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DNA - Verpackung und Chromatin 08:46 min

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Transkript DNA - Verpackung und Chromatin

Hallo! Ich bin Biola und dieses Video handelt über die DNA-Verpackung. Wir lernen also wie die DNA im Zellkern vorliegt, den Aufbau von Chromatin und den Chromosomen und gehen die einzelnen Ebenen der DNA-Verpackung durch. Die DNA ist der Träger der Erbsubstanz. Die DNA-Austattung einer Zelle, also ihre gesamte genetische Information, bezeichnet man als Genom. Die Größe des Genoms unterscheidet sich bei verschiedenen Lebewesen. Bei Prokaryoten, also Einzellern, die keinen Zellkern enthalten, wie etwa Bakterien, ist das Genom in vielen Fällen ein einzelnes, ringförmiges DNA-Molekül. Bei Eukaryoten, also Ein- und Vielzellern, die einen Zellkern aufweisen, liegt die meiste DNA hingegen im Zellkern vor. Das Genom besteht aus mehreren DNA-Doppelsträngen. Die gesamte DNA einer menschlichen Zelle, die im Zellkern vorliegt, hat eine ungefähre Länge von 3m. Das entspricht dem 300.000-fachen Durchmesser des Zellkerns. Wir lernen jetzt wie ein so langer DNA-Faden im Inneren des kleinen Zellkerns Platz findet. Wenn man die DNA einer Zelle anfärbt und sie unter dem Mikroskop betrachtet, erscheint sie in unterschiedlichen Phasen des Zellzyklus verschieden dicht gepackt zu sein. Betrachtet man eine Zelle, die sich auf die Zellteilung vorbereitet, also sich in der Interphase befindet, so erscheint die im Zellkern liegende angefärbte, wenig dicht verpackte DNA als eine Masse diffuser DNA-Fäden. Diese Fäden werden Chromatinfäden genannt. Da in der Interphase die DNA-Replikation, also die Verdopplung der DNA stattfindet, müssen die Komponenten, die bei diesem Prozess beteiligt sind, gut an die DNA heran kommen. Die Replikation und Aufteilung der DNA während der Zellteilung ist nur deshalb möglich, weil die DNA sehr dicht verpackt ist. Bei der dicht verpackten und gefalteten DNA spricht man vom kondensierten Zustand der DNA. Durch die Kondensation des Chromatinfadens werden unter dem Mikroskop die Chromosomen sichtbar. Wie wird die DNA in einen Chromatinfaden und in ein Chromosom verpackt? Wie du bereits gelernt hast, ist die DNA in einer DNA-Doppelhelix organisiert. Diese besteht aus einem helikal geschwungenen Zucker-Phosphat-Rückgrat, das über Wasserstoffbrücken zwischen den Basen miteinander verbunden ist. Jedes Chromosom enthält eine einzige lineare DNA-Helix. Der Durchmesser der Doppelhelix beträgt 2 nm. Diese DNA-Doppelhelix ist zweimal um bestimmte Proteine gewickelt, die Histone. Die bestehen aus 8 Untereinheiten. Dabei werden die sogenannten Nucleosomen gebildet, diese wiederum formen eine Art Perlenkette. An der Außenseite dieser Perlenkette ist ein weiteres Histon angelagert, das als H1-Histon bezeichnet wird. Durch diese Form der Verpackung hat das DNA-Protein-Konstrukt einen Durchmesser von 10 nm. Die DNA wird um den Faktor 7 verdichtet. Diese Nucleosomen-Kette wird weiter gefaltet. Hierbei liegen 6 Nucleosomen pro Bindung vor. Es wird der sogenannte Chromatinfaden gebildet. Da er innen hohl ist und eine Art Röhre darstellt, spricht man auch vom Solenoid-Modell. "Solen" heißt auf griechisch "Röhre". Der Chromatinfaden hat einen Durchmesser von 30 nm. Das entspricht einer 40-fachen Verdichtung. Vor der Zellteilung verdichtet sich der Chromatinfaden zu einer kompakteren Struktur. Hierfür wird der Chromatinfaden an bestimmten Stellen an ein Protein-Gerüst geheftet, wodurch Schleifen entstehen. Es handelt sich hierbei um Nicht-Histon-Proteine. In diesem Zustand hat die Struktur einen Durchmesser von 300 nm, was einer Verdichtung um den Faktor 200 entspricht. Durch weiteres Verdrillen und Falten entsteht eine Struktur, die man als Chromatid bezeichnet. Ein Chromatid weist einen Durchmesser von 700 nm auf und einen Verpackungsfaktor von 10.000. Zwei Chromatide, die miteinander verbunden sind, bilden ein Chromosom. Diese Struktur ist während der Zellteilung unter dem Mikroskop sichtbar. Gehen wir also näher auf das Chromosom ein. Die beiden Chromatiden eines Chromosoms, werden als Schwesterchromatiden bezeichnet. Der Durchmesser eines Chromosoms beträgt also 2×700 nm, also etwa 1400 nm. Die beiden Schwesterchromatiden enthalten identische Kopien des DNA-Moleküls. Sie hängen an einem bestimmten Bereich, dem Centromer, zusammen. An dieser Stelle befindet sich ein Protein-Gerüst, das als Kinetochor bezeichnet wird. Hier befindet sich die Ansatzstelle für die Spindelfasern, die während der Zellteilung ausgebildet werden. Die Enden des Chromosoms werden als Telomere bezeichnet. Die sind wichtig für die Stabilität des Chromosoms. Die oberen beiden Arme des Chromosoms werden als p-Arme, die unteren 2 als q-Arme bezeichnet. Bei der Färbung der DNA wird durch die Wahl eines bestimmten Farbstoffes ein bestimmtes Bandenmuster sichtbar. Durch die Färbung mit Gimsa werden zum Beispiel die g-Banden sichtbar. Da die beiden Schwesterchromatiden identisch sind, weisen sie auch das gleiche Bandenmuster auf. In der Realität schaut das Ganze eher so aus. Homologe Chromosomenpaare gleichen sich in der Größe und auch im Bandenmuster. Färbt man die DNA-Proteinkomplexe an, erscheinen die als Heterochromatin bezeichneten dicht verpackten Bereiche intensiver gefärbt. Diese Heterochromatin-Bereiche gelten als genetisch inaktiv. Das bedeutet, dass in diesem Bereich keine Gene abgelesen werden. Das Euchromatin ist hingegen weniger dicht verpackt und erscheint somit leichter angefärbt. Diese Bereiche gelten als genetisch aktiv. Das bedeutet, dass die DNA-Bereiche aufgelockert werden, damit die Gene auf der DNA abgelesen werden können. Es wird also erst die mRNA und dann das Genprodukt gebildet. Fassen wir also zusammen was wir über die DNA-Verpackung gelernt haben. Die erste Verpackungsebene der DNA ist das Chromatin oder Chromatinfaden. Dieser besteht aus DNA und Histonen. Die Nucleosom-"Perlenkette" bildet eine Röhre. Das Chromatin ist vor allem in der Interphase sichtbar. Die nächste Verpackungsebene ist das Chromatid. Dieses entsteht durch weitere Faltung und Schleifenbildung an einem Proteingerüst. Durch weitere Teilung entsteht das Chromosom. Dieses besteht aus zwei Schwesterchromatiden. Die DNA liegt im kondensierten Zustand vor. Die Chromosomen sind vor allem während der Zellteilung sichtbar. Wir haben den Aufbau der Chromosomen besprochen, die Bandenmuster und wir haben den Unterschied zwischen Hetero- und Euchromatiden gelernt. Danke für euer Interesse. Tschüss, bis zum nächsten Video! Eure Biola

10 Kommentare
  1. Hallo J.Kamali,
    schau dir das Video nochmal ab 3:09 an. Ab dort wird erklärt wie Histone, Nukleosome, Chromatin und Chromatid zusammenhängen.
    Falls du noch weitere Fragen hast, helfen dir gerne unsere Lehrerinnen und Lehrer des Hausaufgabenchats weiter. Der Chat ist von Montag bis Freitag zwischen 17-19 Uhr für dich da.
    Beste Grüße aus der Redaktion

    Von Tatjana Elbing, vor 3 Tagen
  2. 4:19 sind das nicht Histone?
    Oder liege ich falsch?

    Von J.Kamali, vor 4 Tagen
  3. Hallo Jpzons,
    vielen Dank für deinen Kommentar. Wir haben die schlechte Tonqualität dieses Videos vermerkt und arbeiten an einer Verbesserung.
    Beste Grüße aus der Redaktion

    Von Tatjana Elbing, vor 3 Monaten
  4. 2:38 Sitzt du im Krankenhaus oder was ist das für ein Piepen im Hintergrund? 🤔

    Von Deleted User 785449, vor 3 Monaten
  5. Hallo Martina S.,
    vielen Dank für deinen Kommentar. Wir haben die schlechte Tonqualität dieses Videos vermerkt und arbeiten an einer Verbesserung.
    Liebe Grüße aus der Redaktion

    Von Tatjana Elbing, vor 3 Monaten
  1. Sehr schlechte Tonqualität!
    Ansonsten sehr toll erklärt und gestalltet!

    Von Martina S., vor 3 Monaten
  2. Sehr hilfreich!

    Von Alaashahen95, vor fast 2 Jahren
  3. Hallo :)

    Histone sind Proteinstrukturen die die DNA binden und verdichten können, indem sich die DNA im diese Proteine „wickelt“. Die DNA im Zellkern wäre in einer fadenförmigen Struktur so lang, dass sie sogar deine Körpergröße übersteigen würde, geschweige denn in einen Zellkern passen würde. Darum muss die DNA verdichtet werden und auf einen engen Raum komprimiert werden.

    Von Marcel Schenke, vor fast 5 Jahren
  4. Können Sie mir bitte antworten!!

    Von Rankh699, vor fast 5 Jahren
  5. Was ist genau die Funktion der Histone?? Das habe ich nicht verstanden!:)

    Von Rankh699, vor fast 5 Jahren
Mehr Kommentare

DNA - Verpackung und Chromatin Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video DNA - Verpackung und Chromatin kannst du es wiederholen und üben.

  • Erkläre, was sich hinter den Begriffen, die die Verpackungseinheiten der DNA beschreiben, verbirgt.

    Tipps

    Ein Chromatinfaden ist eine Röhre aus vielen Schleifen, wobei jede Schleife sechs Histone beinhaltet.

    Ein Chromatid benötigt ein weiteres Proteingerüst, um noch dichter gepackt zu werden.

    Lösung

    Die erste Verpackungsstufe der DNA bildet das Nucleosom. Es besteht aus einem DNA-Strang, der ähnlich einer Perlenkette um Histone gewickelt ist.

    Histone sind Proteine, die aus acht Untereinheiten bestehen. Durch die Ummantelung der Histone verdichtet sich die DNA um den Faktor sieben.

    Durch weitere Faltung der DNA entsteht das Chomatin. Hier liegt die DNA in einer 40-fachen Verdichtung vor. Das Selenoid-Modell beschreibt den Aufbau des Chromatins. Eine Chromatinfibrille ist aus regelmäßigen Schrauben aufgebaut, wobei jede Schraube aus sechs Nucleosomen besteht.

    Das Chromatid besteht aus einem DNA-Doppelstrang, der in einer 10.000-fachen Verdichtung vorliegt. Zwei Schwesterchromatiden bilden ein (Metaphase-)Chromosom. Die beiden Schwesterchromatiden enthalten identische Kopien des DNA-Moleküls und sind über das Centromer miteinander verbunden. Das Chromosom liegt nur im Falle einer Kernteilung im spiralisierten Zustand vor, es ist also nur in diesem Zustand sichtbar.

  • Beurteile die folgenden Aussagen zum Aufbau der Chromosomen.

    Tipps

    Die Telomere sind Strukturelemente der DNA, die wichtig für deren Stabilität sind.

    Der Wortstamm „Telo“ kommt aus dem Griechischen und bedeutet so viel wie „Ende“. Welchen Teil des Chromosoms bezeichnet dann das Telomer?

    Lösung

    Ein Chromosom ist ein langer Strang an DNA, der als Doppelhelix um viele Proteine (=Histone) gewunden vorliegt. Das Chromosom besteht aus zwei Schwesterchromatiden, die beide identische Kopien des DNA-Moleküls enthalten. Die Einschnürungsstelle in der Mitte des Chromosoms bezeichnet man als Centromer. Dieses Centromer ist die Verbindungstelle der Schwesterchromatiden und hier setzen während der Kernteilung die Spindelfasern an. Chromosome besitzen p- und q-Arme, wobei die p-Arme die kleineren Arme bilden. Die Enden der Chromosomen bezeichnet man als Telomere. Sie sind von besonderer Bedeutung für die Stabilität des Chromosoms. Sichtbar sind Chromosome nur während der Kernteilung, denn während dieser Zeit liegen sie in spiralisiertem Zustand vor.

  • Bestimme die Größe der Verpackungseinheiten der DNA.

    Tipps

    Die kleinste Verpackungseinheit der DNA besteht aus einem DNA-Strang, der um Histone gewickelt ist.

    Woraus besteht ein Chromosom?

    Erst wenn die DNA-Stränge als Chromosomen vorliegen, kann eine Zellteilung erfolgen.

    Lösung

    Der einzelne DNA-Strang stellt noch keine Verpackungseinheit dar. Die kleinste Verpackungseinheit der DNA ist das Nucleosom. Hierbei handelt es sich um einen DNA-Strang, der um Histone gewickelt ist. Die nächstgrößere Verpackungseinheit der DNA ist das Chromatin. Im Chromatin liegt die DNA bereits 40-fach verdichtet vor. Durch weitere Faltung entsteht aus dem Chromatin das Chromatid. Zwei dieser Chromatide bilden ein Chromosom.

  • Beurteile die Aussagen zu Möglichkeiten und Gefahren der Telomerase.

    Tipps

    Eine niedrige Aktivität der Telomerase wird mit Zellalterung assoziiert.

    Lösung

    Die Telomerase ist ein Enzym, das aufgrund seiner inversen Transkriptase-Eigenschaft Telomerabschnitte wieder aufbauen kann. Dieses Enzym befindet sich im Zellkern. Bei Krebszellen führt dieses Enzym dazu, dass sich Zellen unkontrolliert teilen können. Auch in der Schönheitsindustrie findet dieses Enzym Beachtung, denn es spielt eine große Rolle im menschlichen Alterungsprozess. Forscher versuchen diesbezüglich in Experimenten herauszufinden, ob mithilfe dieses Enzyms Hautalterung aufzuhalten ist. Vergrößern wird sich ein Chromosom aufgrund der Telomeraseaktivität jedoch nicht. Ebenso ist es der Telomerase nicht möglich, eine Zelle, die bereits die Apoptose, den programmierten Zelltod, eingeleitet hat, aus diesem zurückzuholen.

  • Bestimme die Merkmale der unterschiedlichen Chromatintypen.

    Tipps

    Was ist der Grund dafür, dass sich der eine Chromatintyp besser anfärben lässt als der andere?

    Heterochromatin ist ein stark kondensierter Chromatinabschnitt.

    Lösung

    Das Chromatin der Chromosomen liegt in Form von zwei unterschiedlichen Typen vor: Heterochromatin und Euchromatin. Das Heterochromatin befindet sich dauerhaft in einem kondensierten Zustand. Das ist auch der Grund dafür, warum es sich beim Kontakt mit Farbstoff besonders intensiv anfärben lässt. Diese Bereiche des Chromatins sind genetisch inaktiv.

    Der Bereich des Euchromatins hingegen ist genetisch aktiv. Hier werden also im Zuge der Transkription Gene abgelesen. Deshalb befinden sich in diesen Abschnitten auch sehr viele Gene. Da das Euchromatin nicht so stak verpackt ist wie das Heterochromatin, lässt es sich auch nicht so stark anfärben.

  • Beschreibe die Bedeutung der Telomere.

    Tipps

    Die Telomere schützen unsere Chromosomen.

    Aufgrund der Lage der Telomere kannst du Rückschlüsse auf ihre Bedeutung und Funktion ziehen.

    Lösung

    Telomere sind Strukturelemente der DNA, die sich an den Enden der Chromosomen befinden und für deren Stabilität verantwortlich sind. Telomere tragen keine entscheidenden genetischen Informationen. So können sie sich bei jeder Zellteilung um einige Basenpaare verkürzen, ohne dass es zu einem Verlust von Informationen kommt. Sind die Telomere stark verkürzt, so leitet die Zelle die Apoptose, den programmierten Zelltod, ein. Die Telomere spielen also eine große Rolle im Prozess der Zellalterung und somit auch im allgemeinen Alterungsprozess des Menschen.