Kromosom: alt om opbygning, par og kønskromosomer

Hver eneste af dine celler skal presse omkring to meter DNA ind i en cellekerne, der er mindre end et støvkorn. Løsningen hedder kromosom: DNA'et snos, foldes og pakkes, indtil det næsten ingenting fylder. Tråden bliver ikke til en filtret knude, for pakningen følger et fast system.

Systemet gør mere end at spare plads. Det afgør, hvilke egenskaber du arver fra dine forældre, hvorfor nogle er XX og andre XY, og hvad der sker, når en celle ender med ét kromosom for meget. Kromosomer dukker op igen og igen i biologi, fordi de er kernen i det, UVMs læreplan for biologi A kalder genetik og molekylærbiologi, fra nedarvningsprincipper til mitose og meiose. Har du styr på kromosomerne, bliver resten af genetikken markant lettere.

Hvad er et kromosom?

Forestil dig en snor på to meter, som du skal gemme i en æske på størrelse med en ært. Du kan ikke bare proppe den ned, for så finder du aldrig enden igen. Du vikler snoren om små spoler, folder spolerne i løkker og stabler løkkerne i bundter. Præcis sådan behandler cellen sit DNA.

Kromosomer er altså ikke et andet stof end DNA. De er DNA i pakket form. Tænk på et kromosom som et bind i en stor opslagsbog: hele bogen er dit arvemateriale, hvert bind er et kromosom, og hvert gen er et afsnit i bindet. Et gen er en bestemt strækning af DNA, som indeholder opskriften på et protein eller et RNA-molekyle. Hvis du vil have det grundlæggende om selve molekylet på plads først, kan du læse Hvad er DNA? og bagefter komme tilbage hertil.

Kromosomerne ligger i cellekernen hos eukaryote celler, altså hos planter, dyr og svampe. Bakterier har ingen cellekerne, men de har også et kromosom, typisk ét lille, cirkulært et, som ligger frit i cytoplasmaet. Navnet kommer af græsk og betyder omtrent farvet legeme: kromosomerne blev opdaget, fordi de tog imod farvestof under mikroskopet, og det gør de stadig i dag.

Pakningen foregår i flere niveauer. Først snoer DNA-dobbelthelixen sig om histonerne som perler på en snor. Perlerne pakkes derefter i en tættere fiber, fiberen danner løkker, og løkkerne bliver foldet endnu en gang. Hvert niveau gør tråden kortere og tykkere. Til sidst er der et kromosom, som kan flyttes rundt i cellen uden at filtre sig sammen med de andre 45.

Der er også en praktisk grund til, at DNA ikke bare flyder frit. Hvis cellen skulle dele sig med to meter løst DNA i hver kerne, ville tråden knække eller hænge fast. Kromosomerne sikrer, at hver dattercelle får præcis det, den skal have, ikke mere og ikke mindre.

Kromosomets opbygning: fra DNA-tråd til X

Hvorfor ser kromosomer ud som et X i alle lærebøger? Fordi billedet viser dem i et helt bestemt øjeblik. Det meste af tiden er kromosomerne lange, tynde og trådagtige, spredt ud i kernen, så cellen kan aflæse generne. Først når cellen er klar til at dele sig, pakkes de tæt sammen og får den kendte form.

Opbygningen starter med DNA-dobbelthelixen, som er viklet omkring små proteinkomplekser kaldet histoner. DNA og histoner danner tilsammen kromatin, og det er kromatinet, der foldes igen og igen. Under celledelingens metafase er kromosomerne mest fortættede, og ifølge Den Store Danske er det netop her, de ses bedst i mikroskop.

Før en celle deler sig, kopierer den hele sit DNA. Resultatet er, at hvert kromosom nu består af to identiske kopier, som kaldes søsterkromatider. De holdes sammen af centromeret, et sted som sidder omtrent midt på kromosomet hos nogle og tættere på enden hos andre. Centromeret er også det, der deler kromosomet i en kort arm og en lang arm: den korte kaldes p-armen, den lange q-armen. Yderst på hver arm sidder telomererne, som er beskyttende hætter af gentagne DNA-sekvenser.

Telomererne har en særlig rolle. Hver gang en celle kopierer sine kromosomer, bliver enderne en anelse kortere. Telomererne tager hovedparten af den slitage, så de vigtige gener længere inde på kromosomet bliver skånet. Man kan sammenligne dem med plasthætterne på enden af et snørebånd: de forhindrer, at båndet trævler op.

Hvor mange kromosomer har et menneske?

Svaret er 46, men i omkring 30 år var forskerne overbeviste om, at det var 48. Det tal blev brugt i lærebøger, og man talte kromosomer under mikroskopet og fik 48, fordi man forventede at få 48. I 1956 viste Joe Hin Tjio og Albert Levan i Lund, at tallet var 46, og de offentliggjorde resultatet i artiklen The chromosome number of man i tidsskriftet Hereditas. Den korte artikel regnes i dag for startskuddet til moderne human cytogenetik.

De 46 kromosomer er ikke 46 forskellige ting. De er 23 par. Det ene kromosom i hvert par har du fået fra din mor, og det andet fra din far. Det betyder, at du har to kopier af stort set alle dine gener, ét fra hver forælder. 22 af parrene kaldes autosomer, og det sidste par, nummer 23, er kønskromosomerne.

Det lyder som en lille detalje, om det er 46 eller 48, men tallet har stor betydning. Så længe man ikke kendte det rigtige antal, kunne man ikke opdage, at en person havde ét kromosom for meget eller for lidt. Først da 46 var fastslået, kunne læger begynde at finde ud af, hvad der lå bag bestemte medfødte tilstande, og det kommer vi til i afsnittet om kromosomafvigelser.

Menneskets kromosomer nummereres efter størrelse, så kromosom 1 er det største, og kromosom 22 er et af de mindste. Når en karyotype bliver opstillet, sidder parrene derfor i rækkefølge, med kønskromosomerne til sidst. Du kan se, hvordan det foregår i afsnittet om karyotype længere nede.

Autosomer og kønskromosomer

22 af dine kromosompar er ens hos alle mennesker, uanset køn. Det 23. par er anderledes: hos nogle består det af to ens kromosomer, hos andre af to forskellige. Det er forskellen mellem autosomerne og kønskromosomerne.

Autosomer er alle de kromosomer, der ikke er kønskromosomer. Du har 22 par, nummereret 1 til 22, og langt de fleste af dine gener ligger på dem. Gener for øjenfarve, blodtype og højde sidder altså på autosomerne og nedarves ens, uanset om du er dreng eller pige.

Kønskromosomerne hedder X og Y. En kvinde har to X-kromosomer (XX), og en mand har ét X og ét Y (XY). X-kromosomet er stort og rummer mange gener, også mange som slet ikke har med køn at gøre. Y-kromosomet er lille og har ifølge Den Store Danske kun få gener, hvoraf de væsentligste har betydning for udviklingen af det mandlige køn.

Det kan du bruge til at forklare, hvordan køn nedarves. Ægceller indeholder 22 autosomer og altid ét X-kromosom. Sædceller indeholder 22 autosomer og enten et X eller et Y. Det er altså sædcellen, der afgør barnets køn: bærer den et X, bliver barnet XX, bærer den et Y, bliver barnet XY. Sandsynligheden er cirka 50 procent for hver.

Fugle fungerer omvendt. Her hedder kønskromosomerne Z og W, og hannen har to ens (ZZ), mens hunnen har to forskellige (ZW). Eksamensspørgsmål om kønsbestemmelse kan derfor snyde, hvis du har lært X og Y som en naturlov for alle dyr.

Kønskromosomerne har også en praktisk konsekvens for sygdomme. Gener på X-kromosomet nedarves X-bundet. Rød-grøn farveblindhed er et velkendt eksempel. En mand har kun ét X, så hvis det bærer anlægget for farveblindhed, har han ingen reservekopi og bliver farveblind. En kvinde har to X-kromosomer, så hun kan bære anlægget skjult på det ene og stadig se farver normalt. Hun kan videregive det til sine børn, og det er derfor, farveblindhed er langt mere udbredt hos mænd end hos kvinder.

Homologe og heterologe kromosomer

Din mor og din far har hver givet dig et kromosom 7. De to ligner hinanden meget: de er lige lange, har centromeret samme sted og bærer gener for de samme egenskaber. Men det er ikke de samme udgaver af generne. Måske har dit kromosom 7 fra din mor en allel for én type af et bestemt protein, mens det fra din far har en lidt anderledes allel. De to kromosomer danner et homologt par.

Homologe kromosomer er altså de to kromosomer i et kromosompar, som har samme størrelse, samme form og samme gener, men som ikke nødvendigvis har samme alleler. Du har 22 homologe par blandt dine autosomer. Under meiosen finder de to kromosomer i et par hinanden og kan bytte stykker, hvilket kaldes overkrydsning.

Heterologe kromosomer er kromosomer, der ikke er et par, fordi de er forskellige. Det mest oplagte eksempel er X og Y hos en mand. De er så forskellige i størrelse og indhold, at de ikke kaldes homologe. Hos en kvinde er de to X-kromosomer til gengæld homologe. Det betyder dog ikke, at en mand mangler homologe kromosomer: han har 22 homologe par og ét heterologt par.

Det her hænger tæt sammen med genotype og fænotype. Hvis begge dine kromosomer 7 bærer den samme allel for et bestemt gen, er du homozygot for det gen. Bærer de to forskellige alleler, er du heterozygot. Hvilken allel der kommer til udtryk, afhænger af, om den er dominant eller recessiv. Du kan følge hele logikken i genetik.

Et praktisk tip til eksamen: tegn altid de to homologe kromosomer som to streger ved siden af hinanden og skriv allelerne på hver streg. Så ser du med det samme, hvad der sker ved meiosen, når de to streger skilles og går til hver sin kønscelle.

Diploid, haploid og celledeling

Hvor mange forskellige sædceller kan én mand teoretisk set lave? Du kan regne det ud med det, du allerede ved om kromosomer.

Det forklarer, hvorfor celler ikke bare kan have 46 kromosomer i alle tilfælde. Almindelige kropsceller er diploide, skrevet 2n, og har 46 kromosomer i 23 par. Kønsceller er haploide, skrevet n, og har kun 23, ét fra hvert par. Når en sædcelle og en ægcelle smelter sammen ved befrugtningen, genskabes de 46 kromosomer i den første diploide celle, zygoten.

Der er to måder, en celle deler sig på, og kromosomerne opfører sig forskelligt i dem. Ved mitose bliver kromosomerne kopieret, og de to nye celler får hver et komplet sæt på 46. Ved meiose deler cellen sig to gange efter kun én kopiering, så der dannes celler med 23 kromosomer. Den uddybede gennemgang af begge delinger finder du i genetik.

Mitosen kan opdeles i faser, og du kan følge kromosomerne igennem dem. I profasen pakkes kromosomerne tæt sammen, så de bliver synlige. I metafasen stiller de sig op på række midt i cellen. I anafasen trækkes søsterkromatiderne fra hinanden og mod hver sin ende af cellen. I telofasen dannes der en ny cellekerne omkring hvert sæt, og cellen deler sig i to. Resultatet er to celler med præcis samme kromosomer som modercellen.

Meiosen har et ekstra trick. Efter kopieringen finder de homologe kromosomer hinanden og udveksler stykker ved overkrydsning. Først deles cellen, så de homologe par skilles, og derefter deles den igen, så søsterkromatiderne skilles. Det giver fire haploide celler, som alle er genetisk forskellige.

Tallene går op, når du følger kromosomerne fra generation til generation. Dine forældre havde hver 46 kromosomer, men gav dig kun 23 hver. Du har derfor 46, og dine egne børn får 23 af dig. Hvis meiosen ikke halverede tallet, ville antallet fordobles for hver generation: 46, 92, 184 og så videre. Cellen ville hurtigt løbe tør for plads.

Sådan læser du en karyotype

På din eksamensopgave står der 47, XX + 21. Hvad betyder det? Det er en karyotype, og den kan du læse som en kode, når du kender opskriften.

Karyotypen er det samlede antal og typen af kromosomer hos et individ. Den bliver typisk lavet ved at fotografere kromosomerne under metafasen og ordne dem parvis efter størrelse og centromerets placering. Den Store Danske beskriver, hvordan kromosomerne opstilles parvis efter størrelse og båndmønstre, så en læge kan se, om noget afviger.

1. 1

   Aflæs det samlede antal

   Tallet først i karyotypen er det samlede antal kromosomer. 46 er normalt. Andre tal peger på, at der mangler eller er for mange.

2. 2

   Find kønskromosomerne

   Bogstaverne efter det første komma viser kønskromosomerne. XX betyder kvinde, XY betyder mand.

3. 3

   Tjek for ekstra eller manglende kromosomer

   Står der et plustegn efterfulgt af et tal, er der et ekstra kromosom af den type. Står der kun ét X, mangler det andet kønskromosom.

4. 4

   Fortolk karyotypen

   Sæt det hele sammen til en sætning, fx at personen er en kvinde med tre kopier af kromosom 21.

I en eksamensopgave får du ofte et billede af en karyotype, hvor kromosomerne er stillet op i par. Start altid med at tælle, og kig derefter på det sidste par. Hvis der er tre kromosomer samme sted, er det en trisomi. Hvis der er to forskellige kønskromosomer, kan du konkludere, at karyotypen tilhører en mand. Skriv gerne, hvilke gener og hvilken celledeling der kan forklare afvigelsen, hvis der er en.

Kromosomer hos andre organismer

En bananflue har otte kromosomer. Et menneske har 46. En bestemt slags bregne har op mod 1.200. Antallet af kromosomer siger ikke noget om, hvor kompliceret en organisme er, og det er en faldgrube, som mange falder i, når de skal sammenligne arter.

Både kromosomtallet og de enkelte kromosomers størrelse varierer nemlig fra art til art, som Den Store Danske også fastslår. Det, der tæller, er de gener, kromosomerne bærer, og ikke hvor mange bundter de er pakket i.

Hos bakterier er kromosomet cirkulært og ligger frit i cytoplasmaet. Hos eukaryote celler ligger kromosomerne i cellekernen. Mitokondrier og kloroplaster har også deres egne små kromosomer, som minder om bakteriers. Det understøtter teorien om, at organellerne engang var selvstændige bakterier, der flyttede ind i en anden celle. Har du brug for at få styr på forskellen mellem celletyper, kan en tutor i biologi gennemgå det med dig på ti minutter.

Størrelsen på arvematerialet siger heller ikke alt. Nogle planter og padder har langt mere DNA end mennesker, uden at de er mere avancerede. Størstedelen af DNA hos mennesker koder heller ikke for proteiner. Kromosomer er derfor bedst forstået som opbevaring og logistik, og det er gener og regulering, der afgør, hvad cellen gør.

Kromosomafvigelser: når tallet ikke passer

En ægcelle skal have 23 kromosomer. Lad os sige, at den under meiosen får 24, fordi to kopier af kromosom 21 ikke blev skilt ad. Når den bliver befrugtet af en normal sædcelle, får zygoten 47 kromosomer og tre kopier af kromosom 21. Det kaldes trisomi 21, eller Downs syndrom.

Fejlen kaldes non-disjunktion og opstår, når kromosomer ikke adskilles korrekt under celledelingen. Ifølge sundhed.dk har personer med Downs syndrom 47 kromosomer i cellerne, og fejlen opstår som regel før undfængelsen. Opdagelsen af det ekstra kromosom blev offentliggjort af den franske læge Jerome Lejeune i 1959, som Ugeskriftet beskriver, og den var starten på en hel ny æra i udforskningen af kromosomafvigelser.

En afvigelse i antallet af kromosomer kaldes aneuploidi. Der findes to typer: monosomi, hvor et kromosom kun er til stede i én kopi, og trisomi, hvor der er tre. Turners syndrom er et eksempel på monosomi, hvor en kvinde kun har ét X-kromosom. Klinefelters syndrom er en trisomi af kønskromosomerne, hvor en mand har XXY. Afvigelser i kønskromosomerne er generelt mindre alvorlige end afvigelser i autosomerne, og de fleste autosomale afvigelser er så alvorlige, at fosteret ikke overlever.

I dag kan kromosomafvigelser opdages, før barnet er født. Alle gravide får i Danmark tilbudt en risikovurdering. Viser den en forhøjet risiko, kan en moderkagebiopsi eller en fostervandsprøve give en endelig karyotype. Blodprøven NIPT, som undersøger frit DNA fra fosteret i moderens blod, har ifølge Lægehåndbogen på sundhed.dk en detektionsrate for trisomi 21 på 99,8 procent, men den er ikke en endelig diagnostisk test. Fosterdiagnostik rejser også etiske spørgsmål, som du ofte skal tage stilling til i biologi på B- og A-niveau.

Kromosomer kan også ændre sig i opbygningen, selv om antallet er i orden.

Typiske fejl med kromosomer

De fleste elever kan sige, at mennesker har 46 kromosomer. Det er først, når eksamensspørgsmålet vrider sig en smule, at det går galt. Her er de fejl, som går igen.

Fælles for dem alle er, at de opstår, når to begreber, der lyder ens, bliver blandet sammen. Tag fejlene med dig, når du læser til eksamen, og tjek dine egne svar mod listen, inden du afleverer.