VL 17: Mutationen Flashcards
1
Q
DNA Sequenzstabilität
A
- Histone stark konserviert, da jede AS wichtig für Interaktionen
- somit sind Histne in viele Organismen fast identisch
- Mutationsraten extrem niedrig
- ca. 1 Mutation in 108 nt pro Generation
2
Q
Mutationstypen (auf welcher Ebene)
A
- Genmutation
- Chromosomenmutation
- Genommutation
3
Q
Auswirkungen von Mutationen
A
- negativ
- z.B. missense, nonsense
- neutral
- z.B. stlle, sense
- positive
- z.B. erhöhte Enzymaktivität durh Mutation
4
Q
Mutationen sind ungerichtet
A
- 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
5
Q
Auswirkungen von Genmutationen (Punktmutationen)
A
- stumme Mutation
- Nt ändert sich, so dass die selbe AS codiert wird
- Nonsense Mutation
- durch Basenänderung entsteht ein Stoppcodon mitten im Gen
- Missense Mutation
- eine andere AS wird kodiert
6
Q
Punktmutationen
A
- Transition
- Purin –> Purin
- Pyrimidin –> Pyrimidin
- Transversion
- Pyrimidin –> Purin
- Purin -_> Pyrimidin
7
Q
Rasterschubmutation
A
- eine Base zuviel bzw. wird eine zu wenig eingebaut
- slippage
- Polymerase rutscht Position weiter
- problematisch bei ORFs
- ganz andere Sequenz
8
Q
Reversion
A
- eine Punktmutation kann revertieren, d.h. durch ein zweites Mutatiosereignis rückgängig gemacht werden
9
Q
Suppressormutation
A
- Mutation in tRNA, können an Stopp-Codon binden
- Ein durch mutations entstandenes Stopp-Codon (z.B. UGA) kann durch eine Mutation im Anticodon einer tRNA ausgeglichen werden
10
Q
Nachteile der Suppressormutation
A
- erkennt stoppcodon abder nicht mehr normales Codon
- isoakzeptorische tRNA
- wobble
- an anderen ‘echten’ Stoppcodonen wird für AS kodiert
- konkurrieren mit release-faktoren
- release factor gewinnt meist
- nicht alle mutieren
11
Q
Wer übrträgt mehr Gendefekte Männer oder Frauen?
A
- Männer, da ständige Spermienproduktion und so höhere Wahrscheinlichkeit bzgl. Mutationen
12
Q
Sind Mutationen zufällig oder das Resultat einer gerichteten Anpassung?
A
- Genmutationen sind ungerichtet
- passieren spontan
- Selektion begünstigt solche Mutnten, die unter den gegeben Umweltbedingungen einen Vorteil gegenüber dem Wildtyp haben
- Mutationen bei Tieren müssen in der Keimbahn stattfinden, damit sie vererbt werden
- Luria/Delbrück Experiment als Beweis
13
Q
Luria-Delbrück Experiment
A
- Kultur von Bakterien, definierte Anzahl von Generationen (4) wachsen lassen
- überlegung: Frequenzen von Mutationen, wenn gerichtet
- Stress mit Phagen, Selektionsdruck
- am ende der Inkubationszeit, Hinzugabe von Phagen
- Anzahl von Plaques (Löcher in Bakterienrasen) → je mehr Plaques desto erfolgreicher die Phage
- Zahl von resistenten Bakterien sollte gleich sein, wenn es sich um gerichtete Mutation handelt
14
Q
Welche Mutation sollte bei Bakterien stattfinden, damit Phagen kein Problem darstellt?
A
- Phage muss Bakterie erkennen
- anderer Rezeptor auf Membran –> Phage erkennt Zelle nicht mehr
15
Q
Wo müssen Mutationen bei Tieren passieren, damit sie an Nachkommen vererbt werden?
A
in den Zellen der Keimbahn bzw, in den Gameten, damit sie an die Nachkommen vererbt werden.
Somatitsche Mutationen können zu Krebs führen.
16
Q
Auswirkung von Mutation in Hinblick auf Selektion/Evolution
A
17
Q
Ursachen spontane Mutationen
A
- Replikationsfehler
- Reparaturfehler
- Radikale
- Transposition, Mutagene
- springen und zerstoeren DNA
- hydrolytische Desaminierung von 5-Methylcytosin zu Thymin
- Makromolekuele kaputt
- Tautomerverschiebung
18
Q
induzierte Mutationen
A
- durch physikalische und chemische Mutagene
- giftige Substanzen
19
Q
Tautomerverschiebungen
A
- Tautomer = Isomere die schnell ineinander übergehen
- Basen in Isomerform = Tautomerie (Verschiebung von e-)
- es entstehen anormale Basenpaarungen
- relevant während Replikation
- auf eiem Strang ntsteht so Punktmutation
- Polymerase erkennt iso-Basen als andere
- in normaler DNA-Form Tautomerisierung irrelevant, da Basenpaarung schon festgelegt
- Auch möglich: ungewöhnliche BP in der Replikation: GA/GU (Wobble)
20
Q
Schäden an Basen
A
- spontan oder Gifte
- Hydrolyse
- glykosidische Bindung
- wo Zucker an base gebunden
- labile Verbindung
- Oxidation
- Angriff Doppelbindungen
- Alkylierung
- Krebserregend
- andere Basenpaarung
- Deamination
21
Q
Desaminierung
A
- Hydrolyse der exocyclischen Aminogruppe
- spontan oder durch Nitrat, Nitrit, salpetrige Säure
- C –> U => GU Paarung in DNA –>wird als Schaden erkannt
- Entfernung durch DNA Glykosylase
- Grund warum kein U in DNA
- vor allem Stellen mit 5-Methylcytosin mutieren oft zu Thymin
- Sequenz nach Replikation
- CpG-Inseln hotspots für spontane Mutionen
22
Q
Hydrolyse - Depurinierung
A
- apurinische Stelle –> Verlust genetischer Info
- durch Hydrolytische Spaltung der glykosidischen Bindung wird Base frei
- Im Genom eines Säugers entstehen bis zu 10 000 Apurin-Stellen/Tag
- an AP-Stellen werden gegenüber der informationslosen Stelle bevorzugt Adenen-ukleotide eingebaut
- Es gibt auch Depyrimidinierung (seltener)
23
Q
Oxidation
A
- Angriff der Doppelbindungen durch reaktive Sauaerstoff-Spezies (O2-, OH, H2O2)
- Verlust der Planarität
- oxoG –> Paarung mit A
- Thymin-Glycol –> blockuert die Replikation
24
Q
Ames-Test: wie mutagen ist eine chem. Substanz
A
- Bakterienstamm mit bestimmter Mutation zB Salmonella mit Histidin Auxotrophie (können kein His mehr herstellen —> keine DNA-Reparatur!
- Inkubation mit mutagener Substanz!
- oder mit Leberextrakt von Ratten, die mutagene Substanz erhalten haben!
- in Leber sammeln sich Schadstoffe und werden gespalten —> ggf carcinogene Stoffeenstehen
- Plattierung auf Medium ohne Histidin —> Zählen der Revertanten!
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UV-Mutagenese: Strahlung
* Benachbarte Thymin-Nt sind Hotspots
* auch an anderen Pyrimidin Dimere --\>verzerrenHelix
* Störung der helikalen Struktur
* Disaster für Replikation
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Ionisierende Strahlen
* _ds-Brüche_
* crosslinks
* ss Brüche
* strahlengeschädigte Basen
27
Woher kommt Strahlung? größte Strahlungsbelastung
* Medizin
* Röntgenstrahlung
* 40%
* radioaktives Gas = Radon
28
DNA-Schäden: Gegenmaßnahmen
* Passiv (Schutz)
* Aktiv (Reparatur)
* direkte Eliminierung (Photoreaktivierung, Dealkylierung)
* Herausschneiden des Schadens
* Rekombination (Verpflanzung eines intakten Bereichs
* Toleranz (Aufschub der Reparaatur auf später)
* Expression von Rettungssystemen, die die DNA-Integrität wiederherstellen, aber Mutationen zurücklassen
29
Passiver Schutz vor DNA-Schäden
* Haut/Pigmente
* Radikalfänger z.B. Vitamin C
* Enzyme
* Superoxid-Dismutase
* Katalase
* Redox-Puffer z.B. Glutathion
* räumliche Trennung
* DNA im ZK
* reaktiver Sauerstoff in Mitochondrien, Peroxisomen
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DNA-Reparatur: Alkyltransferasen
* Dealkylierung
* inaktiviert sich selbst
* Selbstmord-Enzym
* wirkt stöchiometrisch, nicht katalytisch
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MMR - Mismatch Repair
* **Scanning** der neu gemachten DNA unmittelbar nach der Replikation
* Mechanismus konserviert in Prokaryoten und Eukaryoten (Namen der Enzyme unterschiedlich
* _MutS_ **erkennt** Repliationsfehler (falsche BP)
* **Konformationsänderung**
* rekrutiert _MutL_ und _MutH_
* MutH **schneidet** Strang
* Strang wird **entfernt**
* neuer Strang wird **synthetisiert**
* Reparatur des korrekten Stranges nur solange die DNA _hemimethyliert_ ist (in Prokryoten)
* **Methylierung** durch dam-Methylase (alte DNA ist methyliert)
* MutH **schneidet** **nur nicht-methylierten Strang**
* Mut-Komplex fädelt so lange DNA weiter durch, bis es alt von neu unterscheiden kann
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BER - Basen-Exzisionsreparatur (base excision repair)
* **Excision** des Schadens
* **Überwachung** des Genoms (Scanning) durch Vielzahl von Mutationsspezifischen äden erkennen Glycosylasen, die spezifischee **Basenschäden** **erkennen**
* **Erkennung** und **Prozessierung** durch **Herausdrehen** (flip-out) der beschädigten Base
* **Hydrolyse** der glycosidische Bindung _zwischen Base und Zucker_ (apurinische (AP) Stelle
* Prozessierung der AP-Stelle durch **Ausschneiden** des Zuckers
* **Auffüllen der Lücke und Ligation**
* BER für Mutation, die nicht DNA-Helix verbiegen
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NER - Nukleotid-Exzitationreparatur --\> Excision des Schadens
* NER erkennt gtößere **Basenveränderängungen**, z.B. Thymin-Dimere und **Verzerrungen un der Helix**
* **schneidet beidseitig** der Läsion
* ein kleines **Stück DNA wird herausgeschnitten** und durch **Polymeraseaktivität und Ligationsaktiviität ersetzt**
* in E.coli: uvrABCD System
* kann an die Transkriptions gekoppelt sein (TCR, transcription coupled repair)
* DNA-Bereich mit hoher Transkriptionsaktivität besitzen weeniger Fehler als stillgelegene Bereiche, da der Transkriptionsapparat schon Reparaturen vollzieht
34
Xeroderma pigmentosum
* autosomal rezessive Mutation im **NER** System (einschließlich TFIIH))
* Patienten extrem sensititv gegen **Sonnenlicht**
* Mittleres Alter bis zum Hautkrebs: 8 Jahre (60 Jahre für den Rest der Bevölkerung)
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Doppelstrangbruchreparatur
1. Bruchenden werden geglättet
2. 2 Wege
* (A) **Nonhomologous** End-Joining
* Hälften werden einfach verbunden --\> Fehler anfällig + Nt fehlen
* (B) **Homologous** End-Joining
* fehlendes Stück wird vom homologen Chromosom kopiert und eingefügt
36
weitere Reparatursystem
* Notfallreparatur / Toleranz: spezielle DNA-Polymerasen lesen über Fehler (Transläsionssynthese) oder flicken DNA-Löcher ohne die ursprüngliche Sequenz perfekt wiederherzustellen
* Proofreading-Aktivitäten der DNA Polymerasen
* Rekombinationsreparatursyste
* Expression von Rettungssystemen, die die DNA-Integrität wiederherstellen, aber Mutation zurücklassen
* in manchen Situationen ist es erst einmal wichtiger Transkribieren zu können, als die DNA zu repararieren
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Auswirkung von Mutation in Hinblick auf Selektion/Evolution
