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Chromosomenanomalien beim Menschen - Referat
Beim Menschen können verschiedene Anomalien in der Anzahl oder Struktur der Chromosomen auftreten. Demnach gibt es numerische und strukturelle Chromosomenanomalien, die unterschiedliche Krankheiten und in manchen Fällen eine verminderte Lebensfähigkeit des Embryos zur Folge haben.
Eine numerische Chromosomenanomalie ist die Monosomie. Diese hat zum Beispiel das Turner-Syndrom zur Folge. Eine Monosomie entsteht, wenn sich die homologen Chromosomen oder die Chromatiden während der Meiose nicht teilen, was man Nondisjunction nennt. Dadurch verschmilzt anschließend eine Geschlechtszelle mit einer anderen Geschlechtszelle, die durch die Nondisjunction ein Chromosom zu wenig besitzt. In der diploiden Zygote ist dann ein Chromosom nur einfach anstatt doppelt vorhanden.
Zudem kann es zu einer Trisomie kommen, wofür die Krankheiten Down-Syndrom oder Pätau-Syndrom Beispiele sind. Eine Trisomie entsteht ebenfalls durch eine Nondisjunction. Anders als bei der Monosomie verschmilzt eine Geschlechtszelle hier jedoch mit einer anderen Geschlechtszelle, welche durch die Nondisunction ein überzähliges Chromosom aufweist. In der diploiden Zygote ist nun ein Chromosom dreifach vorhanden.
Es gibt außerdem unterschiedliche strukturelle Chromosomenanomalien. Dazu gehört zum Beispiel die Deletion, durch die das Katzenschrei-Syndrom bei Säuglingen auftreten kann. Bei dieser Anomalie fehlt ein Abschnitt bei einem Arm des Chromosoms beziehungsweise wird entfernt. Dies kann während der Reduktionsteilung der Meiose oder der Mitose vorkommen.
Bei der Duplikation, die ebenfalls, wie alle strukturellen Chromosomenanomalien, während der Reduktionsteilung der Meiose oder der Mitose entstehen kann, wird ein Abschnitt eines Arms des Chromosoms verdoppelt.
Bei einer Inversion, die oft eine Bluter-Erkrankung zur Folge hat, wird ein Abschnitt bei einem Arm des Chromosoms um 180 Grad gedreht.
Zudem gibt es noch die Translokation. Dabei werden Abschnitte von verschiedenen Chromosomen miteinander ausgetauscht. Bei einer reziproken Translokation werden die Abschnitte nicht unter willkürlichen Chromosomen ausgetauscht, sondern die Abschnitte nur zweier Chromosomen werden miteinander getauscht. Eine reziproke Translokation kann zum Beispiel eine Form von Leukämie hervorrufen.
Zudem kann es durch eine strukturelle Deletion zum genomic imprinting kommen, wodurch zum Beispiel das Prader-Willi-Syndrom oder das Angelman-Syndrom ausgelöst werden. Beim genomic imprinting werden Chromosomenabschnitte entfernt und anschließend erneut gesetzt. Dadurch sind nur das väterliche beziehungsweise mütterliche Chromosom eines homologen Chromosomenpaares aktiv. Durch die Deletion fehlt das eigentlich aktive Gen auf diesem Chromosom jedoch und ist nur auf dem durch Methylierung inaktiven Chromosom vorhanden.
Die MeioseDie Meiose, auch Reifeteilung genannt, beschreibt eine besondere Form der Kern- und Zellteilung, die in den zwei Schritten Meiose I und Meiose II abläuft und zur Bildung von vier Keimzellen beziehungsweise Gameten führt. Dabei wird der Chromosomensatz vom diploiden auf den haploiden Zustand reduziert, also halbiert. Im diploiden Chromosomensatz liegen in der Zelle 46 Chromosomen, also 23 homologe Chromosomenpaare vor, während im haploiden Zustand nur noch Ein-Chromatid-Chromosomen vorliegen.
Zuerst findet die erste Prophase statt. Es kommt zur Kondensation der DNA und dadurch zur Entstehung der Zwei-Chromatid-Chromosomen. Die homologen Chromosomenpaare paaren sich und bilden Tetraden. Die Bildung des Spindelapparats beginnt und es kommt zum Crossing over. Dabei könne bei der Tetraden-Bildung zwischen den Chromatide der homologen Chromosomenpaare Stücke ausgetauscht werden.
In der anschließenden ersten Metaphase erfolgt die Anordnung der Tetraden in der Äquatorialebene der Zelle. Die Spindelfasern des Spindelapparats, welche von den Zellpolen ausgehen, binden an den Kinetochoren der homologen Chromosomenpaare.
Während der ersten Anaphase wird jetzt der diploide Chromosomensatz getrennt, indem sich die Spindelfasern verkürzen und so die homologe Chromosomenpaare voneinander trennen. Die entstandenen Zwei-Chromatid-Chromosomen werden zu den Zellpolen gezogen.
In der ersten Telophase kommt es zur Teilung der Kerne und Zellen. Beim Mann liegen nun zwei gleichgroße, haploide Zellen vor. Bei der Frau liegen hingegen eine Zelle und ein kleineres Polkörperchen, welches kein Zellplasma erhält, vor. Zuletzt erfolgt die Cytokinese, also die Bildung einer Zellmembran zwischen den beiden neu entstandenen Zellen. Bis hier erfolgt die erste Reifeteilung der Meiose, auch Reduktionsteilung genannt.
Zwischen der ersten und der zweite Reifeteilung gibt es keine Interphase und die zweite Reifeteilung der Meiose läuft sehr ähnlich ab.
In der zweiten Prophase wird der Spindelapparat erneut gebildet.
Anschließend, während der zweite Metaphase, ordnen sich die Zwei-Chromatid-Chromosomen in der Äquatorialeben an und die Spindelfasern, welche erneut von den Zellpolen ausgehen, binden am Centromer.
Es kommt zur zweiten Anaphase und die Zwei-Chromatid-Chromosomen werden voneinander getrennt. Sie werden von den Spindelfasern als Ein-Chromatid-Chromosomen zu den gegenüberliegenden Zellpolen gezogen. Bei der Frau bildet sich ein weiteres Polkörperchen.
Als letzte Phase erfolgt die zweite Telophase, während der es zur Bildung neuer Kernmembranen um die nun haploide Sätze der Ein-Chromatid-Chromosomen kommt. Abschließend erfolgt die Spermien- beziehungsweise Eizellreifung, es kommt erneut zur Cytokinese und die Polkörperchen bei der Frau sterben ab.
Es liegen nun vier haploide Spermien oder eine haploide Eizelle vor.
Der ZellzyklusDie Mitose, welche auch Karyokinese oder Kernteilung genannt wird, bezeichnet die Teilung des Zellkerns, bei der zwei Tochterkerne mit identischer genetischer Information entstehen. Die Mitose findet nur bei Zellen eukaryotischer Lebewesen statt, da prokaryotische Lebewesen keinen Zellkern besitzen. Zudem geht sie meistens einer Teilung der gesamten Zelle voraus, aus der dann zwei Tochterzellen hervorgehen. Der Zellzyklus hingegen ist der periodische Ablauf von Ereignissen in einer Zelle zwischen zwei Zellteilungen, der in die Interphase und die Mitose unterteilt werden kann.
Die Interphase macht mit circa 90 Prozent den größten Teil des Zellzyklus aus. Sie kann in drei Phasen gegliedert werden. In der Gap1-Phase kommt es zum Wachstum der Zelle nach der Cytokinese der vorausgegangenen Zellteilung zur normalen Größe. Die Cytosolmenge in der Zelle nimmt zu und die Stoffwechselaktivität steigt an. Zudem erfolgen Kontrollmechanismen auf zellulärer Ebene. Während der anschließenden Synthese-Phase kommt es zur DNA-Replikation, also zur Verdopplung des Erbguts. Aus Ein-Chromatid-Chromosomen werden so Zwei-Chromatid-Chromosomen. In der Gap2-Phase setzt sich das Wachstum der Zelle dann fort, so dass ausreichend Zellmaterial für eine Teilung vorhanden ist. Die Zelle bereitet sich auf den Teilungszyklus vor.
Die Mitose macht ungefähr 10 Prozent des gesamten Zellzyklus aus. Sie lässt sich in vier unterschiedliche Phasen einteilen.
Zuerst erfolgt die Prophase. Dabei kondensiert das Chromatin, wodurch die Chromosomen sichtbar werden. Die Zwei-Chromatid-Chromosomen sind am Centromer miteinander verbunden. Nun teilt sich das Centrosom und wandert zu den gegenüberliegenden Zellpolen, wodurch der Spindelapparat ausgebildet wird. Nun löst sich die Membran des Zellkerns auf.
Während der Metaphase ordnen sich die Zwei-Chromatid-Chromosomen anschließend an die Prophase in der Äquatorialebene der Zelle an.
Es kommt zur Anaphase, während der sich die Zwei-Chromatid-Chromosomen am Centromer trennen und die entstandenen Ein-Chromatid-Chromosomen von den Spindelfasern durch deren Verkürzung zu de einander gegenüberliegenden Zellpolen gezogen werden.
Die letzte Phase der Mitose ist die Telophase. Es kommt zur Bildung einer Kernhülle und die Ein-Chromatid-Chromosomen entspiralisieren sich. Zudem löst sich der Spindelapparat auf.
Nach einer Teilung der gesamten Zelle erfolgt noch die Cytokinese, also die Bildung einer Zellmembran oder Zellwand zwischen den neu entstandenen Tochterzellen.
Auf diese Weise sind nun zwei diploide Tochterzellen entstanden, welche genetisch identisch sind und sich in ihrer Größe ähneln. Die Zellteilung dauert höchstens einige Stunden und findet in allen wachsenden Geweben statt.
Paläogenetik beim Menschen- Sequenzen der mitochondrialen DNA (abgekürzt mtDNA) werden untersucht, diese unterliegt nicht der DNA-Rekombination während der Meiose und wird nur durch die mütterliche Linie vererbt
- nur von der väterlichen Seite wird das Y-Chromosom an Söhne vererbt (große Teile des Y-Chromosoms haben keine Entsprechung auf dem X-Chromosom)
- diese Teile des menschlichen Genoms (mtDNA und Y-Chromosom) sind haploid
- Haplotyp: Varianten der Nukleotidsequenzen des haploiden Genotyps, diese Bereiche werden sehr stabil vererbt (da es zu keiner Rekombination kommt), Veränderungen gehen immer auf Mutationen zurück
- die Verteilung der mtDNA und Haplotypen gibt Hinweise auf den Ursprung zur Ausbreitung des modernen Menschen
- es gibt eine größere genetische Vielfalt in Afrika und eine sehr geringe genetische Variabilität bei den amerikanischen Ureinwohnern
- die Verringerung des Genpools der Populationen resultiert aus Flaschenhalseffekten im Verlauf der Wanderungen
- Berechnungen zeigten: mitochondriale Urmutter und Y-chromosomaler Urvater haben vor circa 150.000 Jahren in Afrika gelebt, was die „Out-of-Africa-Hypothese“ stützt
- Paläogenetik: beschäftigt sich mit der Gewinnung und Auswertung von DNA aus Fossilfunden (alte DNA)
- durch Berechnungen von Stammbäumen mithilfe von mtDNA und nukleärer DNA von Neandertalern zeigte sich, dass sich circa 1,5-2% nukleäre Neandertaler-DNA im Erbgut aller heutigen Menschen nicht-afrikanischer Herkunft befinden, dies ist der Fall durch Genfluss von Homo neanderthalensis zu Homo sapiens vor circa 50.000-60.000 Jahren, es kam zu einer Vermischung in Westasien und diese erfolgte vor der Trennung der eurasischen und der nach Osten wandernden Homo sapiens-Populationen
- je länger der Zeitpunkt des Genflusses zurückliegt, desto stärker sind die betreffenden Gen-abschnitte im Humangenom von Rekombinationsereignissen betroffen (Länge der DNA-Abschnitte im Genom der anderen Art nimmt demnach langsam ab)
- 2010: Fund von Fossilien eines Menschenvorfahren in der Denisova-Höhle (in Sibirien)
- DNA-Auswertung: Denisova-Menschen waren eine asiatische Schwesterngruppe archaischer Menschen und haben mit 1-6% deutlich Spuren im Erbgut heutiger Melanesier, Polynesier und Aborigines hinterlassen
- es fehlen jedoch Spuren von DNA von Denisova-Menschen im Erbgut heutiger Afrikaner und Eurasier
- wahrscheinlich vermischten sich die Vorfahren der Ozeanier (in Südost-Asien) mit den Denisova-Menschen, eventuell kam es auch weiter nördlich zu Vermischungen
- einzelne Gene der Denisova-Menschen scheinen für bestimmte Homo sapiens-Populationen Selektionsvorteile geboten zu haben (z. B. Genvarianten, die für die Aufnahme und die Verteilung von Fettgewebe bedeutend sind, bei den Inuit)
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