Arten von Mutationen
Mutationen können sich auf einzelne Gene beschränken (Genmutationen), Teile von Chromosomen (Chromosomenmutationen) oder noch grössere Anteile des Erbmaterials (Genommutationen)betreffen.
Genommutationen
Normalerweise ist jedes der 23 Chromosomen des Menschen doppelt vorhanden, sie bilden ein Chromosomenpaar. Das eine stammt vom Vater, das andere von der Mutter. Liegen in einer Zelle nun drei oder mehr Ausführungen desselben Chromosoms vor, spricht man von Polyploidie, der Chromosomensatz ist dann nicht diploid (2n), sondern eben triploid (3n), tetraploid (4n), pentaploid (5n), usw. Die Knochenmarksriesenzellen (Megakaryocyten) sind gute Beispiele für menschliche polyploide Zellen: ihr Chromosomensatz erreicht durch Endoreplikation (DNA-Synthese ohne anschliessende Kernteilung) eine Grösse von 32n oder gar 64n! Es handelt sich dabei aber nicht um eine Mutation, sondern um eine gezielte Genomvergrösserung.
Diploide Keimzellen entstehen durch Ausbleiben der Reduktionsteilung bei der Meiose. Bei einer eventuellen Befruchtung entstehen triploide Embryonen. Diese sind aber nicht lebensfähig und sterben meist noch im Mutterleib.
Folgendes Karyogramm
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Arten von MutationenGenommutationen
Bildquelle: Traut: "Chromosomen - klassische und molekulare Cytokinetik", Springer-Verlag,1. Auflage 1991, ISBN 3-540-53319-2
Ebenfalls zu den Genommutationen gehören die Aneuploidien, bei welchen einzelne Chromosomen in Überzahl oder Unterzahl vorhanden sind. Ein Chromosom im Überschuss (also 47 statt 46) bezeichnet man als Trisomie, fehlt ein Chromosom, spricht man von Monosomie. Aneuploidien entstehen durch Fehlverteilung der Chromosomen bei der Gametogese.
Down-Syndrom
X
Prominentestes Beispiel für eine Trisomie ist das Down-Syndrom (Trisomie 21), früher "Mongolismus" genannt, bei welchem das Chromosom 21 in dreifacher Ausführung vorhanden ist. Patienten mit nur einem X-Geschlechtschromosom ohne Y-Chromosom leiden unter dem Turner-Syndrom (45, X0). Weitere Informationen über beide Krankheitsbilder finden Sie auf dem Plakat dieses Postens im Atelier.
Chromosomenmutationen
Diese Mutationen betreffen Strukturveränderungen von Chromosomen, bei welchen Brüche auftreten und sich die entstehenden grösseren Bruchstücke gegebenenfalls neu arrangieren. Chromosomenmutationen sind mit modernen Färbemethoden (Bänderungstechnik) im Gegensatz zu Genmutationen mikroskopisch sichtbar. Chromosomenbrüche können sich in jeder Phase des Zellzyklus erreignen. Tritt die Mutation beispielsweise in der G1-Phase ein, betrifft dies später beide Chromatiden. Eine Strukturaberration in der G2-Phase beschränkt sich meist auf ein Chromatid.
Zusammenstellung
X
Zusammenstellung der wichtigsten ChromosomenmutationenDeletion:
Das Chromosom verliert durch
das Bruchereignis einen Teil
seiner Information. Man unterscheidet
einen Zwischenstückverlust von einem Endstückverlust.
Inversion:
Das Bruchstück wird um 180 gedreht
und wieder eingesetzt. Man spricht
von einer parazentrischen Inversion,
wenn beide Arme des Chromosoms betroffen
sind, von einer perizentrischen Inversion,
wenn nur einer umgebaut wird.
Ringchromosomen:
Deletion an beiden Enden
des Chromosoms und anschliessende
Fusion beider Bruchstücke zu einem Ring.
Duplikation:
Das Bruchstück wird im homologen
Partnerchromosom eingebaut. Liegen
die entsprechenden Chromosomenabschnitte
direkt hintereinander, spricht man von einer
Translokationen:
Hier werden Bruchstücke zwischen nicht homologen Chromosomen ausgetauscht. Es entsteht deshalb kein Materialverlust.
Translokationen:
Hier werden Bruchstücke zwischen
nicht homologen Chromosomen ausgetauscht.
Es entsteht deshalb kein Materialverlust.
Zentrische Fusion (Robertson'sche Translokation):
Sie ist eine Sonderform der oben besprochenen Translokation und betrifft die akrozentrischen Chromosomen 13, 14, 15, 21 und 22. Zwei Chromosomen verlieren dabei ihre Satelliten-DNA und fusionieren zu einem grösseren Chromosom. Erfolgt der Umbau zwischen homologen Chromosomen, entsteht ein metazentrisches, sonst ein submetazentrisches Translokationschromosom. .
Bildquelle: Hirsch-Kaufmann, Schweiger: "Biologie für Mediziner und Wissenschaftler",
2. Auflage, Georg Thieme Verlag, ISBN 3-13-706502-X
Zeichnen Sie eine Zentrische Fusion der Chromosomen 14 und 21 auf.
Wie sieht die Chromosomenverteilung bei der Gametogenese und wie bei einer eventuellen Befruchtung der Eizelle aus (theoretisch sechs verschiedene Fälle)?
Welchen Einfluss hat dies auf den Embryo?
Lösung
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Die Folgen einer Deletion im kurzen Arm von Chromosom 5, einer Mutation, welche zum sog. Cri-du-chat-Syndrom (Katzenschrei-Syndrom) führt, können Sie dem Plakat im Atelier entnehmen.
Genmutationen
Genmutationen betreffen einzelne Abschnitte eines Gens und sind deshalb mikroskopisch nicht sichtbar. Oft betreffen sie sogar nur ein einziges Basenpaar auf der DNA: es sind dies sogenannte Punktmutationen.
Substitution:
- Beim Kopieren von DNA (Replikation) kann es vorkommen, dass falsche, nicht komplementäre Basen eingebaut werden. Wird eine Purin-Base durch eine andere Purin-Base ersetzt (AG) oder eine Pyrimidin-Base durch eine andere Pyrimidin-Base (CT), spricht man von einer Transition; bei einer Transversion wird eine Purin- durch eine Pyrimidinbase (A, GT, C) oder umgekehrt (T, CA, G) ersetzt
Hinweis: Ein gutes Beispiel für eine Basensubstitution ist die Sichelzellanämie. Sie finden im Atelier einen Posten zum Thema "Sichelzellanämie".
Deletion und Insertion:
- Der Verlust oder der Einbau einzelner Basen kommen seltener vor. Da das Basentriplett (drei aufeinanderfolgende Basen) die Basis des genetischen Codes darstellt, kommt es bei Deletion oder Insertion einzelner Basen unter Umständen zu einer Verschiebung des Leserasters eines Gens (sog. frame-shift-Mutation). Wie Sie noch sehen werden, führt dies schlussendlich zu einer völlig veränderten Proteinstruktur. Dazu ein einfaches Beispiel:
DNA (nur kodierender Strang gezeigt)
und entsprechende Basentripletts
Insertion von zwei Basen (A, T)
und resultierende Basentripletts
Deletion einer Base (Cytosin)
und resultierende Basentripletts
Versuchen Sie herauszufinden, in welchen Fällen Deletion oder Insertion von Basen zu keiner frame-shift-Mutation führt.
Lösung
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Die genetischen Code-Wörter sind Basentripletts. Wenn nun eine Anzahl Basen, die dem Vielfachen von 3 entspricht, in die DNA eingebaut oder entfernt wird, kommt es zu keiner Verschiebung des Leserasters, wie unteres Schema zeigt. Allerdings entsteht dann bei der Proteinsynthese ein zu kurzes Eiweiss oder eines mit zuviel Aminosäuren. Beispiel einer Deletion einer einzigen Aminosäure (Phenylalanin) in einem Regulationsprotein für Chlorid-Kanäle in der Zellmembran: Gendiagnostik beim Menschen
