am Puls Biologie 8, Schulbuch

13 Grundlagen der Genetik Prokaryoten haben ringförmige DNA-Moleküle Viele Erkenntnisse über die DNA entstammen Versuchen mit Bakterien. Bei diesen Prokaryoten ist die DNA ein ringförmiges Molekül. Beim Bak- terium Escherichia coli ist dieses Molekül ca. 1mm lang und trägt etwa 3000 Gene. Die DNA liegt frei in der Zelle (bei Prokaryoten gibt es ja keinen Zellkern), der Bereich rund um die DNA wird als Nukleoid bezeichnet. Neben dem ringförmigen DNA-Molekül, das im Wesentlichen das Erbgut eines jeden Prokaryo- ten darstellt, finden sich in den Zellen oft kleine- re DNA-Ringe mit bis zu zwei Dutzend Genen. Diese kleinen Ringe werden als Plasmide be- zeichnet und spielen eine wesentliche Rolle bei der Übertragung von Eigenschaften zwischen Bakterienzellen: Durch Plasmide können DNA-­ Abschnitte, also Gene, zwischen Bakterien ausge- tauscht werden, und damit Eigenschaften über- tragen werden (siehe S. 12). In der Prozyte liegt die DNA als ring- förmiges Molekül vor, daneben gibt es kleinere DNA-Ringe, die Plasmide Glossar 1 Chromatin vom Griech. chromos für Farbe. 2 Chromosom vom Griech. soma für Körper. 3 Karyogramm : vom Griechischen karyon für Kern und gramma für Geschriebenes Aufgabe W 1 Unsichtbare Chromosomen: Chromo- somen sind in den Zellen nur zeitweise licht- mikroskopisch sichtbar. Erkläre diesen Be- fund. Basiskonzept Struktur und Funktion: Die Packung eines langen Fadens zu einem kompak- ten Körper wird durch mehrfaches Aufwickeln erreicht. Dadurch kann die enorme Länge auf einen winzigen Bereich gepackt werden, ohne dass ein wirres Knäuel entsteht. Bei Eukaryoten ist die DNA mit Proteinen zu Chromatin verpackt Bei Eukaryoten ist die DNA linear (im Gegensatz zur ringförmigen DNA der Prokaryoten). Außer- dem ist sie viel umfangreicher: Die DNA jeder deiner Zellen ist etwa 1,8 m lang! Stell dir zur Ver- anschaulichung Zwirnfäden vor, die 18 km lang sind und in einem Tischtennisball untergebracht werden müssen. Und zwar nicht irgendwie: Die DNA muss so gepackt sein, dass jede Stelle jeder- zeit abgelesen und kopiert werden kann. Das Chromatin stellt also einen Zustand dar, in dem die Gene abgelesen und kopiert werden können. Im Lichtmikroskop kann man DNA nur bei geeigneter Färbung sehen: Diese gefärbte Subs- tanz im Zellkern wird als Chromatin 1 bezeichnet. Es besteht aus etwa 40% DNA, 40% Histonen (Verpackungsproteine), 15% anderen Proteinen und 5% RNA (S. 14). Die DNA ist um Histone ge- wickelt, ähnlich wie bei Haaren um Lockenwick- ler ( k Abb. 4). Sie können verschoben werden, um unterschiedliche DNA-Abschnitte zum Ablesen freizugeben. Wird die Nukleosomenkette weiter aufgewickelt und spiralisiert, entsteht schließlich die dichteste Form des Chromatins, die lichtmikroskopisch sichtbaren Chromosomen 2 . Diese können wäh- rend der Mitose im Mikroskop fotografiert und am Bildschirm der Größe nach angeordnet wer- den. Ein solches Bild aller Chromosomen einer Zelle nennt man Karyogramm 3 . Jede Zelle einer Organismen-Art besitzt die gleichen Chromoso- men – die Anzahl und der Bau der Chromosomen sind also artspezifisch. Jede menschliche Zelle enthält beispielsweise 46 Chromosomen (Aus- nahme: Geschlechtszellen, k S. 49) Im Normalfall liegt die DNA nicht in ihrer dich- testen Packform vor, also nicht als Chromoso- men. Diese stellen die Transportform dar, die bei der Zellteilung sinnvoll ist. Nukleoso- menkette „Zwei-Chromatid-Chromosom“: aus 2 Schwesterchromatiden nm = Nanometer = 10 9 m 2 nm 300 nm 1 400 nm = 1,4 µm 10 nm Nukleosom 30 nm Histon Centromer Die Nukleosomenkette wird weiter aufgewickelt. Spiralisierung führt zu weiteren Verdichtungen. Das DNA-Molekül ist um Histone gewickelt. So ent- stehen die Nukleosomen. Vor der Verpackung wurde die DNA repli- ziert, die Doppelhelix besteht jeweils aus einem alten und einem neuen Einzelstrang. Mitose G 0 G 2 S G 1 DNA-Doppelhelix Abb. 4: Die DNA der Eukaryoten ist während der Kernteilung zu Chromosomen verpackt. Die DNA der Euzyte unterscheidet sich von der DNA der Prozyte: Sie ist viel länger, sie ist linear (nicht ringförmig), und sie ist um Histo- ne zu Chromatin ge- wickelt (in Prozyten gibt es kein Chroma- tin). Struktur und Funktion Nur zu Prüfzwecken – Eigentum d s Verlags öbv