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Biomoleküle und Zelle (Fach) / Mutationen (Lektion)
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- verschiedene Mutationen ➢ Genmutationen➢ Genommutationen➢ Chromosomenmutationen
- Genmutationen Veränderungen der genetischen Information Veränderung einzelner Gene (Funktionseinheiten) Punkt-Mutationen Änderungen von einzelnen Nukleotiden (z.B. G > A) > zu transkribierende Sequenz wird verändert> Veränderungen der Aminosäure-Sequenz Raster-Mutationen Einschub oder Ausfall eines Nukleotids> Leseraster wird verschoben (z.B. GTTCAA > GTTCGAA) Insertion von Transposons Transposons sind “mobile” DNA-Sequenzen> Gensequenz wird durch Fremd-DNA unterbrochen 70% aller Mutationen beruhen auf Nukleotidaustausch
- Chromosomen-Mutationen Veränderung der Chromosomen-Struktur
- Genom-Mutationen Veränderung der Chromosomen-Zahl
- Purin Guanin Adenin
- Pyrimidin Cytosin Thymin
- Punkt-Mutationen Änderungen von einzelnen Nukleotidenereignen sich spontan alle 109-1010 Basen durch Fehler bei der Replikation Transition Purin > Purin, Pyrimidin > Pyrimidin Transversion Purin > Pyrimidin, Pyrimidin > Purin
- Mutationsraten? Mutationen sind spontane, zufällige und seltene Ereignisse 70% aller Mutationen beruhen auf Nukleotidaustausch, diese ereignen sich spontan alle 109-1010 Basen (Fehlerrate der DNA-Polymerase bei der Replikation abzüglich der Reparaturrate) Mutationsrate pro Gen pro Generation ist in Pro-und Eukaryoten ungefähr gleich und schwankt zwischen 10-6 und 10-11 je nach Gen , Es gibt aber auch sogenannte “hot spots“ , an denen dieMutationshäufigkeit stark ansteigt.
- Induzierte Mutationen Mutagene, die Fehlpaarungen auslösen Desaminierende Verbindungen: z.B. salpetrige SäureCytosin > Uracil (Thymin) Adenin > Hypoxanthin (Guanin) Oxidative Schäden durch reaktive Sauerstoffspezies:(Superoxid (O2.-), Wasserstoffperoxid (H2O2), Hydroxylradikale (.OH)) ca. 100 verschiedene Modifika-tionen an der DNA z.B. 8-Oxoguanin paart mit Adenin und Cytosin Basenanaloge: strukturell ähnliche Basen, die in die DNA eingebaut werden können, häufig aber auch Wobble-Paarungen eingehen 5-Bromuracil (5-BU) kann Thymin in der DNA ersetzten paart aber häufig auch mit Guanin 2-Aminopurin (2-AP) kann Adenin in der DNA ersetzten paart aber häufig auch mit Cytosin
- Rastermutationen spontandurch Verrutschen der Basen (“slippage”) bei der Replikation induziertdurch interkalierende Substanzen ➢ interkalierende Substanzen schieben sich zwischen die Basen➢ können die DNA –Polymerase bei der Replikation zum “Stottern” bringen, führt häufig zum Einbau einer zusätzlichen Base
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- Induzierte Mutationen durch UV-Strahlung DNA-Schädigung, keine Mutation! Mutationen entstehen indirektbei der Reparatur! Welche Reparaturmechanismen? 1) Photoreaktivierung 2) Excisionsreparatur 3) postreplikative Rekombinationsreparatur
- Excisionsreparatur UV-Licht erzeugt Thymin-DimereuvrAB-Komplex erkennt diese uvrB rekrutiert die uvrC-Endonuklease uvrC-Endonuklease setzt Einzelstrangschnitteeinige Nukleotide entfernt uvrD-Helicase entfernt das defekte DNA-Stück DNA-Polymerase I und Ligase schließen die Lücke ABER: Reparaturenzyme nur in sehr geringen Konzentration vorhanden
- postreplikative Rekombinationsreparatur 1. Replikation stoppt an Thymindimer, es entstehen Einzelstrangbereiche 2. RecA bindet Einzelstrangbereiche 3. Rekombination mithilfe von RecA 4. DNA-Polymerase I und Ligase füllen die Lücken auf Keine Reparatur des Thymindimers !
- Aktivierung des SOS-Systems LexA Repressor verhindert die Transkriptionder SOS-Gene unter Normalbedingungen. 1. RecA bindet an Einzelstrangbereiche ➢ Aktivierung derProteaseaktivität 2. RecA-Protease spaltet den lexA- Repressor ➢ Transkription und Tanslation der SOS-Gene
- Gen-Mutationen (2) treten innerhalb eines Gens auf
- Punktmutationen verändern Basenpaarungen
- Rastermutationen verändern das Leseraster der kodierenden Sequenz Beide können sich auf Expression oder Aktivität des Genprodukts auswirken
- Mutationen sind spontane zufällige seltene Ereignisse
- Mutagenese Chemikalien oder Strahlungen erhöhen die Mutationsrate Primäre DNA-Veränderung werden durch die Replikation fixiert
- Indirekte Mutationen entstehen durch die Aktivierung von Reparaturmechanismen
- Rückmutation Rückführung in das ursprüngliche Allel
- Suppressormutationen intragen: Protein zwar doppelt mutant, aber funktionsfähig intergen: durch eine mutante t-RNA mit veränderter Anticodon-Sequenz wird die mutante mRNA in ein funktionsfähiges Protein translatiert
- Aneuploidie (Genommutation) Einzelne Chromosomen fehlen oder sind mehrfach vorhanden Trisomie 2n+1:1 Chromsom ist dreifach vorhanden Monosomie 2n-1: 1 Chromsom fehlt Meist mit starken negative Konsequenzen verbunden. Beim Mensch oft Ursache für Fehlgeburten
- Euploidie (Genommutation) Der gesamte Chromosomensatz ist betroffen 2n normal 3n triploid 4n tetraploid Meist ohne negative Konsequenzen, da das gesamte Genom betroffen ist (Ausnahme Triploidie). Beim Mensch noch nie beobachtet
- Aneuploidie (Genomutation) Einzelne Chromosomen fehlen oder sind mehrfach vorhanden
- Chromsomenmutationen Deletionen Es geht Information verloren Kritischen Punkte: - terminale Deletion bedeutet Verlust der Telomerstruktur - Gendosiseffekte Translokation - Duplikation - Inversion Es geht keine Information verloren, aber:Kritischen Punkte:- Bruchpunkte- Gendosiseffekte- weitere Komplikationen in der Meiose im heterozygoten Zustand
- Deletionen max. 1% des Genoms wird toleriert
- Duplikationen max. 10% des Genoms wird toleriert
- Inversionen (Chromosomensegment umgedreht durch Schleifenbildung) > Störungen in der Meiose, wenn Crossover in Inversionsschleife
- Translokationen (Austausch zwischen nicht-homologen Chromosomen) > Störungen in der Meiose, da durch Segregation oft aneuploide Gameten entstehen