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Genomstruktur in Eu- und Prokaryonten

Das Chromosom

Schon lange vor der Entdeckung der DNA war das Chromosom als Zellbestandteil bekannt, da es durch bestimmte Methoden sichtbar gemacht werden konnte. Während der Zellteilung (Mitose) wird die normalerweise lockere DNA so stark verdichtet, dass sich die Chromosomen mit Farbstoffen wie Fuchsin/Schweflige Säure spezifisch anfärben lassen. Aus dieser Eigenschaft heraus entstand auch der Name, der zunächst nichts anderes bedeutet als "anfärbbarer Zellbaustein".

Abb.1
Makroskopischer Aufbau eines Chromosoms

Die DNA der Bakterienzelle ist vergleichsweise wenig organisiert. Das einzige Chromosom der Prokaryonten liegt frei im Cytoplasma vor und ist lediglich mit seiner Replikationsstartstelle (Replikationsursprung) an der Zellmembran angeheftet. Die sehr viel größere DNA der Eukaryonten ist dagegen offenbar nach sehr genau festgelegten Mustern organisiert. Diese DNA liegt nicht gestreckt im Zellkern, sondern ist um kugelförmige Proteinkomplexe aus Histonen gewickelt (Chromatin).

Die Notwendigkeit einer sehr dichten Verpackung ergibt sich schon allein aus der Größe des eukaryontischen Genoms: Der DNA-Doppelstrang eines Menschen ist mit seinen 3109 Basenpaaren (diese Zahl gilt für den halben Chromosomensatz, also für 23 Chromosomen) insgesamt etwa einen Meter lang! Die Proteinkomplexe, die für diese organisierte Verpackung verantwortlich sind, bestehen vorwiegend aus fünf basischen Proteinen, den Histonen. Die Animation zeigt, wie der lange DNA-Faden zunächst um die Histonkomplexe gewickelt wird und sich diese Nucleosomen dann zusammenlagern. Über eine weitere Auffaltung des Fadens entsteht letztendlich die bekannte Struktur eines Mitose-Chromosoms.

Abb.2
3D-Animation zum Aufbau des Chromatins
© Wiley-VCH
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