Vorlesung 4: Punktmutation Und Reperatur Flashcards
(50 cards)
1
Q
Warum verändern sich verschiedene Proteine unterschiedliche? Also warum sind bei einigen Proteinen Mutationen erlaubt und bei einigen nicht?
A
- (Funktionalität)
- wegen den Interaktionen, je mehr Proteine Interaktionen haben, desto schwieriger ist die Mutation, weil die anderen Sachen sich mit mutieren müssen
2
Q
Wer hat mehr Mutationen: Männer oder Frauen?
A
- Männer haben mehr Mutationen
- Männer produzieren Spermien, das bedeutet mehr Mitose, weil sie sich immer wieder erneuern
- Frauen besitzen Eizellen seit der Geburt, diese teilen sich nicht und müssen auch nicht erneuert werden
3
Q
Was gibt es für Mutationen?
A
- Genmutation
- Chromosomenmutationen
- Genommutationen
4
Q
Was sind die Ursachen von Mutationen
A
- spontan
- induziert
5
Q
Was sind die Auswirkungen von Genmutationen
A
Stumme Mutationen
-CCC-CCG
Pro-Pro
— Codon hat sich verändert, hat aber keinen Effekt
(Die zu keinem ASaustausch führt und somit auch zu keiner Veränderung im kodierten Protein führt)
Nonsense Mutationen
-UGG-UGA
Tryp-STOP
- Aminosäure wird durch Mutation zu einen STOP Codon
-> drastischer Effekt
(Mutation, bei denen durch Basenaustausch der DNA ein STOP Codon entsteht, wo zuvor eine AS in das betreffende Protein eingebaut wurde)
Missense-Mutation
-UGG-UGU
Tryp-Cys
- Aminosäure wird vertauscht
(Mutation, bei denen durch Basenaustausch der DNA ein verändertes Codon entsteht und dadurch eine andere AS in das betreffende Protein eingebaut wird, was zu einer Funktionsänderung führen kann)
6
Q
Was versteht man unter einer Punktmutation
A
- Form der Genmutation, bei der ein Nukleotid der DNA ausgetauscht, hinzugefügt oder entfernt wird
Transition - Purin->Purin (A/T->G/C oder G/C->A/T
- Pyrimidin->Pyrimidin (T/A->C/G oder C/G->T/A)
Transversion
Purin->Pyrimidin (A/T->C/G oder A/T->T/A)
Pyrimidin->Purin (C/G->G/C oder C/G->A/T)
7
Q
Was versteht man unter einer Rasterschubmutation?
A
- Base kommt weg oder kommt hinzu
- bei der Replikation wird Base übersprungen oder wird hinzugefügt
- bei der sich das Raster der gesamten nachfolgenden Basensequenz verschiebt, entweder durch einfügen (Insertion) oder Löschen einer oder mehrerer Basen (Deletion=
8
Q
Reversion
A
- Punktmutation kann reserviert werden (durch ein zweites Mutationsergebnis) rückgängig gemacht werden)
- sind genetische Veränderungen, die die Wirkung von Mutationen umkehren
— wenn die Auswirkung einer Mutation durch eine zweite Mutation aufgehoben wird
9
Q
Supression und Supressor-Stämme
A
- eine durch Mutation entstandenes STOP Codon (UAG) kann durch eine Mutation im Anticodon einer tRNA „ausgeglichen“ werden
- Problem: diese wird wieder recycelt
-tRNA wird nicht einmal verwendet sondern ab jetz für jedes STOP Codon das übergangen wird - andere Release Faktoren konkurrieren dabei mit der tRNA
10
Q
Treten Mutationen zufällig auf oder sind sie das Resultat einer gerichteten ANpassung an eine veränderte Umwelt?
A
- Lurial/Delbrück Experiment: entstehen Mutationen spontan oder gerichtet?
- Darwins Theorie richtig, da Mutationen zufällig passieren und durch T1 Phage sich die Mutation nicht an die Phage gerichtet hat sondern die Mutation chaotisch ablief
- die Ungerichtetheit von Mutation belegt, dass eine Vererbung von erworbenen Eigenschfaten nicht möglich ist
- Selektion begünstigt solche Mutanten, die unter den gegebene Umweltbedingungen einen Vorteil gegenüber dem Wildtyp haben
- Mutationen bei Tieren müssen in Zellen der Keimbahn bzw. den Gameten passieren, damit sie an die Nachkommen vererbt werden
- somatische Mutationen können zu Krebs führen
11
Q
Welche Mutanten gibt es?
A
Negative Mutante:
Fehlsinnmutation (missense)
Nichtsinnmutation (nonsense)
Neutrale Mutante:
Stille Mutation (sillenz)
Sinnmutation (Sense)
Positive Mutation
12
Q
Spontane Mutationsrate bei Pro-und Eukaryoten
A
Basenaustausch pro Nukleotidpaar/Generation: ca. 1x10⁻⁸ pro Nukleotid
13
Q
Wie entstehen spontane Mutationen?
A
- Replikstionsfehler
- Reperaturfehler
- Radikale
- Transposition
- hydrolytische Desaminierung von 5-Methylcytosin zu Thymin
- Tautomerverschiebung
14
Q
Wie entstehen Induzierte Mutation
A
- durch physikalische und chemische Mutagene
15
Q
Tautomerieverschiebung
A
Elektronenpaar wird verschoben
- auch möglich: ungewöhnliche Basenpaarung in der Replikation:GA/GU (Wobble)
Bsp: Bildung einer T-A zu C-G-Transitionsmutation in Folge einer Tautomerverschiebung im Adenin
16
Q
Schäden an Basen
A
- Alkylrest eingelagert
- Wasser kann attackieren
Aminogruppen können entfernt werden durch Hydrolyse - verbrauchtes Zucker kann kaputt gehen
- doppelbindung durch Oxidation auflösen
17
Q
Desaminierung
A
- Hydrolyse der exocyclischen Aminosäuren-Gruppen spontan oder z.B. durch Nitrat, Nitrit, salpetrige Säure
- Aminogruppe durch Hydrolsye entfernt
- es ensteht eine unnatürliche Base und wird als Schaden erkannt
18
Q
Depyrimidinierung : 2 Stufenprozess
A
- Hydrolyse AS abgespaltet (Desaminierung)
- wird von Uracil DNA Glykosylase entfernt
- apyridinische Stelle— Verlust der genetischen Info
- spontane Desaminierung von Cytosinresten ca 400 mal/Tag im Säugergenom
chat:
Der Verlust einer Pyrimidinbase (C oder T) aus der DNA, meist durch Spaltung der glykosidischen Bindung – es entsteht eine AP-Stelle (apyrimidinisch)
- Betrifft Pyrimidinbasen: Cytosin (C) oder Thymin (T)
- Führt zu einer abasic site (auch AP-Stelle = apyrimidinische Stelle)
- Kann spontan oder durch chemische Einwirkung entstehen
- Beeinträchtigt die Replikation und Transkription → Mutationen möglich
- Wird normalerweise durch die Basenexzisionsreparatur (BER) korrigiert
Depurinierung = Verlust einer Purinbase (Adenin oder Guanin)
Depyrimidinierung = Verlust einer Pyrimidinbase (Cytosin oder Thymin)
19
Q
Spontane Depurinierung
A
- im Genom eines Säugers entstehen bis zu 10 000 Apurin-Stellen/Tag
- apurinische Stelle—Verlust der genetischen Info
- wenn Loch dann wird immer ein A von der DNA-Polymerase eingebaut
- an AP-Stellen werden gegenüber der Informationslosen Stelle bevorzugt Adenin-Nukleotide eingebaut
- chat:- Die DNA verliert Adenin (A) oder Guanin (G)
- Zurück bleibt ein Zucker-Phosphat-Rückgrat ohne Base
→ eine sogenannte AP-Stelle („apurinische Stelle“) - Die Information an dieser Stelle ist nicht mehr lesbar
→ erhöhtes Risiko für Mutationen bei der Replikation
Depurinierung = Verlust einer Purinbase (Adenin oder Guanin)
Depyrimidinierung = Verlust einer Pyrimidinbase (Cytosin oder Thymin)
20
Q
Oxidation:
A
- Angriff der Doppelbindung durch reaktive Sauerstoff-Spezies (O2-,-OH, H2O2
— Verlust der Planarität (Base verändert ihre Planarität) - 8-oxo-7,8-dihydro-Guanin (oxoG), verursacht Mutationen durch Paarung mit A
- Thymin-Glycol, blockiert die Replikation
21
Q
Alkylierung von Basen
A
- Modifizierung der N- und O-Gruppen
- Veränderung der Paarungseigenschaften, Störung der helikalen Struktur
22
Q
Ames-Test: wie mutigen ist eine chemische Substanzß
A
- Salmonella-Stamm: Histidin auxotroph (haben nicht Stoffe um zu überleben) his- /
keine DNA-Reparatur - Inkubation mit mutagener Substanz (oder mit
Leberextrakt von Ratten, die mutagene Substanz
erhalten hatten) - Plattierung auf Medium ohne Histidin: Zählen der
Revertanten - Salmonella typhimurium:
- Mutation in einem Gen-> keine Histidin Synthese
- Nährmedium (ohne Histidin)-> sterben ab (sponatne Mutation, kann dazu führen das paar wachsen)
- durch Testsubstanz-> Revertante (prototroph) können selbest synthetisieren-> Mutagen bewirkt Rückmutation, sodass Histidin wieder synthetisiert werden kann
chat:
-Verwendet werden mutierte Bakterien (meist Salmonella typhimurium), die kein Histidin mehr selbst herstellen können.
- Die Substanz wird auf diese Bakterien gegeben.
- Wenn die Substanz Mutationen auslöst, können einige Bakterien wieder Histidin synthetisieren (Reversion).
- Wachstum auf Histidin-freiem Medium = Hinweis auf Mutagenität.
Mutagen: äußere Einflüsse, die das Ergbut verändern können (Mutation hervorrufend welche Gene wie starkt mutationen)
auxotroph: mangelmutanten
23
Q
UV-Mutagenese
A
- Benachtbarte Thymin-Nucleotide sind Hotspot aber auch andere Pyrimidin-Dimeren:T-T,C-T, CC)
- durch induzierte Strahlung werden die helikalen Struktur gestört
- Vernettung von Pyrimidinen—schwierig Wasserstoffbrücken zu bilden
24
Q
Ionisierende Strahlung
A
- Beta und Gamma Strahlung
- beim Rötngen
- führen zu:
- crosslinks, Doppelstranbrücje, Einzelstrangbrüche, strahlengeschädigte Basen
25
Auslöser von Mutationen
- Tautomerverschiebung
- Depurinierungen/ Desamininierungen (Depyrimidinierungen)
- chemische Mutagentien- e.g. Oxidantien
- Strahlung
- UV-Pyrimidindimer
- Ionisierende Strahlung: Strangbrüche
26
Was sind Gegenmaßnahmen gegen DNA-Schäden
1. Passiv (Schutz)
2. Aktiv (Reperatur)
- direkte Eliminierun (Photoreaktivierung, Dealkylierung)
- Herrausschneiden des Schadens und ersetzen
- Rekombination (Verpflanzung eines intakten Bereiches)
3. Toleranz (Aufschub der Reperatur auf später
- Expression von Rettungssystemen, die die DNA-Integrität wiederherstellen, aber Mutationen zurücklassen
27
Passiver Schutz vor DNA-Schäden
Haut Pigmente
- können UV-Strahlung absorbieren, Hauptpigment: Melanin schützt und vor UV-Strahlung
Radialfänger Bsp Vitamin C (Quäntchen Sauerstoff)
Enzyme: entschärfen Sauerstoffradikale
Räumliche Trennung
- DNA in Zellkern
- reaktiver Sauerstoff in Mitochondrien, Peroxisomen
28
DNA-Reperatur: Photoaktivierung
- aktiver Molekularer Schutz
- haben Bakterien und Pflanzen
- Enzym: Photolyase
- fehlt in Säugetieren
- spezifische für T-T-Dimere
- Substratbindung im Dunkeln
- Katalyse ist lichtabhängig (300-500nm)
- 2 Chromophore: 1x Antenne (Lichtsammler), 1x „katalytisch“ (e-Donor)
- Reversion: direkte Reperatur ohne das das rausgeschnitten wird
1. Native DNA
2. Pyrimidine in UV DNA
3. Komplex von DNA mit Photoreaktivierungsenzym
4. Absorption von Licht (kleiner 300nm)
5. Freosetzung von Enzymen zur Wiederherstellung der native DNA
chat:
- Es repariert speziell Pyrimidin-Dimere, die durch UV-Strahlung in der DNA entstanden sind. Das Enzym bindet an das Dimer und nutzt die Energie des Lichts, um die kovalente Bindung zwischen den Basen aufzubrechen und die DNA wiederherzustellen
29
DNA-Reperatur-Alkyltransferasen
- Alkyl/Methyltransferase akzeptieren Alkylrest
- kann nur einmal gemacht werden—sehr teuer
- Alkylierung und Methylierung problematisch da giftige Substanz
- „Selbstmord“-Enzym:
- wirkt stöchiometrisch, nicht katalytisch
chat:
- Alkylgruppen werden an DNA-Basen angehängt
- Alkyltransferasen übertragen die Alkylgruppe von der geschädigten DNA auf sich selbst, wodurch die DNA-Schädigung repariert wird
30
MMR
Mismatch Repair - Fehlpaarungsrepartur
- scanning der neu gemachten DNA unmittelbar nach der Replikation
- Mechanismus konserviert in Prokaryoten und Eukaryoten (Namen der Enzyme unterschiedlich)
- Reperatur des korrekten Stranges nur solange die DNA hemimethyliert ist
Reihenfolge:
- MMR erkennt Fehlpaarung, muss erkannt werden welcher der Tochter und welcher der Mutterstrang ist
- falsche Base wird durch Endonukleasen aus dem Tochterstrang rausgeschnitten
- Lücke wird durch Polymerase aufgefüllt
- Enden durch DNA Ligase verbunden
31
BER
- Basen-Exzisionreperatur (base excision repair )
- nicht beschränkt
- Überwachung des Genoms (Scanning) durch eine Vielzahl von Mutationsspezifischen Glycosylasen, die spezifische Basenschäden erkennen
-> erkennen Base und drehen sie aus der Helix raus-> Glykosidische verschiebung-> rausgeschnitten-> Loch
Erkennung und Prozessierung durch Herausdrehen (“flipout”) der beschädigten Base
Hydrolyse der glycosidischen Bindung zwischen Base und Zucker-> apurinische (AP) Stelle
Prozessierung der AP-Stelle durch Ausschneiden des Zuckers
Auffüllen der Lüke und Ligation
BER: Für Mutationen, die nicht DNA-Helix verbiegen
-> Base wird abgeschnitten- Rückgrad aus- Synthese gibt dann einmal short patch (nu an einer Stelle fehlt Base und word ersetzt) und einen long patch
32
Nukleotid-Exzisionsreperatur (nucleotide excision repair=NER)
- zerschneidet Rückgrad der DNA
- 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 Transkription gekoppelt sein (TCR, transcription copled repair)
kann Strom aufwärts oder abwärts geschnitten werden
33
Xeroderma pigmentosum
- TFIIH wichtig für reperatur und Transkription der DNA)
- Mutation in NER
- moonlight kids, in Regionen häufiger wo Heirat in der Familie erlaubt ist
- autosomal rezessive Mutation im NER System (einschließlich TFIIH)
- Patienten extrem sensitiv gegen Sonnenlicht
- Mittleres Alter bis zum Hautkrebs: 8 Jahre (80 Jahre für Rest der Bevölkerung)
34
Doppelstrangbruchreperatur
Crip cross schneidet DNA
muss repariert werden
Bruch-> gGlättung und dann nonhomologous end-Joining oder homologous end-joining
35
Was ist die häufigste Mutation die auftritt
- Punktmutation
36
somatische Mutation und Keimbahnmutation definieren
**Somatische Mutationen**
- treten in Körperzellen auf und werden nicht an Nachkommen vererbt
**Keimbahnmutationen**
- kommen in den Keimzellen (Eizellen und Spermien) vor
- können an die Nachkommen weitergegeben werden
37
Was für Mutationstypen gibt es (Genmutation)
– Missense / Nonsense / stumme Mutationen
– Rasterschubmutationen
– Transitionen / Transversionen
– Suppressormutationen
– Reversionen
38
39
Was für Mutationen gibt es?
negative, neutrale und positive Mutaionen
**negative:**
- missense Mut. (verringerte Enzymaktivität, Genwirkung)
- nonsense Mut. (keine)
**neutrale:**
- sense/stille Mutation (gleich)
**positive:**
- seltene Mut. (erhöht)
40
Bsp induzierte Mutation
- durch äußere Einflusse:
***- Strahlung:***
**UV-Strahlung/UV-Mutagenese:**
- Benachtbarte Thymin-Nucleotide sind Hotspot aber auch andere Pyrimidin-Dimeren:T-T,C-T, CC)
- durch induzierte Strahlung werden die helikalen Struktur gestört
- Vernetzung von Pyrimidinen—schwierig Wasserstoffbrücken zu bilden
- Verursacht Thymin-Dimere
**Ionisierende Strahlung**
- Beta und Gamma Strahlung
- beim Rötngen
- führen zu:
- crosslinks, Doppelstranbrüche, Einzelstrangbrüche, strahlengeschädigte Basen
**Oxidantien**
- oxidieren DNA-Basen, z. B.:
Guanin → 8-Oxo-Guanin
- 8-Oxo-Guanin paart falsch mit Adenin statt Cytosin → Punktmutation
- Es kann zu Basenfehlpaarungen, Einzelstrangbrüchen oder Abbrüchen kommen
41
MMR
| kurz
während der Replikation
42
BER
| kurz
für einfache Basenveränderungen ohne Auswirkung auf die
DNA-Helix
43
NER
| kurz
Ausschneiden eines verkrümmten DNA-Helix-Bereiches
44
Wie wird dein Doppelstrang repariert?
- plötzlicher Doppelstrangbruch
- Verlust von Nukleotiden durch Abbau an den Enden
**homolog Rekombination-homolog-end-joining**
- unbeschädigte Kopie wird benutzt, um beschädigte DNA zu reparieren bevor Zellteilung einsetzt
- komplette Sequenz wiederherstellung durch Kopie vom zweiten Chromosom
- - nur möglich nachdem die DNA repliziert wurde und
Verlust von Nukleotiden durch Abbau an den Enden
Verlust von Nukleotiden durch Abbau an den Enden
**non homologes end joining**
- Enden werden gesäubert damit bündige Enden enstehen
- - Enden werden dann mit der Ligase verknüpft
- NA-Reparaturmechanismus, der Doppelstrangbrüche in der DNA ohne eine homologe Vorlage repariert
- NHEJ verbindet die gebrochenen DNA-Enden direkt miteinander, oft unter Verlust von Nukleotiden an den Bruchstellen
45
Wie wird in Bakterien der zu reparierende Strang erkannt?
Bakterien: haben methylierte DNA damit sie wenn Bakteriophasen sie angreifen erkennen können
46
Wie wird der Strang bei der Fehlpaarungsreperatur in E.coli unterschieden?
* Bindung der Reparaturproteine an hemimethylierte
Stellen; MutH schneidet nur nicht-methylierten,
neuen Strang
* Methylierung durch „dam“-Methylasen
47
BER Video
Basen-Exzisionsreparatur (base
excision repair - BER)
- beschädigte fehlerhafte BAsen werden durch Glykosylasen erkannt und trennt sie vom Zucker indem sie die N-glykosidische Bindung trennt
- Endonuklease schneidet da bei der modifizierten oder geschädigten Base
- Lücke durch Polymerase aufgefüllt und durch Ligase verbunden
- - kleine
48
NER Video
Nukleotid-Exzisionsreparatur
(nucleotide excision repair =
NER)
- DNA Enzyme erkennen eine Veränderung in Form der DNA
- Endonuklease schneidet DNA Strang
- beschädigte Stück wird dann entfernt
- Lücke wird von Polymerase aufgefüllt
- Enden werden durch Ligase verbunden
49
50
