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DNA – Verpackung und Chromatin
In eukaryotischen Zellen liegt die genetische Information in Form von DNA im Zellkern vor. Die DNA wird durch verschiedene Verpackungsebenen wie Nukleosomen und Chromosomen strukturiert. Diese Struktur dient dem Schutz der DNA und der Regulation der Genaktivität. Interessiert? Erfahre mehr im nachfolgenden Text!
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Grundlagen zum Thema DNA – Verpackung und Chromatin
Verpackung der DNA – Biologie
In eukaryotischen Zellen befindet sich der größte Teil der genetischen Information in Form von DNA im Zellkern. Wusstest du, dass die gesamte DNA im Zellkern einer menschlichen Zelle etwa drei Meter lang ist? Das entspricht ungefähr dem 300 000-fachen Durchmesser des Zellkerns. Warum die DNA trotzdem in den Zellkern passt, werden wir uns im Folgenden genauer anschauen. Du wirst also die einzelnen Ebenen der DNA-Verpackung kennenlernen und erfahren, warum die DNA verpackt wird.
DNA-Organisation in Prokaryoten und Eukaryoten – Unterschied
Die gesamte genetische Information einer Zelle wird als Genom bezeichnet. Bei Prokaryonten, also einzelligen Organismen ohne Zellkern wie zum Beispiel Bakterien, liegt die DNA frei im Cytoplasma als ringförmiges Molekül vor. Bei ein- und mehrzelligen Organismen mit einem Zellkern – den Eukaryonten, zu denen auch wir Menschen gehören – befindet sich der größte Teil der DNA in eben jenem Zellkern.
DNA-Aufbau und DNA-Verpackung – Eukaryoten
Zunächst werden wir uns die Strukturen der eukaryotischen DNA einmal genauer ansehen.
DNA-Doppelstrang
Unsere DNA ist ein Makromolekül, das heißt, sie besteht aus sehr vielen zusammengesetzten Einheiten – den Nukleotiden (Zucker + Phosphatgruppe + organische Base). Die DNA bildet einen Doppelstrang, der in seiner Struktur einer „Strickleiter“ ähnelt, bei der sich Zuckermoleküle und Phosphatgruppen abwechseln und die „Seile“ an den Außenseiten bilden. Die komplementären Basenpaare (Adenin (A) mit Thymin (T) und Cytosin (C) mit Guanin (G)) zeigen nach innen, ähnlich wie „Leitersprossen“, und bilden Wasserstoffbrückenbindungen aus.
DNA-Doppelhelix
Die beiden gegenüberliegenden DNA-Stränge ordnen sich räumlich als Helix an, was „gewunden“ bedeutet, und bilden zusammen die DNA-Doppelhelix. Eine vollständige Verdrehung ist nach zehn Basenpaaren erreicht. Der Durchmesser der Doppelhelix entspricht etwa zwei Nanometern.
Nukleosom
Damit die DNA-Doppelhelix verpackt werden kann, benötigt die Zelle spezielle Proteine, die Histone. Diese bilden einen Histonkomplex aus acht Untereinheiten. Wie Haare um einen Lockenwickler windet sich die DNA zweimal um den Histonkomplex und bildet so die erste Verpackungsstufe im Zellkern. Die Einheit aus Histonkomplex und DNA wird als Nukleosom bezeichnet und hat einen Durchmesser von etwa zehn Nanometern (1. Verpackungsstufe). Viele Nukleosomen hintereinander bilden also eine Struktur, die man sich wie eine Perlenkette vorstellen kann. Dadurch wird die DNA um das Siebenfache verdichtet.
Chromatin
Die Nukleosomenkette wird weiter eingedreht, wobei sechs Nukleosomen eine Windung bilden. Es entsteht also eine Spirale, die als Chromatinfaden bezeichnet wird. Da diese innen hohl ist, spricht man auch vom Solenoid-Modell, was übersetzt „Röhren-Modell“ heißt. Der Chromatinfaden hat einen Durchmesser von 30 Nanometern und verdichtet die DNA um das Vierzigfache (2. Verpackungsstufe). Indem der Chromatinfaden an ein Proteingerüst geheftet wird, entstehen schleifenartige Strukturen. Dadurch liegt die DNA 200-fach verdichtet vor und die Struktur hat einen Durchmesser von etwa 300 Nanometern (3. Verpackungsstufe). Diese Struktur, auch als aktives Chromatin bezeichnet, liegt vor allem zwischen zwei Zellteilungen in der Interphase vor, wenn unter anderem die DNA-Replikation stattfindet.
Chromatid und Chromosom
Durch weitere Verdrehung und Faltung entsteht das sogenannte Chromatid und dieses bildet das Chromosom. Diese Struktur hat einen Durchmesser von 700 Nanometern und die DNA ist 10 000-fach komprimiert (4. Verpackungsstufe).
Vor der Zellteilung und der DNA-Replikation liegt das genetische Material als Ein-Chromatid-Chromosom vor. Wenn sich die Zelle verdoppelt, wird das Chromatid repliziert, sodass es als Zwei-Chromatid-Chromosom vorliegt. Es besteht also aus zwei identischen Chromatiden.
Diese Struktur ist unter dem Lichtmikroskop während der Kern- und Zellteilung (Mitose) sichtbar und wird auch als kondensierter Zustand der DNA bezeichnet. Dadurch kann die DNA während der Mitose transportiert werden, sodass zwei genetisch identische Tochterzellen entstehen. Die beiden Chromatiden des Chromosoms werden auch Schwesterchromatiden genannt und sind durch das Centromer miteinander verbunden. Das Centromer enthält ein Proteingerüst, das Kinetochor. Es dient als Anheftungspunkt für die Spindelfasern zur Trennung der Chromosomen während der Zellteilung. An den Enden des Chromosoms befinden sich auch die Telomere, sie sind wichtig für die Stabilität. Die oberen Arme des Chromosoms werden als „p-Arme" und die unteren Arme als „q-Arme" bezeichnet. Der Durchmesser beträgt etwa 1400 Nanometer.
Nun kennst du die Verpackungsebenen der DNA, die du auch noch einmal im Schaubild betrachten kannst.
Doch wie wirkt sich die DNA-Verpackungsdichte auf die Genregulation aus?
Euchromatin und Heterochromatin – Genregulation
Unterschiedliche Verpackungsdichten der DNA spielen eine wichtige Rolle bei der Genregulation. Denn je dichter DNA verpackt ist, desto schlechter ist sie zugänglich für Moleküle, die Gene ablesen. Dabei bezeichnet Euchromatin eine aufgelockerte Form der DNA und erleichtert die Transkription. Der geringere Verpackungsgrad des Euchromatins ermöglicht Genaktivität.
Im Gegensatz dazu weist Heterochromatin einen hohen Verpackungsgrad auf und Gene können nicht mehr abgelesen werden. Der Bereich ermöglicht keine Genaktivität. Die beiden Formen des Chromatins lassen sich auch durch Färbetechniken unterscheiden. Zum Beispiel erscheint Heterochromatin nach einer Giemsa-Färbung stärker gefärbt als Euchromatin.
DNA-Verpackung – Zusammenfassung
In diesem Video hast du gelernt, welche Formen der DNA-Verpackungen es gibt und warum die DNA verpackt wird. Die wichtigsten Punkte fassen wir noch einmal zusammen:
Damit das genetische Material (DNA) in den Zellkern passt, wird es verpackt und somit auch geschützt.
Die Ebenen der DNA-Verpackung werden durch die Nukleosomen (Histon-DNA-Komplexe), den Chromatinfaden, das Chromatin und die Chromosomen gebildet.
Chromatin (nicht kondensierte DNA) liegt überwiegend in der Interphase vor.
Durch weitere Falten- und Schleifenbildungen an einem Proteingerüst entsteht das Chromatid.
Je nach Zellzyklusphase liegt die DNA als Ein- oder Zwei-Chromatid-Chromosom vor.
Die beiden Chromatiden eines Zwei-Chromatid-Chromosoms werden auch Schwesterchromatiden genannt und sind während der Zellteilung (Mitose) sichtbar. Die kondensierte Form ermöglicht den DNA-Transport.
Um dein neu erlerntes Wissen zu testen, gibt es interaktive Übungsaufgaben zum Video. Damit ist das Thema „DNA-Verpackung“ in der nächsten Klassenarbeit sicher kein Problem für dich!
Häufig gestellte Fragen zum Thema DNA – Verpackung und Chromatin
Es gibt insgesamt vier Verdichtungsstufen der eukaryotischer DNA.
- Die erste Stufe stellen die Nukleosomen dar. Das sind Einheiten aus Histonen und DNA.
- Die zweite Stufe ist die Verkettung mehrerer Nukleosomen zu spiraligen Chromatinfäden.
- Bei der dritten Stufe werden die Chromatinfäden an ein Proteingerüst geheftet. Die hieraus entstandenen schleifenartigen Strukturen bilden das aktive Chromatin.
- Die vierte Stufe ist die weitere Verdrehung und Faltung, zum Chromatid, welche die Chromosomen bilden.
Bei eukaryotischen Zellen befindet sich die verpackte DNA im Zellkern.
Die DNA als Strickleiter oder Reißverschluss zu beschreiben, hilft beim Grundverständnis der Gerüststruktur der DNA. Damit kann man sich bildlich vorstellen, dass die Zuckermoleküle und Phosphatgruppen die Seile an den Außenseiten bilden. Die komplementären Basenpaare zeigen nach innen, ähnlich wie „Leitersprossen“ oder “Zähne im Reißverschluss”, und bilden Wasserstoffbrückenbindungen aus. Wie alle Modelle kann jedoch auch dieses Modell nicht alle Eigenschaften der DNA abbilden. Das Reißverschlussmodell kann im Gegensatz zum Strickleitermodell das Öffnen der DNA-Doppelstränge während der Transkription implizieren. Beide Modelle sind jedoch nicht in der Lage die genaue räumliche Verdrehung der DNA , also ihre Anordnung als Doppelhelix, abzubilden.
Die Verpackung der DNA dient dazu, dass die DNA nur wenig Platz benötigt und so Zellprozesse ungestört ablaufen können. Zum Beispiel bei der Zellteilung wird so verhindert, dass es zu Verwicklungen oder Schäden kommt. Die unterschiedlichen Verpackungsdichten spielen ausserdem eine wichtige Rolle bei der Genregulation. Je dichter die DNA verpackt ist, desto schlechter ist sie zugänglich für Moleküle, welche Gene ablesen.
Durch das Verpacken der DNA kann bei Eukaryoten die genetische Information stark komprimiert werden. Dadurch kann eine kleinen Zelle ein großes Genom enthalten. Das ermöglicht es den Eukaryoten, im Gegensatz zu den Prokaryoten, sich zu komplexen Organismen zu entwickeln. Außerdem ist die verpackte DNA viel sicherer und effizienter bei der Reproduktion, da so mögliche Verwicklungen und Schäden während der Zellteilung verhindert werden. Allerdings muss die verpackte DNA für die Genexpression wieder entfaltet werden. Dieser Prozess ist energieaufwendig, langsam und fehleranfällig.
Ja, bei Eukaryoten ist die DNA immer um Histone gewickelt. Das dient nicht nur dazu, ein Chromosom zu bilden. Die Umwickelung mit Histonen hat auch eine regulierende Funktion bei der Genexpression. Regionen, die sehr stark verpackt sind, sind nicht transkriptaktiv (Heterochromatin), während weniger verpackte Regionen transkriptaktiv (Euchromatin) sind. Der Grad der Modifizierungen der Histone kann die Geschwindigkeit der Genexpression beeinflussen.
Die Grundeinheit der DNA sind die Nukleotide. Sie bestehen aus Zuckern, Phosphatgruppen und organischen Basen. Die Basen sind über Wasserstoffbrückenbindungen verbunden (Adenin mit Thymin, Guanin mit Cytosin). Diese Bindungen sind hydrophob, also wassermeidend. Gleichzeitig besteht das Cytoplasma meistens aus Molekülen auf Wasserbasis. Durch die Drehung der DNA werden die Lücken zwischen den einzelnen Molekülen verkleinert, so dass die Basen den geringsten Kontakt mit dem Wasser haben. Hieraus ergibt sich die spiralige Form der DNA.
Wenn die DNA nicht verpackt wird, ist sie viel zu lang und gross für den Zellkern. Die verpackte Form stellt außerdem die Transportform der DNA dar und ist bei der Genregulation und der Zellteilung (Mitose) wichtig.
Histone sind die Proteine, an denen sich die DNA Doppelhelix spiralig windet. Die Einheit aus Histonen und der DNA nennt man Nukleosom.
Die Verpackung der DNA erfolgt in vier Schritten: 1. Schritt: Histonkomplex und DNA bilden Nukleosomen. 2. Schritt: Nukleosomen bilden eine spiralförmige Kette, den Chromatinfaden. 3. Schritt: Die Chromatinfäden binden sich an Gerüstproteine, dadurch entsteht das aktive Chromatin. 4. Schritt: Durch weitere Verdrehungen und Faltungen des Chromatins entsteht das Chromatid.
An dem Prozess der Verpackung der DNA waren und sind bis heute viele Forschungsteams beteiligt. Als Erstbeschreiber der Histone gilt Albrecht Kossel. James Watson and Francis Crick haben das vollständige Modell der DNA-Doppelhelix veröffentlicht.
Es gibt vier Stufen der Verdichtung der DNA.
Die DNA von Prokaryoten ist klein und ringförmig angeordnet. Die DNA schwimmt frei im Zellplasma. Die Chromosomen der Bakterien sind jedoch keine strukturlosen Moleküle. Auch sie sind mit Proteinen assoziiert und räumlich strukturiert. Sie enthalten jedoch kein Chromatin. Die DNA der Prokaryoten wird durch die sogenannte Superspiralisierung komprimiert. Die Proteinbiosynthese bei Prokaryoten läuft im Vergleich zur Proteinbiosynthese der Eukaryoten schneller und einfacher ab. Das liegt auch an der komplizierten Verpackung der eukaryotischen DNA.
Die wesentlichen Schritte der Verpackung der DNA werden durch spezielle Proteine und enzymatische Aktivitäten durchgeführt.
Die DNA ist auf vier Ebenen verpackt:
- Erste Ebene: Nukleosomen
- Zweite Ebene: Chromatinfaden
- Dritte Ebene: aktives Chromatin
- Vierte Ebene: Chromatid und Chromosom.
Die Verpackung der DNA im Zellkern besteht aus vier Schritten. Der erste Schritt ist das Bilden von Nukleosomen aus Histonen und DNA. Der zweite Schritt ist die Verkettung der Nukleosomen zu spiralförmigen Chromatinfäden. Der dritte Schritt besteht aus der Bindung von Chromatinfäden an Gerüstproteine. Dadurch entsteht das aktive Chromatin. Der vierte Schritt ist die Entstehung von Chromatid durch weitere Verdrehungen und Faltungen des Chromatin. Es bilden sich Chromosomen.
In der Chromosomenform ist die DNA so dicht verpackt, dass in diesem Zustand kaum eine Proteinbiosynthese stattfinden kann, was außerhalb der Zellteilung permanent in einer Zelle stattfindet. Daher wird die Chromosomenform nur während der Zellteilung (Mitose) eingenommen.
Der Verpackungszustand der DNA ist ein zentraler Aspekt der Genregulation. Die Verpackung der DNA erleichtert den Transport der DNA. Allerdings ist die DNA in einer verpackten Form auch schwer zugänglich für andere Moleküle, etwa für die DNA-Synthese oder Transkription. Daher ist die DNA in einer Zelle unterschiedlich verpackt, je nachdem in welchem Prozess sich die Zelle gerade befindet.
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Sooo hier komm’n n’ paar spannende Fakten zur DNA: etwa vierzig bis fünfzig Prozent deiner DNA ist identisch mit der von Kohlgemüse. Deine Zellen sind winzig, dennoch hat die DNA, die in jeder deiner Zellen steckt, eine Länge von etwa zwei Metern. Würde man nun die Länge der DNA aller Körperzellen addieren, käme man bei einer Strecke von einhundertfünfzig Milliarden Kilometern raus, also etwa eintausend mal von der Erde bis zur Sonne – WHAAAT?! Wie kann das sein? Jaja, wird spannend, bleib dran, es geht um "die DNA, ihre Verpackung und das Chromatin". Okay, erstmal ein paar Basics: die DNA ist die Erbsubstanz eines Organismus. Die gesamte Erbsubstanz einer Zelle eines Lebewesens wird auch als GENOM bezeichnet. Beim Menschen handelt es sich dabei um etwa drei Milliarden Nukleotidpaare. Nukleo-was? Falls es hier noch hakt, zieh dir noch mal ein paar Infos zum Aufbau der DNA rein – zum Beispiel hier bei Sofatutor. Bei Eukaryoten wie uns Menschen liegt diese Informationsmenge im Zellkern vor , und zwar auf sechsundvierzig DNA-Moleküle verteilt. Wie am Anfang des Videos bereits verkündet, würde die Strecke der DNA im Zellkern etwa zwei Meter betragen, wären die DNA-Moleküle langgestreckt. So und jetzt erklär' du mir mal, wie eine zwei Meter lange DNA in einen Zellkern von ungefähr fünf Mikrometern Durchmesser passen soll?! Tricky. Nun ja,dazu musst du erstmal folgendes wissen: die DNA aller Eukaryoten ist mit einer Vielzahl von Proteinen verbunden. Diesen Komplex aus DNA und Proteinen nennt man CHROMATIN. Und hier kommen wir der Sache näher. Während des Zellzyklus ist das Chromatin unterschiedlich dicht verpackt. Die kompakteste Version liegt vor der Zellteilung vor: dann werden die DNA-Moleküle unter dem Mikroskop als CHROMOSOMEN sichtbar. Schauen wir uns die Ebenen der DNA-Verpackung bis zum Chromosom einmal genauer an. Auf geht's! Die DNA ist, wie du bereits gelernt hast, in einer DNA-Doppelhelix organisiert. Diese besteht aus einem DNA-Doppelstrang mit einem Zucker-Phosphat-Rückgrat, welcher über Wasserstoffbrücken zwischen den Basen miteinander verbunden ist. Die DNA-Doppelhelix ist in zwei Windungen um bestimmte Proteine gewickelt – die HISTONE. Sie bestehen aus acht Histon-Untereinheiten, also einem Oktamer. Diese Einheit aus DNA und Histon-Oktamer nennt man NUKLEOSOM. Es bildet sich eine Art Perlenkette und die DNA ist um den Faktor sieben verdichtet. Die "Perlenkette" wird weiter gefaltet, wobei immer sechs Nukleosomen pro Windung vorliegen. Es entsteht ein sogenannter CHROMATINfaden mit einer vierzigfachen Verdichtung der DNA. Vor der Zellteilung verdichtet sich der Chromatinfaden zu einer noch kompakteren Struktur. Statt "verdichten" sagt man auch "KONDENSIEREN". Dabei heftet sich der Chromatinfaden an bestimmten Stellen an ein Gerüst aus Nicht-Histon-Poteinen, wodurch Schleifen entstehen. Hierbei wird bereits eine zweihundertfache Verdichtung erreicht. WOW. Und durch weiteres Verdrillen und Falten bildet sich schließlich die Chromatidstruktur eines Chromosoms, wodurch eine zehntausendfache Verdichtung erreicht wird. Nun ist die DNA also wirklich ziemlich dicht. Höhö. Zwei Chromatide, die miteinander verbunden sind, bilden ein Zwei-Chromatid-Chromosom, wie es dir in seiner Form bestimmt geläufig ist. Gucken wir uns so ein Chromosom noch kurz genauer an. Die zwei Chromatide eines Chromosoms werden als Schwesterchromatide bezeichnet. Die beiden Schwesterchromatide enthalten identische Kopien des DNA-Moleküls. An einem bestimmten Bereich – dem CENTROMER hängen sie zusammen. Die Enden des Chromosoms nennt man TELOMERE. Die oberen beiden Arme des Chromosoms werden als P-Arme , die unteren beiden als Q-Arme bezeichnet. Die DNA kann eingefärbt werden, wodurch ein spezifisches Bandenmuster unter dem Mikroskop sichtbar wird. Da die beiden Schwesterchromatide identisch sind, weisen sie auch das gleiche Bandenmuster auf – logisch! Sogenannte HOMOLOGE Chromosomenpaare gleichen sich in Größe und Bandenmuster – Achtung, hier siehst du jeweils Ein-Chromatid-Chromosomen. In einem Karyogramm sieht man die Chromsomen nach Größe, Centromerlage und Bandenmuster sortiert. Hier gibt's noch eine spannende Info für dich: Färbt man die DNA-Protein-Komplexe an, erscheinen die als HETEROchromatin bezeichneten, dichter verpackten Bereiche unter dem Mikroskop intensiver gefärbt. Diese Heterochromatinbereiche sind genetisch inaktiv. In diesen Bereichen werden also KEINE Gene abgelesen. Das sogenannte Euchromatin ist weniger dicht verpackt und erscheint somit leichter angefärbt. Die Euchromatinbereiche sind genetisch aktiv und können durch ihre lockere Verpackung leichter abgelesen werden. Uiuiui ganz schön viele Infos! Fassen wir noch einmal zusammen. Eine der ersten Verpackungsstufen der DNA ist das Chromatin. Ein Chromatinfaden besteht aus Nukleosomen , also DNA-umwickelten Histonen. Die Nukleosomen-Perlenkette wird weiter gefaltet und verdichtet und es ergibt sich die nächste Verpackungsstufe – das Chromatid. Ein Zwei-Chromatid-Chromosom besteht aus zwei Schwesterchromatiden. Die DNA liegt hierbei in einem stark kondensierten Zustand vor. Die Chromosomen sind während der Kern- beziehungsweise vor der Zellteilung sichtbar. Nun kennst du auch den Aufbau eines Chromosoms und den Unterschied zwischen Hetero- und Euchromatin. So und nun sind wir doch alle um einiges schlauer als Kohlgemüse.
DNA – Verpackung und Chromatin Übung
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Beschrifte das dargestellte Chromosom.
TippsDie Begriffe „Centromer“ und „Telomer“ stammen von den griechischen Wörtern für „Mitte“ und „Ende“ ab.
LösungEin Chromosom kurz vor und während der Zellkernteilung sieht aus wie der Buchstabe X. Sehen wir uns dieses Chromosom näher an:
- Die beiden Chromatiden eines Chromosoms werden als Schwesterchromatiden bezeichnet. Sie enthalten identische Kopien des DNA-Moleküls.
- In einem bestimmten Bereich, dem Centromer, sind die Schwesterchromatiden miteinander verbunden.
- Die Enden des Chromosoms heißen Telomere.
- Die beiden oberen Arme des Chromosoms heißen p-Arme, die beiden unteren q-Arme.
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Begründe, warum die DNA verpackt vorliegt.
TippsDie beiden Schirme im Bild sind zwei Meter lang. Ungefähr so lang sind alle DNA-Moleküle in einer menschlichen Zelle zusammen. Der Durchmesser des Zellkerns einer menschlichen Zelle beträgt etwa fünf Mikrometer. Die Gesamtlänge aller DNA-Moleküle in der Zelle ist also etwa 400 Millionen Mal länger als der Durchmesser des Zellkerns.
LösungBei Eukaryonten befindet sich die Erbinformation im Zellkern. Beim Menschen ist sie auf 46 DNA-Moleküle verteilt. Eine durchschnittliche menschliche Zelle enthält DNA-Moleküle mit einer Gesamtlänge von etwa zwei Metern. Diese befinden sich in einem Zellkern mit einem Durchmesser von etwa fünf Mikrometern. Damit die DNA dort hineinpasst, muss sie möglichst wenig Raum einnehmen. Dies wird durch eine mehrstufige Verpackung erreicht.
Zusätzlich bietet die Verpackung Schutz vor äußeren Einflüssen, ermöglicht die Regulation der Genexpression und trägt zu Ordnung und Organisation im Zellkern bei.
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Ordne die Ebenen der DNA-Verpackung.
TippsNukleosomen sind Einheiten aus DNA und Histon-Oktameren.
Bei den Wörtern „Chromatinfaden“ und „Chromatid“ muss man genau hinschauen:
Der Wortteil „Chroma-“ stammt aus dem Griechischen. Er bedeutet „Farbe“ und bezieht sich darauf, dass diese Strukturen gefärbt werden können – so wurden sie auch entdeckt.
Das Chromatin ist in bestimmten Zellphasen als lose Substanz erkennbar, während es sich in anderen Zellphasen zur Struktur des Chromatids verdichtet.LösungDie DNA-Doppelhelix ist um bestimmte Proteine, die Histone, gewickelt. Ein Oktamer aus acht Histon-Untereinheiten bildet mit der DNA eine Einheit, die als Nukleosom bezeichnet wird. Diese Nukleosomen bilden eine Perlenkette, wodurch die DNA um den Faktor sieben verdichtet wird.
Mit immer sechs Nukleosomen pro Windung wird die Perlenkette weiter gefaltet. Es entsteht ein sogenannter Chromatinfaden mit einer vierzigfachen Verdichtung der DNA.
Vor der Zellteilung verdichtet sich der Chromatinfaden zu einer noch kompakteren Struktur. Dieser Vorgang der Verdichtung wird auch Kondensation genannt. Der Chromatinfaden lagert sich an bestimmten Stellen an ein Gerüst aus Nicht-Histon-Proteinen an und bildet so Schlaufen. Dabei wird bereits eine zweihundertfache Verdichtung erreicht.
Durch weiteres Verdrehen und Falten entsteht schließlich die Chromatidstruktur eines Chromosoms, wodurch eine zehntausendfache Verdichtung erreicht wird. -
Definiere die folgenden Fachbegriffe.
TippsHeterochromatin-Bereiche sind dichter verpackt als Euchromatin-Bereiche.
LösungDNA ist nicht immer gleich verpackt:
Chromatin ist ein Komplex aus DNA und Proteinen: Es kann aufgelockert vorliegen und bildet dann genetisch aktive Bereiche, die als Euchromatin bezeichnet werden. Es kann aber auch dicht gepackt sein und bildet dann genetisch inaktive Bereiche, die als Heterochromatin bezeichnet werden.
Je nach Zellphase ist das Chromatin unterschiedlich stark verpackt: In der Interphase, der Zellphase zwischen zwei Zellteilungen, liegt das Chromatin als loser Komplex vor. Zu Beginn der Mitose verdichtet es sich stark.
Die Gesamtheit der Erbinformation wird als Genom bezeichnet. -
Bestimme, welches Bild ein Chromosom kurz vor bzw. während der Zellkernteilung zeigt.
TippsDie Form der Chromosomen wird oft mit Buchstaben verglichen. Die meisten menschlichen Chromosomen haben kurz vor und während der Zellkernteilung die Form eines X. Beim Mann gibt es jedoch eine Ausnahme: das sogenannte Y-Chromosom.
LösungEin Chromosom kurz vor und während der Zellkernteilung sieht aus wie der Buchstabe X.
Die beiden Chromatiden eines Chromosoms werden als Schwesterchromatiden bezeichnet. Die beiden Schwesterchromatiden enthalten identische Kopien des DNA-Moleküls. Sie sind durch das Centromer miteinander verbunden. -
Leite her, wie die DNA in der jeweiligen Zellphase verpackt ist.
TippsDer Begriff „Kondensation“ beschreibt die Verdichtung von DNA-Molekülen.
Nach der Replikation existieren zwei identische Kopien der DNA für jedes Chromosom.
Das A in der Abbildung steht für die Anaphase der Mitose.
LösungWie dicht die DNA verpackt ist, hängt von der Zellphase ab:
Besonders hoch kondensiert ist sie in der M-Phase, um die effiziente Trennung der Chromosomen während der Zellteilung zu erleichtern. Bis zur Anaphase liegt das Chromatid doppelt vor.
Danach und in der G1-Phase liegt das Chromatid einfach vor. Man spricht hier auch von Ein-Chromatid-Chromosomen. In dieser Phase ist die DNA am geringsten verpackt. Sie liegt hier in Form von Chromatinfäden vor.
In der S-Phase verdoppelt sich das Chromatid. Ab jetzt und in der G2-Phase liegt es zweifach vor. Daher spricht man hier auch von Zwei-Chromatid-Chromosomen.
In der G2-Phase ist die DNA bereits kondensiert in Vorbereitung auf die M-Phase.
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Wie ist die DNA aufgebaut?
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/pictures/27087/normal/27087_Thumbnail.jpg?1693498647)
Proteinbiosynthese – von der DNA zum Protein
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/pictures/27067/normal/27067_Thumbnail.jpg?1698764383)
DNA – Verpackung und Chromatin
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/screenshots/23476/normal/76cbaa48e3d3d6058d9244a39621080a_1.jpg?1550087599)
Was ist DNA?
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/screenshots/23477/normal/695e0d5129719f1b9faabdc98aa3d82c_1.jpg?1550087605)
Entdeckung der DNA – Watson und Crick
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/pictures/11392/normal/vlcsnap-2013-03-26-13h33m14s153.jpg?1581412862)
Replikation der DNA
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/pictures/23857/normal/7.jpg?1581418244)
Proteinbiosynthese - Basiswissen
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/screenshots/11053/normal/3820b368f8e68f4cf77d3fc328a8b1d7_1.jpg?1359636959)
Genwirkkette – vom Gen zum Merkmal
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RNA – Bau und Funktion
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Transkription und RNA Prozessierung
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/pictures/19501/normal/19501_RNA_-_Prozessierung_bei_Eukaryoten.jpg?1412671564)
Prozessierung – RNA-Modifikation bei Eukaryoten
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/pictures/8153/normal/Translation_Titelbild.jpg?1581428934)
Translation
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/pictures/18585/normal/Vorschaubild.jpg?1581415917)
Genetischer Code – Eigenschaften und Bedeutung
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/pictures/17965/normal/17965_Proteinbiosynthese_bei_Pro-_und_Eykaryoten_%28Vorschaubild%29.jpg?1399453624)
Proteinbiosynthese – Vergleich von Prokaryoten und Eukaryoten
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/pictures/12309/normal/12309_Der_Mechanismus_der_Genregulation.jpg?1581430283)
Genregulation bei Prokaryoten – Steuerung der Genexpression (Basiswissen)
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/pictures/11042/normal/vlcsnap-2013-02-26-11h41m17s162.jpg?1581412555)
Regulation der Genaktivität bei Prokaryoten (Expertenwissen)
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/pictures/11057/normal/11057_Regulation_der_Genaktivit%C3%A4t_bei_Eukaryoten.jpg?1581429696)
Regulation der Genaktivität bei Eukaryoten
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/pictures/10791/normal/10791.jpg?1581412534)
DNA-Schäden und Reparaturmechanismen
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/pictures/10777/normal/Genmutationen.jpg?1581429672)
Genmutation – Formen und Ursachen
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/pictures/8189/normal/Genmutationen.jpg?1581412069)
Genmutationen
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/pictures/12399/normal/12399__RNA-Interferenz.Standbild001.jpg?1581413905)
RNA-Interferenz – Abschalten eines Gens
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/pictures/10582/normal/10582.jpg?1581412453)
Apoptose – genetisch programmierter Zelltod
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/pictures/24033/normal/9.jpg?1581418617)
Wie entsteht Krebs?
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/pictures/11094/normal/11094_Krebs_.jpg?1581429712)
Krebs – Entstehung eines Tumors
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/pictures/23932/normal/8.jpg?1581418397)
DNA-Analysen in der Kriminaltechnik
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/pictures/6891/normal/Tov_Thumbnail_Bio_Mikroskop.jpg?1709821170)
Proteine und Aminosäuren
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/pictures/4556/normal/Tov_Thumbnail_Bio_Mikroskop.jpg?1710318716)
Proteinarten – Typen von Proteinen
![video image](https://images.cdn.sofatutor.net/videos/pictures/11811/normal/11811_Genetische_Krankheiten_Phenylketonurie.jpg?1581430066)
Phenylketonurie – genetische Krankheit
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Der genetische Fingerabdruck
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Replikation der DNA (Expertenwissen)
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Die experimentelle Entschlüsselung des Genetischen Codes
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Die experimentelle Entschlüsselung der Proteinbiosynthese
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Die experimentelle Entschlüsselung der Genregulation
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Wie ist die DNA aufgebaut?
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DNA – Verpackung und Chromatin
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