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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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Team Digital
DNA – Verpackung und Chromatin
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

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.
  • Beschrifte das dargestellte Chromosom.

    Tipps

    Die Begriffe „Centromer“ und „Telomer“ stammen von den griechischen Wörtern für „Mitte“ und „Ende“ ab.

    Lösung

    Ein 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.

  • Begründe, warum die DNA verpackt vorliegt.

    Tipps

    Die 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.

    Lösung

    Bei 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.

  • Ordne die Ebenen der DNA-Verpackung.

    Tipps

    Nukleosomen 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.

    Lösung

    Die 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.

    Tipps

    Heterochromatin-Bereiche sind dichter verpackt als Euchromatin-Bereiche.

    Lösung

    DNA 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.

    Tipps

    Die 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.

    Lösung

    Ein 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.

    Tipps

    Der 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.

    Lösung

    Wie 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.