Chromosomen

Aneinandergereiht wäre die DNA einer einzigen menschlichen Zelle etwa 2 Meter lang.

Zwei Meter in einem Zellkern

Ein typischer Zellkern misst nur wenige Tausendstel Millimeter, und doch ist die DNA darin riesig. Das kannst du mit der letzten Lektion ausrechnen. Ein Satz menschlicher DNA hat etwa 3 Milliarden Basenpaare, und jedes Paar trägt 0.34 nm bei. Ein Satz ist also etwa 3 000 000 000 × 0.34 nm lang, rund 1 Meter. Die meisten Körperzellen tragen zwei Sätze, einen von jedem Elternteil, zusammen also etwa 2 Meter. Das NHGRI spricht von etwa 6 Fuß. Das in einem Zellkern unterzubringen ist ein Packproblem, und Chromosomen sind die Lösung.

Ein Chromosom ist ein langes DNA-Molekül zusammen mit Proteinen, die es in Form halten. Die DNA ist um spulenartige Proteine gewickelt, die Histone, ein bisschen wie Garn auf Spulen. OpenStax beschreibt die nächsten Stufen: Die „Perlenkette“ aus DNA und Histonen faltet sich zu einer etwa 30 nm breiten Faser, und bevor sich eine Zelle teilt, wird die Faser weiter gefaltet, bis jedes Chromosom am dichtesten gepackt und etwa 700 nm breit ist. Erst dann sind Chromosomen dick genug, um sie im gewöhnlichen Lichtmikroskop zu sehen. Der Name kommt aus dem Griechischen und bedeutet Farbe und Körper, weil Chromosomen bestimmte Farbstoffe stark aufnehmen.

23 Paare

Der Mensch hat 23 Chromosomenpaare, insgesamt 46. Von jedem Paar stammt ein Chromosom von der Mutter und das andere vom Vater. Deshalb erben Kinder manche Merkmale von jedem Elternteil. Die Paare 1 bis 22 heißen Autosomen und sind ungefähr vom größten zum kleinsten nummeriert. Das 23. Paar sind die Geschlechtschromosomen. Das NHGRI beschreibt das übliche Muster: Frauen haben zwei X-Chromosomen, Männer ein X und ein Y. Das Y ist viel kürzer als das X und trägt weit weniger Gene.

Jedes Chromosom hat eine eingeschnürte Stelle, das Zentromer. Es liegt meist nicht genau in der Mitte, auch wenn der Name das vermuten lässt. Vor der Zellteilung wird jedes Chromosom kopiert, und die beiden identischen Kopien, die Schwesterchromatiden, bleiben am Zentromer verbunden, bis sie in die beiden neuen Zellen gezogen werden. An den Enden jedes Chromosoms sitzen die Telomere, sich wiederholende DNA-Abschnitte, die das NHGRI mit den Plastikkappen an Schnürsenkeln vergleicht. In vielen Zelltypen werden die Telomere bei jeder Teilung etwas kürzer.

Halbieren und neu mischen

Eizellen und Spermien sind die Ausnahme von „zwei von jedem“. Diese Fortpflanzungszellen, die Keimzellen, tragen von jedem Chromosom nur eine Kopie, insgesamt 23. Wenn sich Eizelle und Spermium vereinigen, hat die neue Zelle wieder 46. Welches Chromosom eines Paars in eine Keimzelle gelangt, ist Zufall und wird für jedes Paar einzeln entschieden. Bei 23 Paaren kann ein Mensch 2 hoch 23, also 2²³ = 8 388 608 verschiedene Kombinationen ganzer Chromosomen bilden, und dabei ist der Austausch von Stücken zwischen Partnerchromosomen noch gar nicht mitgezählt. Das ist ein wichtiger Grund, warum Geschwister nicht gleich sind.

Die Chromosomenzahl ist für jede Art festgelegt. Das NHGRI nennt eine Fruchtfliege mit 4 Paaren, eine Reispflanze mit 12 und einen Hund mit 39. Hat ein Mensch ein Chromosom zu viel oder zu wenig, ist die Entwicklung oft beeinträchtigt. Das Down-Syndrom zum Beispiel entsteht, wenn ein Mensch drei Kopien von Chromosom 21 statt zwei hat. Fragen zu den eigenen Chromosomen gehören zu einer Ärztin, einem Arzt oder einer genetischen Beratung; diese Lektion bietet allgemeine Informationen.