n und c: Chromosomensatz und DNA-Gehalt verstehen

Vertiefung zum ThemaMeiose

46 Chromosomen, 92 Chromatiden, 2n4c: In Klausuren zur Meiose stolpern viele nicht über die Biologie, sondern über das Zählen. Dabei reichen zwei Buchstaben, um jede Zelle eindeutig zu beschreiben – wenn du einmal verstanden hast, was sie messen.

Einfach erklärt

Diese Seite vertieft das Thema Meiose. Hier lernst du zwei Buchstaben: n und c. Damit beschreibst du jede Zelle genau.

• n zählt die Chromosomensätze. Ein Satz enthält jedes Chromosom einmal. Beim Menschen sind das 23 Chromosomen.
• c zählt die Menge an DNA, also an Erbgut.
• Ein X-förmiges Chromosom zählt nur als ein Chromosom.

Körperzellen haben zwei Sätze. Sie sind diploid, kurz 2n. Vor jeder Teilung verdoppelt sich die DNA. Dann verdoppelt sich c, aber n bleibt gleich. Die Zelle ist jetzt 2n4c. Jedes Chromosom besteht dann aus zwei Chromatiden. Das sind zwei gleiche Hälften.

Die erste Meiose-Teilung trennt die Chromosomen-Paare. Dann halbiert sich n. Die zweite Teilung trennt die Hälften. Dann halbiert sich c. Eine fertige Keimzelle ist 1n1c.

Merke: n zählt Chromosomensätze, c zählt die DNA-Menge.

Was bedeuten n und c?

Ein Chromosomensatz ist die vollständige Sammlung aller verschiedenen Chromosomen einer Art – beim Menschen 23 Stück. Körperzellen haben zwei solcher Sätze, einen von der Mutter und einen vom Vater. Man nennt sie diploid und schreibt 2n. Ei- und Spermienzellen haben nur einen Satz: Sie sind haploid, kurz 1n oder n.

Die Zahl der Chromosomensätze verrät aber noch nicht, wie viel DNA in der Zelle steckt. Vor jeder Teilung wird die DNA verdoppelt: Aus jedem Chromosom mit einem Chromatid wird ein Chromosom mit zwei identischen Schwesterchromatiden, die am Zentromer zusammenhängen. Die Zahl der Chromosomen bleibt gleich, die DNA-Menge verdoppelt sich. Genau das misst c: 1c ist die DNA-Menge eines einfachen Chromosomensatzes, dessen Chromosomen aus je einem Chromatid bestehen.

Chromosomen und Chromatiden richtig zählen

Die wichtigste Regel: Ein Zentromer = ein Chromosom. Ob an diesem Zentromer ein oder zwei Chromatiden hängen, spielt für die Chromosomenzahl keine Rolle. Ein X-förmiges Zwei-Chromatid-Chromosom ist also ein Chromosom, besteht aber aus zwei Chromatiden. Wie Chromatid, Chromosom und Chromatin zusammenhängen, erklärt die Seite Chromatid, Chromosom, Chromatin ausführlich.

Daraus folgt eine einfache Rechnung: Die Zahl der Chromosomen ergibt sich aus n, die Zahl der Chromatiden aus c. Beim Menschen gilt: 1n entspricht 23 Chromosomen, 1c entspricht 23 Chromatiden. Eine Zelle mit 2n4c hat also 2 · 23 = 46 Chromosomen und 4 · 23 = 92 Chromatiden.

n und c im Zellzyklus und in der Mitose

In der G1-Phase des Zellzyklus ist eine menschliche Körperzelle 2n2c. In der S-Phase wird die DNA verdoppelt, danach ist sie 2n4c. So bleibt sie durch die G2-Phase bis in die Metaphase der Mitose. In der Anaphase trennen sich die Schwesterchromatiden: Jede Tochterzelle erhält von jedem Chromosom ein Chromatid und ist damit wieder 2n2c – genau wie die Ausgangszelle.

Abschnitt	n und c	Chromosomen (Mensch)	Chromatiden (Mensch)
G1-Phase	2n2c	46	46
G2-Phase bis Metaphase	2n4c	46	92
nach der Mitose (je Tochterzelle)	2n2c	46	46

n und c in der Meiose: Schritt für Schritt

Die Meiose beginnt wie die Mitose mit einer Zelle im Zustand 2n4c. Danach folgen zwei Teilungen ohne erneute DNA-Verdopplung dazwischen:

1. Meiose I: 2n4c → 1n2cDie homologen Chromosomen werden getrennt. Jede Tochterzelle erhält von jedem Paar nur ein Chromosom – aber noch mit zwei Chromatiden. Die Zahl der Chromosomensätze halbiert sich.
2. Meiose II: 1n2c → 1n1cDie Schwesterchromatiden werden getrennt, wie bei einer Mitose. Die Zahl der Chromosomensätze bleibt bei 1n, die DNA-Menge halbiert sich.
3. Befruchtung: 1n1c + 1n1c → 2n2cEizelle und Spermium verschmelzen. Die Zygote ist wieder diploid und startet mit der G1-Phase in ihren ersten Zellzyklus.

Daran erkennst du den Grundunterschied der beiden Teilungen: Die Meiose I ist eine Reduktionsteilung, die Meiose II eine Äquationsteilung. Wie sich die Meiose bei Frau und Mann unterscheidet, zeigt die Seite Oogenese und Spermatogenese.

Vertiefung Oberstufe: C-Wert, Ploidie und Polyploidie

In der Fachliteratur wird die DNA-Menge meist mit großem C geschrieben. Der C-Wert einer Art ist die DNA-Menge eines unreplizierten haploiden Chromosomensatzes, angegeben in Pikogramm oder Basenpaaren. Eine diploide Körperzelle in der G1-Phase hat demnach den DNA-Gehalt 2C, nach der Replikation 4C. Mit Durchflusszytometrie lässt sich dieser Wert messen: Zellen in G2 leuchten nach einer DNA-Färbung etwa doppelt so hell wie Zellen in G1.

Die Zahl der Chromosomensätze heißt Ploidie. Viele Kulturpflanzen haben mehr als zwei Sätze, sie sind polyploid. Brotweizen zum Beispiel ist hexaploid: Er ist aus drei Grasarten hervorgegangen und trägt sechs Chromosomensätze mit je sieben Chromosomen (2n = 6x = 42). Hier zeigt sich, warum Fachleute zusätzlich die Grundzahl x verwenden: n bezeichnet den Chromosomensatz der Keimzellen (beim Weizen 21), x die Zahl der Chromosomen eines einfachen Grundsatzes (7).

Auch der C-Wert hat eine Überraschung parat: Er hängt kaum mit der Komplexität eines Lebewesens zusammen. Manche Lilien und Lungenfische haben ein Vielfaches der DNA-Menge des Menschen. Dieses C-Wert-Paradoxon erklärt sich vor allem durch unterschiedlich viel nicht codierende DNA.

Fachbegriffe

Chromosomensatz (n)

Vollständiger Satz aller verschiedenen Chromosomen einer Art; beim Menschen 23.

DNA-Gehalt (c)

DNA-Menge einer Zelle, gemessen in einfachen Sätzen aus Ein-Chromatid-Chromosomen.

diploid / haploid

Zwei Chromosomensätze (2n, Körperzellen) bzw. ein Chromosomensatz (1n, Keimzellen).

Schwesterchromatiden

Die zwei identischen Kopien eines Chromosoms nach der DNA-Verdopplung, verbunden am Zentromer.

homologe Chromosomen

Chromosomenpaar mit gleichen Genorten, je eines von Mutter und Vater.

Reduktionsteilung

Meiose I: Trennung der homologen Chromosomen, 2n → 1n.

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