Die Mutation als molekularer Vorgang
Wdh.: Mutation
Wdh:  Mutationsarten:
Gen-Mutation Veränderung der Basensequenz in einem Gen. nicht im Karyogramm sichtbar
Chromosomen-Mutation Struktur der Chromosomen defekt im Karyogramm sichtbar
Genom-Mutation Chromosomenzahl stimmt nicht im Karyogramm sichtbar
Gen-Mutationen: (betrifft die Veränderung nur eine einzige Base, spricht man auch von Punktmutation)
 Ursachen von Genmutationen:
- Fehlerhafte Replikation z.B. falsche Basenpaarungen
- Mutagene z.B. durch Chemikalien (Basenanaloga ="falsche" Basen) oder durch Strahlung
- falsche Crossover (z.B. zwischen Schwesterchromatiden)
Arten von Genmutationen:(vereinfacht)
Def.: Basenaustausch-Mutation: Austausch einer Base (bzw. eines komplementären Basenpaares) gegen eine andere in der DNA.
Def.: Raster-Mutation: Verlust oder Einschub einer oder mehrerer Basen.
Beispielsatz um die Basenaustausch-Mutation (1a/b) und die Raster-Mutation (2) zu unterscheiden: (die Worte seien Basentripletts)

Zusammenfassung: Mögliche Folgen von Genmutationen

Mutationsart

Folgen für Proteinfunktion

Molekulare Ursache
Basenaustausch Proteinfunktion ist unverändert -> Mutation ohne Wirkung, da die Tertiärstruktur unverändert bleibt. Basentausch betrifft z.B. die 3. Base eines Tripletts -> gleiche Aminosäure wird codiert -> gleiche Primärstruktur.

oder: Basentausch führt zum Einbau einer chemisch ähnlichen Aminosäure (z.B. unpolare Seitenkette)

oder: Die Mutation erfolgt z.B. ganz am Ende eines Gens
Basenaustausch

   oder:

Verlust eines Basen-Tripletts

 Proteinfunktion ist geringfügig verändert bzw. beeinträchtigt, da Tertiärstruktur leicht verändert ist.

 

 Austausch/Verlust einer Aminosäure, die für die Stabilisierung der Raumstruktur des Proteins weniger wichtig ist.

z.B. geringfügig schlechtere Substratbindung im Enzymmolekül -> geringere Enzymaktivität -> geringere Stoffwechselaktivität
Basenaustausch

  oder:

Rastermutation

 Proteinfunktion zerstört, da die Tertiärstruktur stark verändert ist.

Beispiele:
-  Enzymwirkung zerstört (z.B. Albinismus,
    Phenylketonurie)

- Membrankanal defekt (z.B. Mukoviszidose)

- Transportmolekül defekt (z.B.
   Sichelzellenanämie)

- Signalstoff bzw. Rezeptorprotein wirkungslos   (z.B. Hormon)

 -  Entstehung eines Stopp-Codons -> Vorzeitiger Abbruch der Eiweißkette

-  Verschiebung des Leserasters durch Verlust/Einschub einer Base -> völlig neue Primärstruktur -> neue Raumstruktur

-  Austausch oder Verlust einer Aminosäure, die für die Raumstruktur sehr wichtig ist (z.B. Cystein für Disulfidbrücke)

-  Austausch/Verlust einer Aminosäure, die für die Wasser- bzw. Lipid-Löslichkeit wichtig ist (z.B. Integration eines Proteins in die Biomembran)

-  Veränderung des Proteinabschnitts, der für die Adressierung in der Zelle verantwortlich ist z.B. Protein wird nicht mehr in Vesikel verpackt und kommt nicht mehr zu seinem Bestimmungsort.
Mutationsauslösende Faktoren:
--> allgemeine Ursachen: 
                        - mutagene Chemikalien
                        - mutagene Strahlung (radioaktive Strahlung oder elektromagn. Str.)
spezielle Ursachen für Genmutationen:

a) für Basenaustausch: 

salpetrige Säure (HNO2) wandelt C in U um, das sich bei der nächsten Replikation mit A paart.  
Folge nach 2 Replikationen: Aus dem Basenpaar C - G wird T - A.
 Die "falsche" Base Bromuracil (BU) wird statt T eingebaut, paart sich aber mit G.
 Folge nach 2 Replikationen: Aus dem Basenpaar A - T wird G - C.
b) für Rastermutationen:

Acridinfarbstoffe führen zu Basenverlust.
UV-Licht bewirkt u.a., dass benachbarte Basen miteinander reagieren und so mit den Basen des gegenüberliegenden Strangs keine Paarung mehr eingehen können.
Beispiel:                   Die häufigste Erbkrankheit in Deutschland: Mukoviszidose (1:2500)

Fragen:

1) a) Wie lautet die neue Aminosäure-Sequenz nach Verlust des Tripletts?
     b) Formulieren Sie eine Hypothese, warum das fehlerhafte Protein nicht zur Zellmembran transportiert wird, sondern im Endoplasmatischen Retikulum bleibt.
     c) Eine alemannische Ammenweisheit lautet: "Das Kleinkind stirbt bald, wenn ein Kuss auf seine Stirn salzig schmeckt". Tatsächlich findet man bei Kindern mit Mukoviszidose im Schweiß eine deutlich höhere Natriumchlorid-Konzentration (ca. 6,4 g/l statt ca. 1,2 g/l). Begründen Sie mit Hilfe des Textes den erhöhten Salzgehalt im Schweiß.
     d) Durch eine andere Mutation wird bewirkt, dass das Membranprotein zwar in die Zellmembran eingebaut wird, aber der Chlorid-Transport dennoch blockiert ist. Begründen Sie mit Hilfe des Textes und Abb.2 .

2) Laut Text hat das Gen für das Membranprotein eine Länge von ca. 250.000 Basen. Das Membranprotein jedoch hat nur eine Länge von 1480 Aminosäuren.

a) Welche Basenzahl würde man bei einem Triplett-Code erwarten?
b) Geben Sie mindestens einen Grund an, weshalb das biologisch aktive Membranprotein viel weniger Aminosäuren enthält als erwartet.

3) Zum zähen Schleim der Bronchien tragen auch abgestorbene Bakterien bei. Eine neue Therapie ist deshalb das Inhalieren von DNase. Begründung!
Lösungsvorschlag:

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