Die Gesamtheit der genetischen Information einer Zelle wird als ihr Genom bezeichnet. Bei Prokaryoten liegt das Genom in einzelnen oder mehreren Ring-DNA vor. Bei Eukaryoten ist die Mehrheit der genetischen Information im Zellkern angesiedelt. Nichtsdestotrotz enthalten bei Eukaryoten auch andere Zellorganellen, wie z. B. Mitochondrien und Chloroplasten ihre eigenen Genome.
1. Chromosomen und ihr Aufbau
Nun haben wir ein Problem. Die Gesamtlänge der DNA einer einzigen menschlichen Zelle beträgt ca. 2 Meter! Wenn eine Zelle so groß wäre, wie ein Mensch, dann würde ihre DNA-Länge ca. 170.000 Meter betragen. Die Zelle benötigt also eine Möglichkeit die DNA handhabbarer zu machen. Wir Menschen verwenden z. B. Spulen oder Trommel, um lange Fäden und Kabel auf eine kompaktere (kleinere) Größe aufzuwickeln. Dadurch kann ein LKW mehrere Kabel, die Länger sind als er selbst problemlos zu einer Baustelle transportieren.
Genau dies machen auch eukaryotische Zellen. Die Spulen der Zellen heißen Chromosomen. Chromosomen bestehen u. a. aus Proteinen, auf die DNA aufgewickelt ist.
So wird die ca. zwei Meter lange DNA in menschliche Zellen auf 46 Chromosomen aufgewickelt. Dadurch ist sie bei der Zellteilung einfacher zu transportieren.
2. Chromosomensätze, Gameten und Keimbahn
In Eukaryotischen Zellen ist (wie wir gelernt haben) die DNA in Chromosomen organsiert. Die Chromosomen sind in der Interphase nicht sichtbar und werden erst im Rahmen der Vorbereitung auf die Zellteilung sichtbar. Dieses Sichtbarwerden bezeichnet man als Kondensation bzw. Kondensieren. Die Chromosomen kondensieren also vor der Zellteilung. Warum?
Im Rahmen der Zellteilung muss die DNA korrekt auf die Nachkommen der Zelle (wir nennen diese Tochterzellen) aufgeteilt werden. Dazu müssen die DNA-Moleküle, die nun schön kompakt auf die Chromosomen aufgewickelt sind geordnet, getrennt und zu den gegenseitigen Polen der Zelle transportiert werden. Nach der Zellteilung benötigt man die Chromosomen nicht mehr und die DNA wird entwickelt. Vorsicht: Auch in der Interphase liegt die DNA nicht nackt vor, sondern verbunden mit chromosomalen Proteinen. Diese Struktur wird Chromatin genannt. In der Interphase ist das Chromatin nicht so dicht gepackt, wie z. B. während der Mitose.
Die Anzahl der Chromosomen ist artspezifisch, d. h. die Individuen der selben Art in der Regel die selbe Anzahl an Chromosomen besitzen. Bei uns Menschen sind es 46 Chromosomen. Davon jeweils die Hälfte (23) von der Mutter und vom Vater. Deshalb haben die menschlichen Zellen also jeweils 23 Paare an Chromosomen.
Damit die Anzahl der Chromosomen über Generationen gleich bleibt, dürfen die Eltern jeweils nur die Hälfte ihrer Chromosomen an die Nachkommen weitergeben. Eine Mutter mit 46 Chromosomen trägt also nur 23 Chromosomen zum Genom des Nachwuchs bei. Dasselbe macht auch der Vater. Somit bekommt der Nachwucht 23+23 = 46 Chromosomen.
Das bedeutet aber, dass wir eine Zellteilung benötigen, die nur Tochterzellen mit jeweils Hälfte der Chromosomen hervorbringt. Diese Zellteilung finden in Geschlechtsorganen (Gonade) statt und wird als Meiose bezeichnet.
Hier einige Fachbegriffe mit der Bitte, um Verwendung in den Prüfungen und Klausuren 😁:
- Zellen, die von jedem Chromosom zwei Exemplare besitzen, haben den doppelten Chromosomensatz und werden als diploid bezeichnet. Beim Menschen sind es fast alle unserer Körperzellen mit jeweils 46 Chromosomen. Man nennt diese Zellen auch somatische Zellen.
- Zellen, die von jedem Chromosom nur ein Exemplar besitzen, haben den einfachen Chromosomensatz und werden als haploid bezeichnet. Beim Menschen sind es alle Gameten (Geschlechtszellen), d. h. die Eizellen der Frau und die Spermien des Mannes. Diese Zellen haben also jeweils nur 23 Chromosomen.