Genmutationen (VL15) Flashcards
Was sind Mutationen?
Mutationen
- eine Mutation ist die Veränderung eines Gens
- es gibt negative, neutrale und positive Mutationen (Auswirkungen)
- Negativ zB missense, nonsense
- Neutral zB stille und sense
- Positive zB erhöhte Enzymaktivität durch Mutation
- Die Selektion begünstigt solche Mutanten, die unter den gegebenen Umweltbedingungen einen Vorteil gegenüber dem Wildtyp haben
- Mutation bei Tieren müssen in der Keimbahn stattfinden, damit sie vererbt werden
- Die Ungerichtetheit von Mutationen belegt, dass eine Vererbung von erworbenen Eigenschaften nicht möglich ist
- Spontane Mutationsraten bei Pro- und Eukaryoten: Basenaustausch pro Nukleotidpaar/ Generation: ca. 1x10*8
Welche Genmutationen gibt es?
Punktmutationen
Punktmutation (Substitution)
- eine Base wird durch eine andere ersetzt
- häufigste Mutationen
Transition
- die gleichen Arten von Basen tauschen sich aus
- Purin —> Purin oder Pyrimidin —> Pyrimidin
Transversion
- unterschiedliche Arten von Basen werden ausgetauscht
- Purin —> Pyrimidin oder Pyrimidin —> Purin
Stumme Mutation
- Ein Nukeotid ändert sich so, dass trd dieselbe AS codiert wird
zb. CCC (Pro) —> CCG (Pro)
Nonsense-Mutation
- durch Basenänderung entsteht ein Stopp-Codon mitten im Gen zb. UGG (Tryp) —> UGA (STOP)
Missense-Mutation
- eine andere AS wird kodiert
zb. UGG (Tryp) —> UGU (Cys)
Was für weitere verschiedene Arten von Genmutationen gibt es?
Rastermutationen
Rasterschubmutation
- eine Base zuviel bzw eine zu wenig wird eingebaut
- die Mutation kann zu einer Verschiebung des Leserasters (ORF) führen (in frame und out of frame Mutationen)
- Deletion: Entfernung einer oder mehrerer Basen aus der Sequenz
- Insertion: Hinzufügen einer oder mehrerer Basen in die Sequenz
Reversion
- Punktmutation kann revertieren, also durch eine zweite Mutation rückgängig gemacht
Suppressormutation
- Ein durch Mutation entstandenes STOP Codon (z. B. UAG) kann durch eine Mutation im Anticodon einer tRNA ausgeglichen werden
Mutationsursachen
Tautomerverschiebung und chemische Mutagentien
Tautomerverschiebung
- Tautomerie ist die Verschiebung von e¯ wodurch anormale Basenpaarungen entstehen zB T (enol) ≣ G oder C (imino) = A
- relevant während der Replikation –> auf einem Strang entsteht so Punktmutation
- Polymerase erkennt iso-Basen als andere zB iso-A als G
Chemische Mutagentien
Oxidation: Angriff auf Doppelbindungen innerhalb des Nukleotids durch reaktive Sauerstoff-Spezies (zB O2¯, -OH..)
- führt zu Verlust der Planarität oder falscher Basenpaarung
Mutationsursachen
Depyrimidierung
Depyrimidinierung (Desaminierung und Depurinierung)
Desaminierung:
- Abspaltung einer Aminogruppe
- Dabei wird ein Cytosinrest zu einem Uracil desaminiert
- Da Uracil in der DNA nicht vorkommt wird es von der UracilDNA Glykosylase entfernt
- es entsteht eine apyridinische Stelle —> Verlust der genetischen Information
- GC —> GU –> G
Depyrimidinierung:
- eine Pyrimidinbase (C oder T) wird vom Zucker-Phosphat-Gerüst des DNA-Doppelstrangs durch Hydrolyse abgespalten
Mutationsursachen
Strahlung
Strahlung
UV-Mutagenese:
- Stören der helicalen Struktur
- benachbarte Thymin-Nt werden durch UV vernetzt (Pyrimidindimere)
- das verschlechtert die Basenpaarung
ionisierende Strahlung:
- dsBrüche, crosslinks, ssBrüche, strahlengeschädigte Basen
Was ist der Ames-Test?
- Der Ames-Test untersucht wie mutagen eine chemische Substanz ist
- man nutzt einen Salmonella-Stamm, der Histidin auxotroph (abhängig) ist und keine DNA-Reparatur besitzt
- nun inkubiert man den Stamm mit einer mutagenen Substanz (oder mit dem Leberextrakt von Ratten, die mutagene Substanz erhalten hatten)
- Dann plattiert man den Stamm auf ein Medium ohne Histidin, also sollten sie eigentlich nicht überlebensfähig sein
- nun zählt man die Revertanten (mutierte Bakterien)
Wie wird passiver Schutz der DNA gewährleistet?
Passiver Schutz
- die Haut bzw. ihre Pigmente (Melanin) ist ein Schutz
- Radikalfänger (VitC) helfen O2 Radikale abzubauen
- Enzyme zB Superoxid-Dismutase
- Redoxpuffer
- Räumliche Trennung: DNA im Zellkern und reaktiver Sauerstoff in Mitochondrien, Peroxisomen
MMR (Mismatch Repair) während der Replikation
- Wie wird in Bakterien der zu reparierende Strang erkannt?
MMR Mismatch Repair
- Scanning nach Fehlern der DNA unmittelbar nach der Replikation
Prinzip
- besteht aus 3 Proteinen MutS, MutL und MutH
- MutS erkennt den Mismatch und rekrutiert durch eine Konformationsänderung die anderen Enzyme MutL und MutH
- MutH schneidet den Strang und ein Teil des Strangs wird abgebaut und neue Nukleotide werden eingebaut
- die Reparatur kann nur dann erfolgen, wenn der alte Strang methyliert ist, der neu synthetisierte jedoch noch nicht (hemimethylierung)
- die Methylierung erfolgt durch die dam-Methylase
- MutH schneidet nur den nicht-methylierten Strang
- Mut-Komplex fädelt so lange DNA weiter durch, bis es alt von neu unterscheiden kann
BER (Basen-Exzisionsreparatur)
Basen-Exzisionsreparatur (base excision repair)
- für Mutationen, die nicht die DNA-Helix verbiegen
Prinzip:
- Überwachung des Genoms („Scanning“) durch eine Vielzahl von Mutationsspezifischen Glycosylasen, die spezifische Basenschäden erkennen
- Erkennung und Prozessierung durch Herausdrehen der beschädigten Base
- Hydrolyse der glycosidischen Bindung zwischen Base und Zucker –> apurinische (AP) Stelle
- Prozessierung der AP-Stelle durch Ausschneiden des Zuckers, Auffüllen der Lücke und Ligation
NER (Nukleotid Exzisionsreparatur)
Nukleotid Exzisionsreparatur (nucleotide excision repair)
Prinzip
- NER erkennt größere Basenveränderungen: zB Thymidin -Dimere und Verzerrungen in der Helix
- Schneidet beidseitig der Läsion
- Ein kleines Stück DNA wird herausgeschnitten und durch Polymeraseaktivität und Ligationsaktivität ersetzt
- In E. coli: UvrABCD System (analoges System in Eukaryoten)
- Kann an die Transkription gekoppelt sein (TCR, “transcription coupled repair”)
Doppelstrangreparatur (end joining)
– homolog
– nicht-homolog
Doppelstrangreparatur
- Bruchenden werden geglättet = Nukleotide gehen verloren
A: Nonhomologus End-Joining
- nach dem Bruch, werden die beiden Hälften einfach wieder verbunden (Ligationsreaktion)
- ist fehleranfällig, da oft an der Bruchstelle Nukleotide fehlen oder hinzugefügt werden
B: Homologous End-Joining
- das fehlende Stück wird vom homologen Chromosom kopiert und die homologe Sequenz wird wieder eingefügt
