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DNA-Strukturen

Chromosom

Das Chromosom kennt man als Zellorganell länger als die DNA, weil es schon sehr frühzeitig gelungen war, die verschiedenen Zellbestandteile durch differenzielle Färbemethoden sichtbar zu machen. Besonders die hochorganisierte DNA während der Zellteilung (Mitose) erlaubte es, mit Farbstoffen wie Fuchsin/Schwefliger Säure das Chromatin spezifisch anzufärben. Aus dieser Eigenschaft heraus entstand auch der Name, der zunächst nichts anderes bedeutet als "anfärbbarer Zellbaustein". Erst später gelang es, die Ursache der Anfärbung mit den Eigenschaften der DNA, in diesem Falle mit der spezifischen Interkalation in Verbindung zu bringen. Auch das biotechnologisch wichtige Ethidiumbromid interkaliert in die DNA (vgl. Lerneinheit "Gentechnische Methoden").

Abb.1
Makroskopischer Aufbau eines Chromosoms

Die DNA der Bakterienzelle ist vergleichsweise wenig organisiert. Sie soll deshalb hier nicht mehr behandelt werden. Die DNA der Eukaryonten ist dagegen offenbar nach sehr genau festgelegten Mustern organisiert. Abschnitte, die nicht exprimiert werden, liegen hochkondensiert und damit unzugänglich vor. Es gelang durch milde DNAse-Behandlung derartige Bereiche zu isolieren. Aus Kristall-Analysen kennt man die Struktur solcher mit Histonen assoziierten Bereiche sehr gut, ohne zu wissen, welche Signale die Ausbildung dieser Struktur auslösen. Eine solche Struktur ist in dem folgenden Histon-Tutorial gezeigt.

Tutorial Histone

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Abb.2
Histone, mit DNA zum Nucleosom zusammengelagert

Es ist außerdem noch nicht geklärt, wie die Abschnitte der DNA, die aktiviert werden sollen, erkannt werden. Man nimmt jedoch an, dass die Erkennungssequenzen zur Aktivierung innerhalb von ausdifferenzierten Zellen stets in den Zwischenbereichen der Histon-assoziierten Domänen zu finden sind.

Für Zellen, die sich noch teilen, gilt, dass der Verpackungsgrad je nach Phase des Zellzyklus unterschiedlich ist. Der Verpackungsgrad hängt eng mit der Genaktivität zusammen, wobei zu bemerken ist, dass während der Metaphase keine mRNA-Produktion stattfindet. Die höchste Kondensation findet man in der Metaphase. Aus diesem Grund werden Untersuchungen an Chromosomen auch an Metaphase-Chromosomen durchgeführt. Ein Metaphase-Chromosom besteht aus zwei genetisch identischen Chromatiden, die über das Centromer miteinander verbunden sind. Weitere wichtige Strukturen eines Chromosoms sind die Telomere und das charakteristische Bandenmuster, die in den folgenden Abschnitten einzeln vorgestellt werden.

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