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Chromosom

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Chromosom

Chromosomen sind die komprimierte Form der Erbinformation (DNA) eukaryotischer Zellen. Dabei liegt die DNA nicht lose im Zellkern, sondern ist in Form eines Stranges um spezielle Proteine wie etwa Histone gewickelt. Man bezeichnet diese auch als Chromatin. Es bildet das Ausgangsmaterial der Chromosomen.

Chromatin leitet sich vom griechischen Wort "chroma" ab, was sich mit Farbe übersetzen lässt. Der Name ist darauf zurückzuführen, dass sich das Chromatin mit basischen Farbstoffen anfärben lässt.

Definition und Funktion der Chromosomen

Chromosomen sind die Träger unseres Erbguts und enthalten genetische Informationen über unsere Augenfarbe, Geschlecht, Haarfarbe und vieles mehr.

Die DNA einer menschlichen Zelle misst in etwa zwei Meter. Damit die Zellteilung geordnet abläuft, wird die DNA in der Prophase der Mitose verdichtet und verkürzt. Diesen Prozess bezeichnet man auch als Kondensation.

DNA steht für deoxyribonucleic acid, also Desoxyribonucleinsäure – kurz DNS.

Aufbau der Chromosomen

Chromosomen liegen überwiegend als Ein-Chromatid-Chromosomen vor. Ein Chromatid besteht aus einer DNA-Doppelhelix. Kurz vor der Zellteilung muss das Erbgut verdoppelt werden, danach setzt sich das Chromosom aus zwei Chromatiden zusammen.Man spricht jetzt von Zwei-Chromatid-Chromosomen. Während der Teilung des Zellkerns sieht es unter dem Lichtmikroskop aus wie der Buchstabe X.

Chromosom Struktur eines Chromosoms Chromosomen Aufbau StudySmarterAbbildung 1: Struktur eines Chromosoms

Das Centromer ist die Stelle, an der die beiden Chromatiden zusammenhängen.

Je nach Position des Centromers unterscheidet man zwei Kategorien von Chromosomen:

  • Befindet es sich nahe zweier Enden, handelt es sich um akrozentrische Chromosomen.
  • Liegt das Centromer mittig, spricht man von metazentrischen Chromosomen.

Chromosom Chromosomentypen Aufbau Chromosomen StudySmarterAbbildung 2: Chromosomentypen

Die kurzen Arme werden auch als p-Arme, die langen Arme als q-Arme bezeichnet. An den Enden der Chromosomenarme befinden sich die Telomere. Sie schützen das Chromosom vor Schäden und spielen eine zentrale Rolle im Alterungsprozess. Mit jeder Zellteilung verlieren die Telomere an Länge. Sind die Telomere aufgebraucht, kann sich die Zelle nicht länger teilen.

Molekularer Aufbau der Chromosomen

Ein Chromatid besteht aus einem durchgehenden DNA-Doppelstrang, welcher über mehrere Schritte komprimiert wird.

Aufbau der DNA

Um den Aufbau eines Chromosoms nachvollziehen zu können, schauen wir uns zunächst den Aufbau der DNA an. Die DNA setzt sich aus aufeinanderfolgenden Nukleotiden zusammen.

Ein Nukleotid besteht aus drei Teilen, die über Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden sind:

  • einer organischen Base (Adenin, Thymin, Guanin oder Cytosin)
  • einem Zuckermolekül (Desoxyribose)
  • einer Phosphatgruppe.
Chromosom Bau Nukleotid Chromosomen Aufbau StudySmarterAbbildung 3: Bau eines Nukleotids

Drei Nukleotide ergeben ein Basentriplett. Mehrere Tripletts bilden ein Gen:

Chromosom Triplett und Gen Chromosomen Aufbau StudySmarterAbbildung 4: Basentriplett und Gen

Kondensation der DNA zum Chromosom

Der DNA-Strang wickelt sich um ein Histon-Oktamer – ähnlich wie ein Faden, der sich um eine Spule wickelt. Das Oktamer besteht aus je zwei Exemplaren der Proteine H2A, H2B, H3 und H4, insgesamt also aus acht Proteinen – daher der Name Oktamer. Die Einheit aus Oktamer und DNA bezeichnet man als Nukleosom. Neben den Histonen stabilisieren weitere Nicht-Histon-Proteine die DNS. Der Komplex aus DNA und Proteinen ist das Chromatin.

Durch Faltung dieses Chromatinfadens entsteht nun das stark komprimierte Chromosom.

Chromosom Kondensation StudySmarterAbbildung 5: Kondensation der DNA zum Chromosom

Chromosomensatz beim Menschen

Der Chromosomensatz gibt die Anzahl der Chromosomen in der Zelle eines Organismus an. Diese Menge gibt jedoch nicht zwangsläufig Aufschluss über die Komplexität eines Organismus.

Wusstest Du, dass Farne weit über 80 Chromosomen besitzen können, während es beim Menschen lediglich 46 Chromosomen sind?

Der Chromosomensatz des Menschen setzt sich folgendermaßen zusammen:

Ein gesunder Mensch verfügt über 46 Ein-Chromatid-Chromosomen. Diese verteilen sich auf folgende Weise:

  • 44 Autosomen (Körperchromosomen)
  • 2 Gonosomen (Geschlechtschromosomen)

Dabei stammen 23 Chromosomen vom Vater und 23 von der Mutter.

Vor der Zellteilung müssen exakte Kopien des Erbguts erstellt werden. Dementsprechend werden sowohl die Ein-Chromatid-Chromosomen der Mutter als auch die des Vaters kopiert. So entstehen die Zwei-Chromatid-Chromosomen.

Beim Menschen wird dieser Chromosomensatz auch als diploid bezeichnet.

Ein Chromosomensatz wird diploid genannt, wenn jedes Chromosom zweimal innerhalb einer Zelle vorkommt. Die Kurzschreibweise für diploid lautet 2n.

Mit Ausnahme der Gonosomen (Geschlechtschromosomen) bilden alle Chromosomen sogenannte homologe Paare, sie sind also gleichartig in Form, Struktur und Abfolge ihrer Gene.

Einen einfachen Chromosomensatz bezeichnet man als haploid. Dabei kommen die Chromosomen jeweils nur einmal pro Zelle vor. Die Kurzschreibweise für haploid lautet n.

Ein haploider Chromosomensatz liegt etwa in den Keimzellen vor und besteht dementsprechend nur aus 23 Chromosomen, da nach der Verschmelzung von weiblichen und männlichen Keimzellen (Befruchtung) wieder ein diploider Chromosomensatz vorliegen muss. Außerdem befindet sich in den Keimzellen lediglich das Geschlechtschromosom der Mutter oder das des Vaters.

Schau Dir zum besseren Verständnis gerne den Artikel zur "Meiose" auf StudySmarter an.

Ein Karyogramm stellt die Chromosomen eines Individuums dar. Dafür werden die Chromosomen angefärbt, einzeln fotografiert und in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet.

Chromosom Karyogramm Chromosomen des Menschen StudySmarterAbbildung 6: Karyogramm eines gesunden Menschen

Geschlechtschromosomen

Die Geschlechtschromosomen, auch Gonosomen genannt, bestimmen das genetische Geschlecht eines Individuums.

X- und Y-Chromosom

Weibliche Individuen besitzen zwei X-Chromosomen, männliche Individuen ein X- und ein Y-Chromosom. Im Gegensatz zu den Autosomen liegen Gonosomen bei Männern nicht als homologes Paar vor, da ihr Y-Chromosom viel kürzer ist als ihr X-Chromosom.

Geschlecht

Gonosomen

weiblich

xx

männlich

xy

Vererbung der Geschlechtschromosomen

Die Vererbung der Gonosomen erfolgt gemäß der Mendelschen Regeln.

Da weibliche Individuen zwei X-Chromosomen besitzen, können ihre Keimzellen nur das X-Gonosom aufweisen. Männliche Individuen haben von ihrer Mutter ein X-, von ihrem Vater ein Y-Chromosom erhalten. Daher können Spermien, also die männlichen Keimzellen, im Gegensatz zu den weiblichen Eizellen entweder ein X-Chromosom oder ein Y-Chromosom aufweisen.

  • Weiblich: zwei X-Chromosomen → homozygot (reinerbig)
  • Männlich: ein X- und ein Y-Chromosom → heterozygot (mischerbig)
Chromosomen Gonosomen Keimzellen StudySmarterAbbildung 7: Gonosomen der Keimzellen

Chromosomen bei Bakterien

Egal, ob Tier oder Pflanze – alle eukaryotischen Zellen besitzen Chromosomen im Zellkern. Bakterien (Prokaryoten) allerdings haben keinen Zellkern und keine Chromosomen.

Die DNS von Prokaryoten ist auf andere Weise organisiert: Sie kann entweder als Nukleoid (Bakterienchromosom) frei im Zytoplasma vorliegen oder in Form von kleinen DNA-Molekülen, den Plasmiden, existieren.

Chromosomenaberrationen

Immer wieder kommt es vor, dass sich Veränderungen des Genoms in den Entwicklungsprozess eines Organismus einschleichen und so einen nachhaltigen Effekt auf die Entwicklung des Lebewesens haben.

Kommt es während der Entwicklung eines Individuums zu Veränderungen in der Anzahl oder Struktur seiner Chromosomen, spricht man von Chromosomenaberrationen oder Chromosomenanomalien.

Sie stellen die häufigste Ursache für Fehlgeburten dar. Außerdem führen sie zu gravierenden Erkrankungen.

Man unterscheidet in:

  • Chromosomenmutationen (strukturelle Chromosomenaberrationen): Veränderungen im Aufbau eines Chromosoms, wie beispielsweise
    • Deletionen (ein Teil des Chromosoms wurde entfernt)
    • Duplikationen (Genabschnitte sind doppelt vorhanden)
    • Insertionen (es liegt ein zusätzlicher Abschnitt vor)
  • Numerische Chromosomenaberrationen:
    • Aneuploidie (die Anzahl der einzelnen Chromosomen weicht ab)
    • Polyploidie (über zwei Chromosomensätze sind vorhanden)

Trisomie 21

Eine der bekanntesten Aneuploidien ist die Trisomie 21, die auch Down-Syndrom genannt wird.

Bei dieser Aberration liegt das Chromosom 21 bzw. Teile davon dreifach statt doppelt vor, daher der Name Trisomie 21 – ein dreifaches Vorkommen des 21. Chromosoms.

Betroffene weisen meist Einschränkungen ihrer kognitiven Fähigkeiten sowie körperliche Fehlbildungen auf. Bei Frauen ab dem 35. Lebensjahr besteht ein erhöhtes Risiko, Kinder mit Trisomie 21 zu gebären.

Chromosom – Das Wichtigste

  • Chromosomen sind die Träger unseres Erbguts.
  • In der Regel besitzen Zellen einen diploiden (2n), Keimzellen einen haploiden (n) Chromosomensatz.
  • Der Mensch besitzt 46 Chromosomen, aufgeteilt in 44 Autosomen und 2 Gonosomen.
  • Männer besitzen ein X- und ein Y-Chromosom, Frauen zwei X-Chromosomen.
  • Chromosomen, welche von der Mutter vererbt wurden, bilden zusammen mit denen des Vaters homologe Chromosomenpaare.
  • Eine Abweichung in Struktur und Anzahl der Chromosomen wird als Chromosomenaberration bezeichnet und kann zu schwerwiegenden Erkrankungen (z. B. Down-Syndrom) führen.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Chromosom

Chromosomen beschreiben die komprimierte Erbinformation einer Zelle. Die DNA wird eng zusammengelegt, sodass sie leicht transportiert werden kann. 

Die menschliche Körperzelle verfügt über 46 Chromosomen – 44 Autosomen und 2 Gonosomen. 


Der menschliche Gamet verfügt über 22 Autosomen und 1 Gonosom – also über 23 Chromosomen

Es gibt zwei Arten von Chromosomen:


Autosomen, also Körperchromosomen, welche vielfältige Erbinformationen beinhalten. 


Gonosomen, auch Geschlechtschromosomen, welche das Geschlecht des Lebewesens bestimmen

Chromosomen befinden sich im Zellkern von Körper- und Geschlechtszellen. 

Finales Chromosom Quiz

Frage

Was sind Chromosomen?

Antwort anzeigen

Antwort

Chromosomen beschreiben die komprimierte Transportform der DNA. Sie beinhalten das Erbgut und damit sämtliche genetische Informationen.  

Frage anzeigen

Frage

Wie heisst der Prozess, bei dem die DNA zu einem Chromosom verdichtet wird?

Antwort anzeigen

Antwort

Kondensation

Frage anzeigen

Frage

Wie wird die Stelle genannt, an der die zwei Chromatiden des Chromosoms zusammengehalten werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Diese Stelle wird als Centromer bezeichnet. 

Frage anzeigen

Frage

Benenne diese Teile des Chromosoms: 

Antwort anzeigen

Antwort

  1. Chromatid
  2. p-Arm
  3. Centromer
  4. q-Arm
  5. Telomer
Frage anzeigen

Frage

Welche Arten des Centromers existieren?

Antwort anzeigen

Antwort

Frage anzeigen

Frage

Worin liegt die Funktion der Telomere?

Antwort anzeigen

Antwort

Telomere schützen das Chromosom vor Schäden und spielen eine wichtige Rolle im Alterungsprozess.

Frage anzeigen

Frage

Wie setzt sich ein Nukleotid zusammen?

Antwort anzeigen

Antwort

Frage anzeigen

Frage

Welche organischen Basen bilden Paare?

Antwort anzeigen

Antwort

Adenin und Thymin

Guanin und Cytosin

Frage anzeigen

Frage

Wie ist der DNA-Strang aufgebaut?

Antwort anzeigen

Antwort

Drei Nukleotide bilden ein Triplett. Diese Tripletts wiederum verbinden sich mithilfe von Wasserstoffbrückenbindungen an den organischen Basen zu einem DNA-Strang. 

Frage anzeigen

Frage

Wie heißt der Proteinkomplex, um den sich die DNA während der Kondensation wickelt?

Antwort anzeigen

Antwort

Er wird als Histon-Oktamer bezeichnet. 

Frage anzeigen

Frage

Spielt die Anzahl von Chromosomen pro Zelle eine Rolle bei der Komplexität des Organismus?

Antwort anzeigen

Antwort

Nein - die Anzahl an Chromosomen ist egal. 

Frage anzeigen

Frage

Wie setzt sich der menschliche Chromosomensatz zusammen?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Mensch verfügt über 46 Chromosomen - 44 Körperchromosomen (Autosomen) und 2 Geschlechtschromosomen (Gonosomen)

Frage anzeigen

Frage

Wozu dient ein Karyogramm?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Karyogramm dient der Darstellung des Chromosomensatzes eines Organismus. Dazu werden die Chromosomen extrahiert, angefärbt und angeordnet. 

Frage anzeigen

Frage

Wie läuft die Vererbung des Geschlechts ab?

Antwort anzeigen

Antwort

Mutter und Vater geben jeweils ein Geschlechtschromosom an das Kind weiter. Bei der Mutter ist das in jedem Falle ein X-Chromosom, da gesunde Frauen 2 X-Chromosomen besitzen. Der Vater kann entweder ein X- oder ein Y-Chromosom weitergeben, da gesunde Männer über ein X- und ein Y-Chromosom verfügen. 

Frage anzeigen

Frage

Wie werden Veränderungen in der Anzahl oder Gestalt von Chromosomen genannt?

Antwort anzeigen

Antwort

Solche Veränderungen des Erbgutes nennt man Chromosomenaberrationen oder Chromosomenanomalien. 

Frage anzeigen
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