Als ruggesteun bij het begrijpen van de webpagina's over de celcyclus worden hier een aantal vaktermen en feiten die met chromosomen en chromatides samenhangen op een rijtje gezet:
Chromosomen en chromatiden komen voor als staaf of draadvormige structuren in de celkern van eukaryotische cellen. Prokaryoten hebben meestal slechts een enkele cirkelvormige chromosoom (we zullen er in deze webserie niet verder op ingaan). De naam chromosoom (uit het Grieks chroma = kleur en soma = lichaam) is oorspronkelijk afgeleid van het feit dat gedurende de celdeling chromosomen als kleurbare staafvormige lichamen waargenomen kunnen worden in een lichtmicroscoop.
Chromosomen en chromatiden zijn opgebouwd uit chromatine, dat voornamelijk bestaat uit extreem lange strengen DNA (Desoxyribonucleïnezuur) materiaal dat fungeert als de drager van genen en regulerende elementen. Daarnaast bevat chromatine Histonen (chromosoom-eiwitten) en andere eiwitten die betrokken zijn bij het pakken van de DNA strengen gedurende condensatie bij de celdeling (zie figuur E hieronder) en RNA in kleine hoeveelheden.
Zusterchromatiden (met de uitgang tiden), zijn de twee identieke (= precies gelijk) delen (Chromatiden), die door middel van replicatie uit een chromosoom ontstaan. (In de figuur hiernaast zijn dus de zusterchromatiden A1 en A2, maar ook het setje B1 en B2, precies gelijk aan elkaar, terwijl homologen A's en B's kleine verschillen vertonen). Die twee delen blijven chromatiden heten zolang ze via het centromeer met elkaar verbonden zijn; dat is dus het geval gedurende de hele S fase volgend op duplicatie van het DNA (replicatie). Die bindingsplaats is gedurende de mitose of meiose zichtbaar in de vorm van een insnoering. Gedurende de anafase in mitose en anafase II in meiose worden de twee zusterchromatiden bij het centromeer uit elkaar getrokken. Volgens gangbare definities wordt elke losse chromatide na scheiding van de chromatiden gedurende celdeling als een apart chromosoom beschouwd.
Chromosomen komen bij de meeste organismen in paren voor, de zogenaamde homologe chromosomen (homoloog = overeenkomstig). In tegenstelling tot de zusterchromatiden bestaan de homologe chromosomen uit twee verschillende kopiën van hetzelfde chromosoom; homologe chromosomen dragen weliswaar dezelfde genen, maar de twee kopiën van elk allel kunnen of gelijk aan elkaar zijn, of verschillend zijn.
Een enkel chromosoom bevat slechts één hele lange onvertakte dubbelstrengs DNA molecuul die de typische dubbel-helix structuur vertoont. Deze dubbelstrengs DNA is opgebouwd uit twee linten van afwisselend een fosfaatgroep en een desoxyribose groep die aan elkaar gekoppeld zijn door stikstofbasen (adenine, guanine, thymine en cytosine). Deze stikstofbasen vormen vaste paren (AT en CG). Van de beide complementaire (= elkaar aanvullend) strengen van het DNA molecuul is juist de antisense afleesbaar voor het maken van eiwitten, maar de sense niet.
De ploïdie geeft aan het aantal verschillende kopieën van elk chromosoom, aanwezig in een cel. De meeste planten en dieren zijn diploïd, aangegeven met 2n, wat betekent dat ze van elk chromosoom twee kopieën hebben, maar hun geslachtscellen zijn haploïd, aangegeven als n (een enkele kopie). Bacteriën en sommige planten en schimmels zijn haploïde organismen.
Het aantal chromatiden of chromosomen die binnen een cel voor dezelfde (overeenkomstige) genen codeert, wordt soms aangeduid door een kleine letter c. Bijvoorbeeld, een cel die 2c was voor replicatie, zal na replicatie, dus wanneer het DNA verdubbeld is, 4 c zijn worden omdat er vier exemplaren DNA strengen aanwezig zijn voor dezelfde genen, maar de ploïdie zal onveranderd zijn gebleven: als deze 2n was blijft ze 2n, als ze 4n was blijft ze 4n.
Chromosomen, chromatiden, centromeren en telomeren
2n 2c betekent twee homologe (diploide) maar ongerepliceerde chromosomen (twee chromatiden). 1n 1c een enkele chromosoom (haploid) dat ongerepliceerd is. 2n 4c zijn twee homologe chromosomen (diploid) bestaande elk uit twee zuster-chromatiden (twee gele en twee blauwe),du 4c in totaal. 1n 2c is een enkel chromosoom waarin DNA gedupliceerd is.
A. Telocentrisch, B. Acrocentrisch en C. Metacentrisch chromosoom.
Chromosomen worden getypeerd op basis van grootte, plaatsing van het centromeer en de aan- of afwezigheid van satellieten.
D. Computer-gegenereerde illustratie gebaseerd op een microfoto: rood = chromosomen, gele fluorescentie = telomeren die met een specifiek probe zijn gemerkt.
Op chromosomen komen er ook structurele stukken DNA tussen de genen in, met name het telomeer en het centromeer, die beide een bijzondere functie hebben tijdens replicatie en celdelingen. Het centromeer (centron = midden, meros = deel) is het gebied van het chromosoom waar de na de replicatie gevormde chromatiden bijeengehouden worden. Dit gebied bevat de kinetochoor, een eiwitcomplex waaraan de draden van de kernspoel zich aanhechten tijdens de mitose, dan wel de meiose. Het centromeer blijft relatief ongespiraliseerd tijdens de profase en metafase en verschijnt dan als "primaire insnoering". Bivalenten is de naam voor de paren homologe chromosomen die verstrengeld zijn (in synapsis) gedurende profase I en metafase I van de meiose.
Het telomeer (Gr. telos = eind, meros = deel) is een stukje DNA dat aan de uiteinden van de chromosomen voorkomt en dient ter bescherming tegen afbrokkelen van het DNA. Sterk repeterende zogenaamde satelliet sequenties worden in samenhang gebracht met telomeren. Tijdens de replicatie kunnen de telomeren niet altijd volledig worden gekopieerd waardoor ze na zo'n celdeling een stukje korter worden. Wanneer het enzym telomerase in de cel aanwezig is kunnen de telomeren weer verlengd worden, maar bij te ingrijpende verkorting wordt het chromosoom onomkeerbaar beschadigd waardoor de cel niet meer correct kan delen en afsterft. Daarentegen kunnen cellen met een actief telomerase zich voortdurend blijven delen.
Structuur van chromosomen
Klik op figuur voor een Zoom. (Opgerolde chromosomen zijn goed zichtbaar onder een lichtmicroscoop)
Figuur A and E. Computer-gegenereerde illustraties; B-D: microfoto (J. Derksen).
A. Een karyogram van de mens, Homo sapiens. Deze licht-microscopische preparaten worden standaard gemaakt van metafase stadia van lymfocyten die met Giemsa's gekleurd worden. De twee chromatiden van ieder chromosoom zijn in dit stadium gescheiden zichbaar. De verdubbeling van de chromosomen heeft plaatsgevonden in de voorafgaande S-fase.
B. Reuzechromosoom van de speekselklier van de mug Chironomus tentans, bestaande uit talrijke chromatiden geproduceerd door ronden endomitose na synapsis van de twee homologen. Het chromatine is donkerbruin gekleurd met orceine. Stukken met sterk gecondenseerd chromatine (de banden)
wisselen af met stukken minder sterk gecondenseerd chromatine (interbanden). De grote opzwellingen of Balbianiringen zijn plaatsen waar zeer veel RNA gesynthetiseerd wordt. Deze zijn hier gekleurd met Fast Green.
C. Elektronenmicroscopische opname van een transcriberend ribosomaal-RNA-gen bij het fruitvliegje (Drosophila). Het aflezen van dergelijke genen (DNA) die voor rRNA eenheden coderen vindt plaats in de nucleolus. De foto laat de typische "kerstboom structuur" zien met als "stam" het gen en daaraan vasthangend talrijke RNA/eiwit ketens die simultaan worden aangemaakt en in lengte toenemen naarmate de synthese vordert. Het preparaat is tot stand gekomen door het chromatine in een basische oplossing uiteen te laten vallen ("Miller spreiding"). Ribosomen zijn betrokken bij de translatie van het messenger RNA naar het eiwit.
D. Elektronenmicroscopische opname van transcriberend messenger-RNA-gen. Het aflezen van dergelijke genen die coderen voor mRNA vindt plaats in de kern. Opname D is op dezelfde wijze tot stand gekomen als opname C, maar bij het mRNA-gen zijn de zijketens minder talrijk, langer en vaak ingevouwen. E. Schema van het oprollingsproces van een DNA molecuul tot een gecondenseerd chromosoom gedurende de deling.
Deel 1 van deze animatie illustreert de oprolling van DNA tot chromosoom. Bron: YouTube; Credits aan de auteurs
Een chromosoom bestaat uit een lang DNA-molecuul, dat ligt opgerold rond eiwitmoleculen. Vooral de histonen (positief geladen eiwitten met arginine en lysine-rijke, sterk basische regio's) spelen een rol bij het "inpakken" van DNA doordat ze aan het negatief geladen DNA molecuul kunnen binden. Het DNA en de chromosoomeiwitten samen worden ook wel chromatine genoemd (met de uitgang ine).
Tijdens het normale voortbestaan van cellen is het DNA van de chromosomen niet volledig opgerold. Op plaatsen waar het DNA wordt afgelezen is het zelfs helemaal ontrold, zodat de betrokken enzymen erbij kunnen.
Pas aan het begin van celdelingen, zowel bij mitose als meiose, wordt het DNA zeer strak en spiraalsgewijs opgerold. Dit proces wordt condensatie of spiralisatie genoemd en zorgt ervoor dat de chromosomen als compacte pakketen makkelijk verdeeld kunnen worden (Figuur E)
Aantal chromosomen en chromatiden
Het chromosomenaantal in de vorm van chromosomen wordt aangeduid met de kleine letter n.
Normale lichaamscellen van diploide organismen bevatten steeds paren homologe chromosomen. Deze cellen zijn in principe genetisch allemaal gelijk aan elkaar en aan de zygote (het produkt van de bevruchting) waar ze van af stammen. Per set homologe chromosomen is steeds een exemplaar van de moederkant en een andere exemplaar van de vaderkant geerfd. Maar let op, door de meiotische "herrangschikking" (= crossing-overs) is er een andere pool genen aanwezig per sets chromosomen dan bij de vader en bij de moeder!
Geslachtscellen hebben slechts een exemplaar van elk chromosoom
Een ongerepliceerd chromosoom bevat een enkel dubbelstrengs-DNA-molecuul.
Een gerepliceerd chromosoom bevat twee identieke dubbelstrengs-DNA-moleculen, de chromatiden, die bij het centromeer aan elkaar vast zitten.
Door scheiding van het chromatidenpaar tijdens de celdeling (vanaf de anafase bij de mitose of vanaf anafase II bij de meiose) ontstaan de twee enkelvoudige parensets (dochter)chromosomen.
Haploid is de aanduiding voor een cel of voor een organisme met maar een enkele chromosomenset (n). Als dit voor al zijn cellen geldt, dan wordt ook het hele organisme als haploid gezien. Een haploïde cel blijft na replicatie in wezen n, maar verdubbelt van c naar 2c. Ieder chromosoom bestaat dan uit twee chromatiden.
Diploid is de aanduiding voor cellen met een dubbel aantal chromosomen (2n), waarbij de ene set chromosomen homoloog is aan de andere. (De geslachtschromosomen van mensen bijv. vormen hierbij een uitzondering.) Een diploide cel blijft na replicatie in wezen 2n, maar verdubbelt van 2c naar 4c.
Mensen hebben gewoonlijk 22 paren homologe chromosomen (autosomen) en als geslachtchromosomen 2 x chromosomen (bij meisjes/vrouwen), of 1 x en 1 y chromosoom (bij jongens/mannen), dus in totaal 46 chromosomen per lichamscel (zie menselijk karyogram; waarbij 2n = 46) en 92 chromatiden per cel na replicatie.
Een chromosoom bestaat uit een lang DNA-molecuul, dat ligt opgerold rond eiwitmoleculen. Vooral de histonen (positief geladen eiwitten met arginine en lysine-rijke, sterk basische regio's) spelen een rol bij het "inpakken" van DNA doordat ze aan het negatief geladen DNA molecuul kunnen binden. Het DNA en de chromosoomeiwitten samen worden ook wel chromatine genoemd (met de uitgang ine).
