Ploidiegrad

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Vorlage:Hinweisbaustein Der Ploidiegrad, alternativ analog zum Englischen auch Ploidie-Level genannt,<ref name="Buttlar" details="S. 23" /> gibt bei Eukaryoten die Anzahl der Chromosomensätze in einem Zellkern an. Der Begriff für den jeweiligen Ploidiegrad wird mit dem Ausdruck Ploidie plus den als Vorsilbe (Präfixen) verwendeten griechischen Zahlwörtern gebildet (mono-, di-, tri-, tetra-, penta- usw.) Eine Zelle kann einen Chromosomensatz enthalten, dann wird sie als monoploid bezeichnet. Bei zwei Chromosomensätzen ist sie diploid, bei drei davon triploid, bei vier tetraploid usw. Verallgemeinert wird bei allen Fällen mit mehr als zwei Chromosomensätzen die Zelle polyploid genannt, also mit der Vorsilbe poly- (deutsch: viele) gebildet.<ref name="Knust" details="S. 38" />

Die meisten Wirbeltiere, so auch der Mensch, haben in den Körperzellen zwei vollständige Chromosomensätze und sind somit diploid. Polyploidie ist aber kein seltener Ausnahmefall. So sind mehr als die Hälfte aller Pflanzenarten polyploid.

Konventionell wurde davon ausgegangen, dass Prokaryoten wie zum Beispiel Bakterien, immer nur ein einziges Bakterienchromosom besitzen, sie wären also monoploid. Dies trifft auf Modellorganismen wie zum Beispiel die Bakterien Escherichia coli und Bacillus subtilis auch zu. Es gilt aber nicht universell. So sind etwa viele Cyanobakterien („Blaualgen“) normalerweise polyploid.<ref name="Watanabe" />

Ploidiegrad bei der geschlechtlichen Fortpflanzung

Der Ploidiegrad von Keimzellen unterliegt im Rahmen der geschlechtlichen Fortpflanzung einem regelmäßigen Wechsel, genannt Kernphasenwechsel. Bei der Meiose, bei der Bildung von Keimzellen, wird er durch Aufteilung der Schwesterchromosomen auf die Gameten halbiert. Verschmelzen zwei Keimzellen bei der Befruchtung miteinander, wird der vorherige Satz wieder hergestellt. Für den halbierten Chromosomensatz in den Zellen nach einer Meiose gibt es den Fachausdruck haploid. Ist der Organismus, wie etwa beim Menschen, normalerweise aus diploiden somatischen Zellen (Körperzellen) aufgebaut, sind also die Keimzellen monoploid. Damit entsprechen hier Monoploidie und Haploidie einander, oft wird einfach abkürzend haploid für monoploid eingesetzt. Der Ploidiegrad einer Wirbeltier-Keimzelle, also der Eizellen und Spermien, ist also haploid und gleichzeitig monoploid.

Dies trifft aber so nur auf Organismen mit diploiden Körperzellen zu. Bei polyploiden Organismen besitzen auch die Keimzellen mehr als einen Chromosomensatz, weil der Chromosomensatz bei der Meiose halbiert, aber nicht darüber hinaus vermindert, wird. So sind Keimzellen eines Organismus mit tetraploiden Körperzellen diploid.<ref name="Buttlar" details="S. 23" />

Ploidiegrad bei der ungeschlechtlichen Fortpflanzung

Bei der normalen, ungeschlechtlichen Zellteilung oder Mitose ändert sich der Ploidiegrad normalerweise nicht. Hier gibt es aber Ausnahmen, weil einige Gewebe in bestimmten Organen auch bei diploiden Organismen wie dem Menschen regelmäßig polyploid sind Dies wird somatische Polyploidie, auch Endopolyploidie genannt.<ref name="Knust" details="S. 25" /> Der Grund ist eine besonders hohe Transkriptionsrate in diesen Zellen, zum Beispiel Leberzellen<ref name="Knust" details="S. 39" /> oder Megakaryozyten<ref name="Knust" details="S. 96" />. Hier wird der Zellzyklus nach der Verdopplung und Trennung der Chromosomen (Anaphase) unterbrochen, diesen Prozess nennt man Endomitose.<ref name="Knust" details="S. 38" />

x und n

Der Ploidiegrad eines Organismus (abgekürzt auch: die Chromosomenzahl) wird als Zahlenwert normalerweise durch den nachgestellten Buchstaben x gekennzeichnet. Eine Zelle, oder ein aus solchen Zellen aufgebauter Organismus, mit der Chromosomenzahl 3x wäre also triploid. Für die Chromosomensätze im Rahmen der geschlechtlichen Fortpflanzung ist der Buchstabe n üblich. Eine somatische Zelle, oder ein aus solchen Zellen aufgebauter Organismus, mit der Chromosomenzahl 2n wäre also diploid, eine Keimzelle dieses Organismus mit der Chromosomenzahl n, gleich x, wäre haploid (die Zahl 1 wird weggelassen). Beide Zahlenwerte x und n sind bei diploiden Organismen also normalerweise gleich, es wird nur einer davon angegeben (üblicherweise ist das n). Dies gilt aber nicht bei polyploiden. Haploide Zellen eines polyploiden Organismus enthalten zwei (oder mehr) Chromosomensätze. Dann gilt etwa 2x = n und für somatische Zellen 4x = 2n. Nur der x-Wert gibt also direkt die Anzahl der Chromosomen an.

Beim Menschen besteht der einfache Chromosomensatz aus 23 verschiedenen Chromosomen, nämlich einem Geschlechtschromosom (Gonosom, beim Menschen das X-Chromosom oder das Y-Chromosom) und 22 anderen Chromosomen, den Autosomen. In einer Körperzelle sind in der Regel zwei Chromosomensätze vorhanden, d. h. der Mensch ist diploid. Es gilt also n=23 und 2n (gleich 2x) = 46.

Einzelnachweise

<references> <ref name="Buttlar">Jann Buttlar, Carlo Klein, Alexander Bruch, Alexandra Fachinger, Johanna Funk, Harmen Hawer, Aaron Kuijpers: Tutorium Genetik. Eine (ausführliche) Einführung. Springer Spektrum, Berlin 2020. ISBN 978-3-662-56066-2</ref> <ref name="Knust">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> <ref name="Watanabe">Satoru Watanabe (2020): Cyanobacterial multi-copy chromosomes and their replication. Bioscience, Biotechnology and Biochemistry 84 (7): 1309-1321. doi:10.1080/09168451.2020.1736983</ref> </references>