Zellkern – vom Chromatin zu den Chromosomen

Hallo. Ich bin Katja und in diesem Video werde ich den Aufbau des Zellkerns und der Chromosomen erklären. Wenn ihr den verstanden habt, könnt ihr euch besser vorstellen, wie die Zellteilung funktioniert. Betrachtet man eine Zelle im Mikroskop, ist der Zellkern meist das auffälligste Zellorganell. Im 1. Teil des Videos werden wir uns mit dem Zellkern beschäftigen. Der Zellkern enthält die extrem langen DNA-Moleküle und ist von 2 Membranen umschlossen. Das Innere des Zellkerns ist durch Kernporen mit dem Zytosol verbunden. Durch die Kernporen werden ausgewählte Moleküle aktiv zwischen Zytosol und Zellkern hin- und hertransportiert. Aktiv bedeutet, dass dazu Energie notwendig ist. Ausgeschleust werden zum Beispiel m-RNA-Moleküle, in den Kern hinein müssen Proteine, die im Zytosol produziert, aber im Kern gebraucht werden, wie zum Beispiel Proteine für die Kernlamina oder Histone. Dazu später mehr. Die innere Membran des Zellkerns enthält Proteine, die als Bindestelle für Chromosomen und die Kernlamina dienen. Die Kernlamina ist ein Netz aus Proteinfilamenten, das die Innenseite dieser Membran auskleidet und die Kernhülle strukturell stützt. Die äußere Membran ist ähnlich aufgebaut wie das endoplasmatische Reticulum und steht mit ihm in Verbindung. Kommen wir zu den Chromosomen. Diese liegen die meiste Zeit im Leben einer Zelle nicht als kondensierte Chromosomen vor, wie wir sie aus den Lehrbüchern kennen, sondern sind aufgelockert, sodass die Transkription stattfinden kann. Damit die Chromosomen bei der Zellteilung genau aufgeteilt werden können, werden die riesigen DNA-Moleküle vor der Teilung kompakter, sodass sie mikroskopisch sichtbar werden. Kommen wir zur Verpackung der DNA. Der DNA-Faden, aus dem jedes Chromatid besteht, ist mehrere Zentimeter lang. Damit sich die DNA-Fäden bei der Zellteilung nicht verheddern, müssen sie gut verpackt werden. Dazu wickelt sich der DNA-Strang jeweils 2-mal um einen Histonkomplex. Diese Kette aus DNA, Histonen und anderen Proteinen nennt man Chromatin. Diese Chromatinfaser wird spiralförmig aufgewickelt, dann in Schlaufen gelegt und noch einmal aufgewickelt. Auf diese Weise wird der DNA-Faden dicht verpackt und es entsteht ein mikroskopisch sichtbares Chromosom. Der Chromosomensatz des Menschen, der in den meisten Körperzellen enthalten ist, besteht aus 22 Autosomenpaaren und 2 Geschlechtschromosomen, den Gonosomen. Jeweils ein Chromosom von jedem Paar stammt von der Mutter und eins vom Vater. Diese Paare werden homologe Chromosomen genannt. "Homolog" kommt aus dem Griechischen und heißt übereinstimmend. Bei Männern sind die Geschlechtschromosomen nicht homolog, sondern unterschiedlich. Männer haben ein X- und ein Y-Chromosom, Frauen haben 2 X-Chromosomen. Bei den homologen Chromosomen tragen beide Chromosomen jeden Paares grundsätzlich die gleichen Gene. Man spricht daher von einem doppelten oder diploiden Chromosomensatz. Allerdings gibt es kleine Unterschiede in den Sequenzen der Chromosomenpaare, da sich die Erbinformationen von Vater und Mutter leicht unterscheiden. Wenn sich eine Zelle teilt, muss an den Tochterzellen am Ende genau die gleiche genetische Information vorhanden sein, wie in der Ausgangszelle. Vor der Zellteilung muss die DNA also verdoppelt werden. Diesen Vorgang nennt man Replikation der DNA. Schauen wir uns das Chromosom etwas genauer an. Damit die Verdoppelung der DNA nicht zu lange dauert, hat jedes Chromosom mehrere Replikationsstartpunkte. Nach der Replikation setzt sich ein Chromosom aus 2 Chromatiden zusammen, die über ihre gesamte Länge miteinander verbunden sind. Diese beiden Chromatiden werden auch Schwesterchromatiden genannt. Beide Chromatiden eines Chromosoms bestehen aus jeweils einem DNA-Faden mit der exakt gleichen Aminosäuresequenz. Die Centromerregion ist ein eingeschnürter Bereich, an der sich während der Mitose eine spezielle Proteinstruktur bildet: der Kinetochor. Am Kinetochor setzen die Spindelfasern an, um die Chromatiden zu den Spindelpolen zu ziehen. An den Enden der Chromosomen befinden sich spezielle DNA-Sequenzen: die Telomere. Telomer kommt aus dem Griechischen, télos heißt Ende und méros heißt Teil. Die Telomere spielen eine Rolle bei der Replikation der DNA und bei der Alterung der Zelle. Die DNA-Faser ist während der Mitose sehr fest verpackt. Wenn die Zelle nach der Teilung ihre normale Aufgabe wieder erfüllen soll, müssen neue Proteine produziert werden. Dazu müssen Gene von der DNA in m-RNA abgeschrieben werden - die sogenannte Transkription. In dem hochkondensierten Zustand, in dem die DNA bei der Zellteilung vorliegt, können die Enzyme, wie die RNA-Polymerase, die zur Transkription notwendig ist, nicht an die DNA-Faser gelangen. Deshalb wird die Chromosomenstruktur nach der Teilung wieder aufgelockert. So, jetzt noch mal wichtige Begriffe in der Zusammenfassung: Bestandteile des Zellkerns sind die innere und die äußere Membran, die Kernporen und die Kernlamina. Ein Chromosom besteht aus 2 Chromatiden und der menschliche Chromosomensatz besteht aus 23 Chromosomenpaaren. Der DNA-Faden wird mithilfe von Histonkomplexen verpackt und es gibt auf ihm mehrere Replikationsstartpunkte, an denen die Verdoppelung der DNA beginnt. In der Centromerregion bildet sich in der Mitose der Kinetochor, an dem die Spindelfasern ansetzen, und die Telomere spielen eine Rolle bei der Replikation der DNA und der Alterung der Zelle. So, erstmal bis hier hin. Wenn ihr Fragen habt, dann hinterlasst einen Kommentar. Tschüss und vielen Dank für das Zuschauen.