VL 17 Genmutationen

Question 1

Spontane Mutationsraten bei Pro- und Eukaryoten:

Answer 1

• Mutationsrate ist sehr niedrig
• Ca. 1 Mutation in 108 Nukleotiden pro Generation = ca. 1x10-8

Question 2

Missense / Nonsense / stumme Mutationen

Answer 2

• stumme Mutation: Trotz Mutation wird die gleiche Aminosäure eingesetzt
• Nonsense-Mutation: Die Mutation führt zu einem Codon, welches nicht für eine Aminosäure codiert ⇒ Abbruch der Translation
• Misssense-Mutation: Die Mutation führt zu einem Codon, welches für eine andere Aminosäure codiert ist.

Question 3

Rasterschubmutationen

Answer 3

• Eine Base wird entweder zusätzlich hinzugefügt oder entfernt (Slippish)
• Die Polymerase macht somit einen Addition- bzw. Deletionsfehler

Question 4

Transitionen und Transversionen

Answer 4

Transitionen:

Transversionen

Question 5

Reversionen

Answer 5

• eine bereits passierte Mutation kann durch eine weitere Mutation wieder in ihrer Wirkung reversible gemacht werden
• Das Basencodon muss dabei nicht identisch bleiben, relevant ist die Aminosäurensequenz

Question 6

Suppressormutationen

Answer 6

• Ein durch Mutation entstandenes STOP Codon (z. B. UAG) kann durch eine Mutation im Anticodon einer tRNA „ausgeglichen“ werden

Question 7

Luria/Delbrück Experiment

Answer 7

• Beobachtung von Mutationsauftreten in Bakterienkolonien
• Mutationen traten willkürlich auf, in verschiedenen Generationen und nicht gerichtet
• Somit sind Mutationen spontan

Question 8

Wodurch entstehen Mutation?

Answer 8

• Replikationsfehler
• Reparaturfehler
• Radikale
• Transposition
• hydrolytische Desaminierung von 5-Methylcytosin zu Thymin (Zerstörung von Makromolekülen (DNA))
• Tautomerverschiebung

Question 9

Tautomerverschiebung

Answer 9

• Isomerisierung in sehr hoher Geschwindigkeit
• Tymin in Keto-Form kann durch Umklappen der Bindung auch in die Enol-Form springen
• Cytosine in Amino- und Imino-Form
• Dadurch werden andere WWB zu anderen Basen aufgebaut, da ein zusätzliches OH in der Enol-Form bzw. Amino-Form vorliegt

Question 10

Desaminierung

Answer 10

• Hydrolyse der exocyclischen Amino-Gruppen Spontan od. z.B. durch Nitrat, Nitrit, salpetrige Säure
• Cytosin wird durch Desaminierung zu Uracil
• Uracil wird durch Uracil DNA Glykosylase entfernt
• Dadurch entsteht ein Loch in der DNA und die genetische Information geht verloren

Question 11

Chemische Mutagentien

Question 12

Depurinierungen

Answer 12

• Adenin oder Guanin wird vom Zucker-Phosphat-Gerüst des DNA-Doppelstrangs durch Hydrolyse abgespalten

Question 13

Oxidation

Answer 13

• Angriff der Doppelbindungen durch reaktive Sauerstoff-Spezies (O2 ^- , .OH, H₂O₂ )
• Es entstehen Mutation durch fehlerhafte Paarung und
• Blockierung der DNA-Polymerase durch Strukturänderung

Question 14

Strahlung
– UV = Pyrimidindimer
– Ionisierende Strahlung: Strangbrüche

Answer 14

• Pyrimidindimer: Verpaarung von nebeneinander liegenden Basen, wodurch keine Wechselwirkung mehr zu den gegenüberliegenden Basen möglich ist. Besonders T-T ist anfällig
• Ionisierende Strahlung: Zerstörung von Doppel- und Einzelsträngen, Fusionierung von Basen und Modifikation von Basen

Question 15

Was ist der Ames-Test?

Answer 15

Indentifizierung von Mutanten

• Bakterien, die durch eine Mutation bestimmte Substanzen nicht mehr selbst produzieren können (bspw. Aminosäuren), werden auf ein Medium ohne diese Substanzen (zB Histidin) gesetzt
• Wenn sie weiter wachsen, haben sie die Fähigkeit wieder erlangt

Question 16

DNA-Schäden: Gegenmaßnahmen

Answer 16

• Passiv (Schutz)
• Aktiv (Reparatur)
  – direkte Eliminierung (Photoreaktivierung, Dealkylierung)
  – Herausschneiden des Schadens
  – Rekombination (Verpflanzung eines intakten Bereichs)
• Toleranz (Aufschub der Reparatur auf später)
  – Expression von Rettungssystemen, die die DNA Integrität wiederherstellen, aber Mutationen zurücklassen

Question 17

Wie wird passiver Schutz der DNA gewährleistet?

Answer 17

• Haut / Pigmente
• Radikalfänger z.B. Vitamin C
• Enzyme
  – Superoxid-Dismutase
  – Katalase
• Redox-Puffer z.B. Glutathion
• Räumliche Trennung
  – DNA im Zellkern
  – reaktiver Sauerstoff in Mitochondrien, Peroxisomen

Question 18

Mismatch Repair (MMR)

Answer 18

Scanning der neu gemachten DNA unmittelbar nach der Replikation

• Mechanismus konserviert in Prokaryoten und Eukaryoten (Namen der Enzyme unterschiedlich)
• Unter ATP-Verbrauchen scannt das Protein die neureplizierte DNA und rekrutiert dann die entsprechenden Proteine, die den Fehler beheben
• Reparatur des korrekten Stranges nur solange die DNA hemimethyliert ist (E.coli)

Question 19

BER

Answer 19

base excision repair

• Überwachung des Genoms („Scanning“) durch eine Vielzahl von Mutationsspezifischen Glycosylasen, die spezifische Basenschäden erkennen
• Erkennung und Prozessierung durch Herausdrehen („flip-out“) 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

Question 20

NER

Answer 20

nucleotide excision repair

• 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”)

Question 21

Doppelstrangreparatur

– homolog

– nicht-homolog (end joining)

Answer 21

Bei einem Bruch gehen Nukleotide an den Enden verloren, durch Abbau

• homolog: funktioniert nur in diploiden Organismen, da die fehlende Sequenzen von dem zweiten Chromosomen kopiert und dann eingesetzt wird.
• nicht-homolog: Die Enden werden einfach wieder zusammen gesetzt, wodurch die Nukleotide verloren bleiben