Chromatid

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 2. November 2016
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Chromatide sind ein Bestandteil der Chromosomen. Sie enthalten einen DNA-Doppelstrang und spielen für die Mitose und Meiose eine Rolle. Mit Fehlern bei der Abteilung von Chromatiden und Chromosomen sind Erkrankungen wie das Down-Syndrom assoziiert.

Inhaltsverzeichnis

Was ist ein Chromatid?

Lebewesen mit zellkernhaltigen Zellen werden auch Eukaryoten genannt. Ihre Gene und Erbinformationen sitzen in Chromosomen. Diese Makromolekülkomplexe sind in einen Mantel aus Proteinen verpackt. Der Komplex aus DNA und Proteinen wird auch als Chromatid bezeichnet.

Jeder Chromatid enthält einen Doppelstrang DNA und die zugehörigen Proteine. Abhängig von der Zellzyklusphase der Zelle entspricht ein Chromosom entweder genau einem oder zwei Chromatiden. Chromatide sind somit die identischen Längshälften von Metaphase-Chromosomen. Die Längshälften sind durch das sogenannte Centromer vernetzt.

In der Meiose findet die zweite meiotische Teilung statt. Dabei trennen sich die Spalthälften der Zwei-Chromatid-Chromosome. Dabei entstehen Chromosomen mit nur noch einem Chromatid, die auch als Ein-Chromatid-Chromosomen bekannt sind. Die Veränderungen des Chromatids während des Zellzyklus spielen für die Zellteilung eine entscheidende Rolle.

Anatomie & Aufbau

Jedes menschliche Chromosom besteht aus zwei verschiedenen Hälften. Im einfachen Fall enthält es eine DNA-Doppelhelix, die auch als DNA-Molekül bekannt ist.

In Wirklichkeit handelt es sich beim DNA-Molekül um zwei Einzelstrang-Moleküle. An den Doppelstrang der DNA sind Histone und weitere Proteine angelagert. Die DNA, Histone und Proteine bilden als Gesamtpaket das Chromatin. Aus dem Doppelstrang entsteht mit der fortschreitenden Anlagerung von Proteinen das Chromatid. So wird das Chromosom unmittelbar nach einer Kernteilung zu einem Ein-Chromatid-Chromosom.

Bei jedem Zellwachstum mit dem Ziel der Zellteilung muss sich im Zellzyklus irgendwann die DNA verdoppeln, damit die Tochterkerne je eine Kopie des ganzen Erbguts enthalten. Nach der Verdopplung verfügt das Chromosom über einen identischen DNA-Doppelstrang, der räumlich getrennt und einzeln von Proteinen ummantelt wird. So entstehen Schwester-Chromatiden oder Zwei-Chromatid-Chromosome.

Funktion & Aufgaben

Die Kernteilung wird auch als Mitose bezeichnet. Sie findet an den zwei identischen Schwester-Chromatiden eines Chromosoms statt, die je parallel zueinander verlaufen und durch eine dünne Lücke voneinander getrennt sind. Am Centromer ist das Chromosom in diesem Moment des Zellzyklus am schmälsten, aber verbindet die Schwester-Chromatiden noch immer miteinander.

Während des Übergangs von der mitotischen Metaphase zur mitotischen Anaphase trennen sich die Schwester-Chromatiden vollständig voneinander. So entstehen zwei Tochterchromosomen, die sich je auf einen neu entstehenden Zellkern verteilen. Die Chromosomen in den neu entstandenen Zellkernen entsprechen so wieder einem einzigen Chromatid. Das Chromatid enthält also immer nur einen Doppelstrang DNA. Ein Chromosom kann dagegen abhängig von der Phase des Zellzyklus auch zwei DNA-Doppelstränge und somit bis zu zwei Chromatide enthalten. Eine Ausnahme bilden diesbezüglich die Polytänchromosomen, da sie mehr als tausend DNA-Doppelstränge umfassen können. Die Chromatiden werden durch ihren Centromer in zwei Arme aufgeteilt.

Abhängig von der Centromerposition ist von metazentrischen, akrozentrischen oder submetazentrischen Chromosomen die Rede. Erstere tragen den Centromer in der Mitte. Akrozentrische Chromosomen tragen ihn am am Ende, wobei der kürzere Arm äußerst klein ausfällt. Beim Menschen ist das zum Beispiel an den Chromosomen 13, 14, 15, 21, 22 und am Y-Chromosom der Fall. Submetazentrischen Chromosomen tragen den Centromer zwischen der Mitte und dem Ende. Ihr kürzerer Arm heißt p-Arm. Ihr längerer Arm ist der q-Arm.

Die Chromosomenenden werden auch Telomere genannt und enthalten eine äußerst kurze und identisch wiederholte Sequenz der DNA, die beim Menschen TTAGGG entspricht. An dieser Stelle verkürzen sich die Chromosomen mit jeder Verdopplung. Beim Menschen findet sich in den kurzen Arme akrozentrischer Chromosome das Genmaterial der ribosomalen RNA. Wenn sich Zellen nicht weiter teilen und die G0-Phase erreichen, bleiben sie mit ihrem Chromatid identisch. Wenn eine weitere Teilung angestrebt ist, wachsen die Chromosomen in der G1-Phase. In der S-Phase verdoppelt sich die DNA und der DNA-Doppelstrang liegt zweifach vor. Die so entstandenen Schwesterchromatide liegen in der Meiose in direkter Nachbarschaft zum homologen Chromosom des jeweils anderen Elternteils vor.

So kann sich ein Schwesterchromatidaustausch ereignen, der die Chromatiden auf derselben Höhe abbrechen lässt und mit Teilen des homologen Chromosoms vertauscht. Diese Prozesse sind als Crossing Over oder Rekombination bekannt. In der Prophase der Mitose kommt es zu einer Kondensierung der Chromosomen. Die Fäden der Schwesterchromatiden werden entwirrt und liegen jetzt nebeneinander. In der darauffolgenden Metaphase bleiben die Chromosomen als Zwei-Chromatid-Chromosome. In der Anaphase werden sie getrennt, indem der Spindelapparat die Chromatiden in entgegengesetzte Richtungen zieht.

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Krankheiten

Bei den Teilungsprozessen am Chromatid kann es zu Fehlern kommen. Diese Fehler rufen unterschiedliche Krankheiten hervor. Die mit bekannteste solcher Erkrankungen ist das Down-Syndrom, das auch als Trisomie-21 bekannt ist. Die Grundlage dieser Erkrankung ist eine Chromosomenschädigung.

In mehr als 90 Prozent der Fälle liegt die Schädigung unabhängig von Erbkrankheiten vor. Etwa eines von 700 Neugeborenen leidet an der Trisomie 21. Bei dieser Erkrankung hat sich das Chromosom 21 nicht verdoppelt, sondern verdreifacht. So entstehen zusätzliche Chromosomen oder Chromosomenabschnitte. Statt 46 Chromosomen liegen bei Trisomie-Betroffenen 47 Chromosomen vor. Solcherlei Chromosomenfehler hängen mit einer fehlenden Abtrennung von Chromosomen zusammen. Während der Bildung und Reifung der Spermien und der Eizellen wurde ein Chromosom nicht abgeteilt. Die Ursache dieser Nichttrennung oder Non-Disjunction ist bislang nicht geklärt.

Auch beim Crossing-Over oder der Rekombination der homologen Schwesterchromatide kann es zu Fehlern kommen, die Missbildungen oder andere pathologische Auffälligkeiten auslösen können. Entweder liegen Chromosomen bei einem solchen Fehler in einer höheren Anzahl vor oder sie liegen in einer geringeren Anzahl vor, die manchmal sogar die Überlebensfähigkeit des Embryos einschränkt. In anderen Fällen werden die Chromosomenstücke fehlerhaft zusammengesetzt und ergeben so nutzlose Ketten.

Das kann zum Beispiel durch eine Insertion von bestimmten Chromosomenstücken an der falschen Stelle der Fall sein. Von einer Deletion ist dagegen die Rede, wenn ein Chromosomenstück vollständig gelöscht wird und verloren geht. Abhängig von der Lokalisation der Deletion kann auch dieses Phänomen die Lebensfähigkeit beeinträchtigen.

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