sie unterscheiden sich in einem Chromosomenpaar, das als Geschlechtschromosomen bekannt ist. Frauen haben zwei X-Chromosomen in ihren Zellen, während Männer ein X- und ein Y-Chromosom haben.

Zu viele oder zu wenig Kopien von Geschlechtschromosomen zu erben, kann zu ernsthaften Problemen führen. Zum Beispiel sind Frauen, die zusätzliche Kopien des X-Chromosoms haben, normalerweise größer als der Durchschnitt und einige haben eine geistige Behinderung. Männer mit mehr als einem X-Chromosom haben das Klinefelter-Syndrom, eine Erkrankung, die durch große Statur und häufig beeinträchtigte Fruchtbarkeit gekennzeichnet ist. Ein anderes Syndrom, das durch ein Ungleichgewicht in der Anzahl der Geschlechtschromosomen verursacht wird, ist das Turner-Syndrom. Frauen mit Turner haben nur ein X-Chromosom. Sie sind sehr kurz, durchlaufen normalerweise keine Pubertät und einige können Nieren- oder Herzprobleme haben.

Wie wurden Chromosomen entdeckt?

Wissenschaftler, die Zellen unter dem Mikroskop betrachteten, beobachteten erstmals Chromosomen in den späten 1800er Jahren. Zu dieser Zeit waren Art und Funktion dieser Zellstrukturen jedoch unklar.Ein viel besseres Verständnis der Chromosomen erlangten die Forscher in den frühen 1900er Jahren durch Thomas Hunt Morgans bahnbrechende Studien. Morgan stellte die Verbindung zwischen Chromosomen und vererbten Merkmalen her, indem er zeigte, dass das X-Chromosom mit Geschlecht und Augenfarbe bei Fruchtfliegen zusammenhängt.