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Das Centromer ist eine kleine, aber sehr wichtige Struktur in den Chromosomen, das eine zentrale Rolle bei der Sicherstellung der genetischen Stabilität in eukaryotischen Organismen spielt. Durch die Regulierung der Chromosomenverteilung während der Zellteilung dient es der Verhinderung genetischer Störungen und ermöglicht die geordnete Vererbung des Erbguts. Bei Funktionsstörungen kommt es zu schwerwiegenden genetischen Krankheitsbildern und Fehlbildungen. Dieser Artikel beleuchtet die Anatomie, Struktur und Funktion des Centromers sowie seine Rolle bei Krankheiten und in der Evolution.
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Centromer – Definition
Das Centromer ist die Verbindungsstelle der Schwesterchromatiden und der Bereich eines Chromosoms in der Metaphase, der die beiden Chromatiden miteinander verbindet. Es teilt jedes Chromatid in zwei Arme mit oft unterschiedlichen Längen. Der Begriff “Centromer” stammt aus dem Altgriechischen und bedeutet “Mittelpunkt”, was darauf hindeutet, dass das Centromer sich in vielen Chromosomen mittig befindet.
Centromer – Anatomie und Struktur
Als Centromer bezeichnet man den Bereich eines Chromosoms, an dem die beiden Schwesterchromatiden, die während der DNA-Replikation entstehen, zusammengehalten werden. Man bezeichnet es auch oft als “Einschnürungsstelle” des Chromosoms, denn es handelt sich um eine meist schmale Region zwischen den langen und kurzen Armen des Chromosoms.
Das Zentromer unterteilt die Chromatiden in einen kurzen p-Arm und einen langen q-Arm. Je nach Lage unterteilt man Chromosome in:
- Submetazentrisch: Zentromer liegt nicht genau mittig, wodurch kurzer p-Arm und langer q-Arm deutlich erkennbar sind
- Metazentrisch: Zentromer liegt etwa mittig, wodurch p-Arm und q-Arm etwa gleich lang sind
- Akrozentrisch: Zentromer verbindet jeweils fast eines der Enden der beiden Schwesterchromatiden
Die Struktur des Centromers kann von Organismus zu Organismus variieren. Bei bestimmten Pflanzen und Pilzen sind die Centromere epigenetisch definiert, was bedeutet, dass nicht die DNA-Sequenz selbst, sondern spezielle Proteine die Funktion bestimmen. Besonders bei den Säugetieren sind Centromere sehr gut definiert und haben eine spezifische DNA-Sequenz. Diese DNA-Sequenz nennt sich alphasatellitische DNA.
Die DNA ist im Bereich des Centromers hochkondensiert. Am Centromer werden die Kinetochoren zusammengebaut, weshalb es auch oft als Ansatzpunkt der Spindel bezeichnet wird.
Die Funktion des Centromers wird nicht immer durch die DNA-Squenz bestimmt, sondern auch durch epigenetische Mechanismen. Das zentrale Protein CENP-A im Centromer ersetzt das herkömmliche Histon H3. Es markiert die DNA, um die Kinetochorenbildung zu steuern. Die epigenetische Regulation ist besonders wichtig für die Evolution.Epigenetik des Centromers
Centromer – Funktion
Das Centromer dient der ordnungsgemäßen Verteilung der Chromosomen während der Zellteilung und ist dafür von zentraler Bedeutung. Die Hauptfunktion ist die Verankerung der Kinetochoren. Diese verbinden die Chromosomen mit den Mikrotubuli des Zytoskeletts und sorgen für die korrekte Aufteilung der Chromosomen.
Bei der Mitose (der somatischen Zellen) und der Meiose (der Keimzellen) spielen die Kinetochoren und das Centromer eine entscheidende Rolle, indem sie die Chromosomenpaare in der Ebene der Metaphase ausrichten und die richtige Aufteilung auf die Tochterzellen gewährleisten.
Das Centromer ist ein Beispiel für die Evolution genomischer Strukturen. Auch wenn die allgemeine Funktion bei allen Eukaryoten ähnlich ist, weisen die spezifischen Sequenzen und Proteinkomplexe eine starke Veränderung auf. Die Vielfalt zeigt, dass das Centromer trotz der zentralen Bedeutung für die Zellteilung eine bemerkenswerte evolutionäre Anpassungsfähigkeit aufweist.
Neocentromere sind ein besonderes Beispiel für evolutionäre Variation. Sie entstehen manchmal an völlig neuen Stellen auf einem Chromosom auf und übernehmen die Funktion eines normalen Chromosoms. Dies zeigt, dass die Centromerposition flexibel ist und durch evolutionäre Zwänge veränderbar ist.Neocentromere
Centromer – Klinik und Krankheiten
Eine fehlerhafte Funktion des Centromers kann zu schwerwiegenden Folgen führen. Dazu gehören die Chromosomenfehlverteilungen, wodurch Aneuploidien, also abnorme Chromosomenzahlen enstehen. Dies führen zu genetischen Erkrankungen wie dem Down-Syndrom (Trisomie 21) oder einer Monosomie.
Außerdem können Defekte der Centromerfunktion bei der Entstehung von Krebs eine Rolle spielen. Die unkontrollierte Zellteilung, die bei vielen Krebsarten auftritt, wird durch Fehler der Chromosomenverteilung verstärkt. Verstärkt werden kann diese Instabilität auch durch eine fehlerhafte Regulation.
Häufige Fragen
- Was ist das Centromer und welche Funktion hat es?
- Wo befindet sich das Centromer auf einem Chromosom?
- Welche Rolle spielt das Centromer in der Mitose?
- Was passiert, wenn das Centromer nicht richtig funktioniert?
- Was ist der Unterschied zwischen einem Centromer und einem Kinetochor?
Das Centromer ist der zentrale Punkt auf einem Chromosom, an dem die beiden Schwesterchromatiden miteinander verbunden sind. Es spielt eine entscheidende Rolle bei der Zellteilung (Mitose und Meiose), indem es die Kinetochoren verankert, an welche die Spindelfasern ansetzen. Es wird somit sichergestellt, dass die Chromosomen korrekt auf die Tochterzellen verteilt werden.
Das Centromer befindet sich in der Mitte oder etwas abseits der Mitte eines Chromosoms, wodurch es in zwei Arme unterteilt wird. Es wird in einen kurzen Arm (p-Arm) und einen langen Arm (q-Arm) unterteilt.
In der Mitose ist das Centromer entscheidend, um sicherzustellen, dass sich die Chromosomen gleichmäßig auf die beiden Tochterzellen verteilen. Die Kinetochoren bilden sich am Centromer und binden an die Spindelfasern, welche die Chromatiden trennen und zum entgegengesetzten Pol der Zelle ziehen.
Funktioniert das Centromer nicht richtig, kommt es zu Fehlern in der Chromosomenverteilung. Es kann zu schwerwiegenden genetischen Einschränkungen kommen, wie die Aneuploidien. Bei einer Aneuploidie handelt es sich um eine abnormale Chromosomenzahl, wodurch es zum Beispiel zu Krankheitsbildern wie dem Down-Syndrom (Trisomie 21) kommt. Zudem können fehlerhafte Centromere zur Entstehung von Krebs beitragen, da die Chromosomen in Tumorzellen oft instabil sind.
Am Centromer sind die Schwesterchromatiden verbunden, während der Kinetochor ein Proteinkomplex ist, der sich auf dem Centromer bildet. Er dient als Andockstelle für die Spindelfasern, die die Chromatiden während der Zellteilung auseinanderziehen.
- Rassow et al.: Duale Reihe Biochemie. 2. Auflage Thieme 2008
- Heinrich et al. (Hrsg.): Löffler/Petrides: Biochemie und Pathobiochemie.
- Aufbau von DNA und RNA, https://next.amboss.com/... (Abrufdatum 19.09.2024)
