Sichelzellen-Anämie

Beispiel einer Basenaustausch-Mutation (Autosomal rezessive Erbkrankheit )
Durch eine Basenaustausch-Mutation kommt es zu einer Störung bei der Bildung des roten Blutfarbstoffes. Es wird ein abnormes Hämoglobin gebildet, dessen Wasserlöslichkeit und Sauerstofftransportvermögen verringert ist.

Das Hämoglobinmolekül besteht aus 4 gefalteten Proteinuntereinheiten mit je ca. 140 Aminosäuren (zwei alpha-Ketten und zwei beta-Ketten). Hämoglobin ist ein wasserlösliches Protein, d.h. an der Oberfläche der Quartärstruktur befinden sich Aminosäuren mit hydrophiler Seitenkette. Durch Austausch einer hydrophilen Aminosäure durch eine hydrophobe Aminosäure in den beiden identischen beta-Ketten entstehen "hydrophobe Oberflächeneinbuchtungen". Dies bewirkt, dass die veränderten Hämoglobinmoleküle im Zellplasma der Erythrozyten miteinander "verkleben" und lange Fasern bilden, die die Zellen in die "Sichelform" ziehen. Die roten Blutkörperchen können dann keinen Sauerstoff mehr transportieren und neigen zu Verklumpungen, die die engen Blutkapillaren verstopfen können. Schmerzen, Fieber, Gehirnschäden, Herzversagen und viele weitere Organschäden sind die Ursache für vorzeitigen Tod (meist vor dem 14.Lebensjahr). Heterozygote Genotypen sind nahezu gesund und sind außerdem für Malaria weniger anfällig. Dieser Vorteil hat zur Folge, dass in Malariagebieten Afrikas bis zu 40% der Bevölkerung Genträger sind.

Molekulargenetische Ursache:
Im Hämoglobin-Molekül (roter Blutfarbstoff) ist durch eine Basenaustausch-Mutation die Aminosäure Nr.6 vertauscht:
Statt der Aminosäure Glutaminsäure (Glu) mit hydrophiler Seitenkette findet man bei Kranken die Aminosäure Valin (Val) mit lipophiler Seitenkette.
 

Frage: Erklären Sie mit Hilfe der Codesonne, welcher Basenaustausch in der DNA diesen Aminosäuretausch bewirkt hat.

Die Aminosäuresequenz in der nicht mutierten beta-Kette:

Deuten Sie die die Neigung der Hämoglobinmoleküle zur Kettenbildung durch den Aminosäure-Tausch.
Welche Folgen würden Sie bei einem Tausch von Glu gegen Asp erwarten?

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