Mutation Was ist das?

Gliederung
1) Mutationen
a.) Was ist das?
b.) Formen
c.) Mutationstypen
d.) Wie können sie entstehen
e.) Spontane Mutationen
1) Down Syndrom
a.) Allgemein
b.) Ursachen
c.) Symptome
d.) Behandlung
1) Klinefelter Syndrom
a.) Allgemein
b.) Häufigkeit
c.) Wie äußert es sich?
d.) Diagnose
e.) Behandlung
1) Ullrich Tuner Syndrom
a.) Allgemein
b.) Häufigkeit
c.) Ursachen
d.) Diagnose
e.) Merkmale
f.) Behandlung
5) Zusammenfassung Klinefelter Syndrom
6) Zusammenfassung Turner Syndrom
7) Fragen
8) Antworten
9) Bewertung des Themas
10) Quellen
Mutation
Was ist das?
Mutationen sind Veränderungen im Genetischen Material, also im Erbgut. Bei Mutationen
wirkt eine Veränderung der Erbinformation in Körperzellen oder auch Keimzellen. Sie
können auf die Tochterzelle vererbet werden und haben kein bestimmtes Ziel. Mutationen
können Vor- und Nachteile vorweisen, sie sind jedoch Fällen negativ. Sie prägen sich
phänotypisch unterschiedlich stark aus. Mutationen sind die häufigste Ursache für
Krankheiten oder Fehlbildungen. Sie sind die Grundlage der Evolution und sind auch für
Pflanzenzüchtung von Bedeutung.
Formen
Bei den Mutationen in den Körperzellen werden bei der Mitose an Zellgenerationen weiter
vererbt. Das einzelne Individuum hat eine normale Zelle und eine Mutierte Zelle. Bei einer
Mutation in einer Keimzelle wirkt sich die Mutation auf das ganze Individuum aus. Wenn
eine Mutation außerhalb des Zellkerns entsteht, kommt es zu einer Veränderung der DNA
in den Plastiden und Mitochondrien. Dies kommt dann zu einer Funktionsstörung der
Plastide oder zu Störungen des Organismus.
Mutationstypen
Es gibt drei unterschiedliche Typen von Mutationen, Genmutation, Chromosomenmutaion
und Genommutation.
Genmutationen sind Änderungen in der Nucleotidsquenz der Gene. Sie treten dann ein,
wenn eine Mononukelotideinheit der DNA chemisch verändert wird oder verloren geht. Sie
treten auch dann ein, wenn ein zusätzliches Mononukleotid eingefügt wird.
Chromosomenmutaionen sind strukturelle Veränderungen eines Chromosoms. Es
handelt sich um größer Umbauten, durch die sich die Anfolge von Genen auf dem
Chromosom ändern. Weiterhin sind die Veränderungen erbleich.
Genommutaionen sind Veränderungen der artspezifischen Chromosomenzahl durch
einen Verteilungsfehler bei der Reifeteilung. Wenn das Chromosom vermehrt oder
vermindert wird, kommt es zu einer Aneuploidie. Ein Bespiel hierfür ist das DownSyndrom. Bei Pflanzen kommt es zu einer Vervielfachung des gesamten
Chromosomensatzes, der Polyploide.
Wie können sie entstehen?
Um die Entstehung der Mutationen zu verstehen, muss man Mutationen in spontane und
induzierte Mutationen unterteilen.
Spontane Mutation sind die Mutationen, die in einem Organismus auftreten unter
''normalen'' Umständen.
Mutationen entstehen nämlich auch mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit in einem
gesunden Organismus. Diese Wahrscheinlichkeit nennt man Spontanrate.
Die Spontanrate ist von der Aktivität der DNA-Reperatursysteme und von der Umgebung
des Organismusses abhängig. Wobei bei der induzierten Mutation hinzugegebene äußere
Einflüsse, wie zum Beispiel Röntgenstrahlung, auf den Organismus eingreift und die
Wahrscheinlichkeit einer Mutation deutlich erhöht. Jedoch ist die Abgrenzung zwischen
spontaner und induzierten Mutation nicht ganz einfach, da gewisse induzierte Elemente,
wie Röntgenstrahlung, auch im Sonnenlicht enthalten sind und somit auch auf natürlicher
Weise auf den Körper einwirken.
Spontane Mutationen:
Einer der häufigst auftretenden näturlichen Mutationen ist die strukturelle Veränderung der
Basen durch salpetrige Säure. Dieser Vorgang nennt sich Desaminierung, welcher das
Erbgut verändert.
Im Beispiel (oben) wird durch Wasser ein Stickstoff und ein Wasserstoff-Molekül an der
Base Cytosin abgespalten und es entsteht Ammoniak. Drauf folgt eine
Tautomereverschiebung und es entsteht Uracil.
Bei der Depurinierung (Beispiel: unten) wird die Base Guanin durch Wasser aus der
DNA-Kette abgetrennt und durch eine OH-Gruppe ersetzt.
Bei beiden Reaktionen wird die Struktur der DNA grundlegend verändert und die
gespeicherten Informationen im Erbgut zerstört.
Eine weitere spontane Mutation ist die Pyrimidin-Dimere.
Dabei werden benachbarte Pyrimidin-Basen (TT-TC-CC) durch ultraviolette Strahlung zu
Pyrimidin-Dimeren verbunden. Im Beispiel (unten) sind Thymin Basenpaare abgebildet.
Die Zwei in der Mitte werden miteinander verbunden und die in der Reihenfolge von
Basenpaaren kodierte Erbinformation wird zerstört.
Eine weitere bekannte Form der Mutagene ist die sogenannte ''non-disjunktion''.
Dabei werden zwei homologen Chromosome nicht getrennt, sondern beide zum gleichen
Pol durch den Spindelapperat, während der Meiose, gezogen. In Folge dessen hat eine
Keimzelle beide Chromosome und die andere keine. Dadurch variiert die Anzahl der
Chromosomen in den zwei Geschlechtszellen, was Aneuploidie genannt wird. Genauer
definiert heißt ein Chromosomsatz mit einem Chromosom weniger Monogamie und
mindestens ein Chromosom zu viel heißt Polysomie. Aneuplodie ist der Regel Ursache für
viele Mutationen, zum Beispiel Trisomie 21, wobei das 21. Chromosom dreifach im Erbgut
vorliegt (allgemein auch bekannt unter ''Down-Syndrom''). Der Vorgang wird auch
meiotische Non-disjunktion genannt, da die unübliche Trennung der homologen
Chromosome bei der Meiose abläuft.
Bei Interessierten:
Weitere Mutaionen durch non-disjunktion sind auf der folgenden Seite aufgelistet ;)
http://de.wikipedia.org/wiki/Aneuploidie
Tautomerien
''Bei der Tautomerie tragen die in der DNA vorkommenden Basen auch Amino- und
Ketogruppen. Sie können aber in seltenen Fällen intramolekulare Umlagerungsreaktionen
erfahren und in der Imino- oder Enolform vorliegen. In diesem Fall ändern sich die
Paarungseigenschaften: So paart z.B. Cytosin nicht mehr mit Guanin, sondern mit
Adenin.''
Entsprechendes gilt für alle andern Basen, wie folgende Aufstellung zeigt:
Normale Form
Tautomere Form
A (Amino) paart mit T A (Imino) paart mit C
C (Amino) paart mit G C (Imino) paart mit A
G (Keto) paart mit C
G (Enol) paart mit T
T (Keto) paart mit A
T (Enol) paart mit G
Induzierte Mutationen:
Wie bereits gesagt können Mutationen auch durch hinzugegebene äußere Einflüsse
erhöht werden. Die Mutationsrate steigt also, wenn man sich an einem heißen
Sommernachmittag absichtlich in die Sonne (physikalische Mutation) legt. Induzierte
Mutationen lassen sich in physikalische, chemische und virale Mutationen eingliedern.
Physikalische Mutationen
Wenn sehr energiereiche oder ionisierende Strahlen auf Zellen treffen, werden diese in
ihrer Erbgutsstruktur verändert, was meistens Einflüsse auf ihre Funktionalität hat. Dazu
gehören alpha- , beta- ,gamma- Strahlen und Röntgenstrahlen. Röntgenstrahlen
verursachen oft Chromosombrüche.
Ultraviolette Strahlen führen zu einer Bildung der Pyrimidin-Dimere, was bereits schon bei
den spontanen Mutationen beschrieben wurde.
Ultraviolette Strahlen mit verschiedener Wellenlänge dringen verschieden tief in das
Gewebe ein (s. Abbildung). UVA-Strahlen dringen beispielsweise bis in die Lederhaut ein
und zerstören so Hautzellen. Infrarotstrahlung dringt sogar weit in die Unterhaut ein und
beschädigt bspw. Mitochondrien in den dort liegenden Zellen.
Chemische Mutationen
Durch Zuführung von verschiedenen Substanzen können auch Zellen beschädigt werden.
Colchizin hemmt den Spindelapparat und verhindert somit die Trennung der Chromatiden
bei der Zellteilung.
5-Brom-Uracil hat eine ähnliche Struktur wie die Base Thymin. Es trägt anstatt einer
Methylgruppe ein Bromatom und wird zudem bei der Replikation mit Cytosin verwechselt.
In Folge dessen werden falsche Basenpaare verbaut. Es kommt zu einer
Basensubstitution.
Salpetrige Säure (HNO2) reagiert mit den Basenpaaren und verändert deren
Zusammensetzung.
Down Syndrom
Allgemeines:
Das Down Syndrom wird auch als Trisomie 21 bezeichnet. Statt üblicherweise zweimal tritt
das 21. Chromosom dreimal auf. Es liegen dadurch also insgesamt 47 Chromosome statt
46 vor.
In Deutschland leben ca. 40.000 Menschen, die vom Down Syndrom betroffen sind.
Das Down Syndrom ist mit einer auf 650 Geburten die häufigste durch Mutationen
verursachte Krankheit.
Früher starben 3 von 4 der Betroffenen vor der Pubertät und 90% vor dem 25. Lebensjahr.
Heute können Menschen mit dem Down Syndrom dank der medizinischen Erkenntnisse
50 und älter werden.
Ursachen:
Diese Chromosomenstörung entsteht, wenn die Eizelle und die Samenzelle ein
zusätzliches 21. Chromosom enthalten. Zuvor wird bei der Bildung von Samen oder
Eizelle das 21. Chromosomenpaar nicht ordnungsgemäß getrennt. Die Wahrscheinlichkeit
erhöht sich mit höherem Alter eines Menschen. Diese Erkrankung tritt meistens zufällig
auf.
Symptome des Down Syndroms:
Im Durchschnitt haben Erkrankte kleine Ohren, breite Hände mit kurzen Fingern, ein
instabiles Immunsystem, Sehstörungen, Entzündungen und Probleme bei der Verdauung.
Außerdem kommen häufig Herzfehler, Infektionen in den Luftwegen und eine starke
Gewichtszunahme nach der Pubertät vor.
Typische äußere Merkmale sind zudem ein flaches Gesicht, Muskelschwäche, schräge
Liderachsen, geringe Größe und Hautfalten im Gesicht.
Patienten leiden auch oft an verzögerter geistiger Entwicklung, z.B. schlechte
Sprachentwicklung und verminderte Fähigkeiten. Die Stärke der Symptome sind aber von
dem Erkrankten variabel. So kommen schwer Behinderte durch das Down Syndrom nur
selten vor.
Achtjähriger Junge mit Trisomie 21
Behandlung:
Die Erkrankung selbst ist nicht behandelbar. Den Patienten kann jedoch geholfen werden,
indem die Begleiterscheinungen behandelt werden. So können den Erkrankten
beispielsweise mit frühen geistigen Aufbauprogrammen geholfen werden. Durch die
neuartigen Therapien wird die Lebenszeit erhöht und den Betroffenen kann ein normales
Leben ermöglicht werden.
Klinefeltersyndrom
Bei dem Klinefelersyndrom handelt es sich um eine Chromosomenmutation, da hier eine
Fehlverteilung der Chromosomen vorliegt. Es wurde erstmals 1942 beschrieben.
Beide Geschlechtschromosomen trennen sich nicht. Bei dem Mann resultiert ein
Spermium mit xy-Chromosomen, bei der Frau die Eizelle mit 2x-Chromosomen. Wenn
sich also bei der Befruchtung entweder ein xy-Spermium mit einer normalen x-Eizelle,
oder eine 2x-Eizelle mit einem normalen Spermium vereinigt, kommt ein Junge mit dem
Karyotyp XXY zur Welt. Daran ist zuerkennen, das bei dem Klinefeltersyndom ein
zusätzliches X-Chromosom vorhanden ist Warum es diese Störung gibt, ist jedoch nicht
bekannt.
Häufigkeit
Das Klinefeltersyndrom betrifft ca 1 von 500 männlichen Neugeborenen. Bei 80% der Fälle
liegt ein zusätzliches X-Chromosom vor. Bei 20% der Fälle ist die Form mit zwei oder auch
drei zusätzlichen X-Chromosomen vorhanden. Das Klinefeltersyndom wird oft nicht
erkannt und ist nur in 25% der Fällt diagnostiziert. In Deutschland sind ca 80.000 Männer
mit dem Klinefeltersyndrom betroffen.
Wie äußert sich das Klinefeltersyndrom?
Das zusätzliche X-Chromosom führt zu einer Störung der Hodenfunktion, dies folgt dazu,
dass zu wenig Testosteron gebildet wird. Testosteron ist das wichtigste männliche
Geschlechtshormon. Bei Mangel an Testosteron kommt es zu einer Störung der
geschlechtlichen Entwicklung. Da so keine, oder nur wenige Samenzellen produziert
werden, sind die meisten Männer unfruchtbar. Weiterhin besitzen die betroffenen Männer
einen reduzierten Bartwuchs, und sind so wenig behaart. Auch Sprachprobleme sind
Merkmale des Klinefeltersyndroms. Sie sind Zeugungsunfähig und weisen
Verhaltensauffälligkeiten und Stimmungsschwankungen auf. Sie haben starke
Lernprobleme und besitzen große Hände und große Füße. Allgemein haben die
betroffenen eine große Körpergröße. In der Spätpubertät entwickelt sich in weiblicher und
rundlicher Körperbau mit kleinen Brüsten. Die Intelligenz ist eher durchschnittlich.
Weiterhin besitzen die Betroffenen einen kleinen Penis und kleine Hoden. Sie weisen von
einer Muskelschwäche und Hodenhochstand. Als äußeres Erscheinungsbild weisen die
Männer auch trockene und blasse Haut auf. Die motorische Entwicklung ist gestört und sie
haben weiterhin auch starke Zahnprobleme.
Diagnose
Das Klinefeltersyndrom fällt dann auf, wenn das Kind Sprachprobleme hat. Weiterhin fällt
das Klinefeltersyndrom dann auf, wenn sich der Mangel an Testosteron auch körperlich
bemerkbar macht. Darauf wird der Spiegel verschiedener Geschlechtshormone im Blut
überprüft. Um jedoch ein genaueres Ergebnis festzustellen, macht man einen Gentest, bei
dem man überschüssige Chromosomen nachweist.
Behandlung
Je früher das Klinefeltersyndrom entdeckt wird, desto besser. Bei Beginn der Pubertät
bekommen die Betroffenen das fehlende Testosteron ‘von außen‘ ersetzt. Die
Hormontherapien leiten die Vermännlichung ein. Dies folgt dazu, dass der Körper
muskulöser wird, die Körperbehaarung zunimmt und dass die Jungen ein ganz normales
sexuelles Interesse zeigen. Die Betroffenen sind lebenslang auf die Gabe von Testosteron
angewiesen. Der Arzt kontrolliert den Hormonspiegel. Weiterhin brauchen sie Hilfe bei der
Sprachlichen Entwicklung, was mit Hilfe von Förderunterricht eingeleitet werden kann. Bei
eingeschränkter Männlichkeit kann eine Selbsthilfegruppe oder psychotherapeutische
Behandlung helfen. Die Brust kann operativ entfernt werden. Jedoch muss bei einer
Knochenverweichung der Orthopäde helfen.
Ullrich Tuner Syndrom
Das Ullrich Tuner Syndrom ist eine Chromosomenerkrankung Diese Erkrankungen
betreffen nur Mädchen, denen ein X-Chromosom fehlt, oder es nur in Bruchstücken
erhalten ist. Hier ist auch die geringe Körpergröße von 135cm-163cm sehr auffällig. Otto
Ullrich beschrieb 1930 die Auffälligkeiten den Syndroms, welche Minderwuchs,
gedrungener
Körperbau,
ein
Faltenhals
und
eine
Überstreckbarkeit
der
Ellenbogengelenke. Bei den Betroffenen liegt ein Mosaik vorn, das bedeutet, es liegen
nebeneinander Zellen mit einem und mit 2 X-Chromosomen vor. Weiterhin kann auch eine
Strukturstörung des X-Chromosoms vorkommen.
Häufigkeit
Das Ullrich Turner Syndrom betrifft ca. 1 von 2500 – 3000 Mädchen
Ursachen
Das Fehlen eines 2. X- und Y-Chromosoms bewirkt eine körperliche und geistige
Entwicklung in weibliche Richtung. Sie ist auf eine Fehlverteilung der Chromosomen
während der Zellteilung zurückzuführen. Die äußeren Faktoren als Ursache sind
isolierende Strahlen, eine Virusinfektion oder eine chemische Verbindung. Das Alter der
Mutter ist hier nicht von Bedeutung.
Diagnose
Die Neugeborenen, betroffenen Mädchen haben oft ein Verändertes Erscheinungsbild,
denn sie haben an Hand und Fußrücken Lymphödeme. Weiterhin wird das Turner
Syndrom erkannt, wenn die Betroffenen kleinwüchsig sind, oder sie ein niedriges
Geweicht besitzt. Um den Verdacht zu sichern, ist eine Chromosomenanalyse geeignet,
da es so die Abweichungen am Erbgut feststellen kann. Das Turner Syndrom kann auch
bei einer Schwangerschaft diagnostiziert werden, in Form einer Pränatal Diagnostik
(vorgeburtliche Chromosomenanalyse).
Merkmale
Die Symptome können das äußeres Erscheinungsbild und die inneren Organe verändern.
Sie haben jedoch meist keine bedeutenden medizinischen Probleme. Die Merkmale sind
Schwellungen von Flüssigkeiten in den Extremitäten während der Kindheit. Weiterhin
gehört zu den Merkmalen die Veränderung der Finger- und Fußnägel, Kurzsichtigkeit,
Faltennacken, tiefer Nackenhaaransatz, Schildbrust, Herzgeräusche, erhöhtes
Auftretender Mittelohrentzündung, einzelne kürzere Finger oder Zehen, Fehlbildung und
Minderfunktion der Nieren und des Blasentracktes, Unterfunktion der Schilddrüsen,
Zuckerkrankheit, hoher Blutdruck, Muttermale, Leberflecken, trockene Haut, enger
hochbogiger Gaumen und weitauseinander stehende Augen.
Behandlung
Die Therapie des Turner Syndroms beginnt erst ab dem 6. Lebensjahr. Wenn die
Wachstumshormone
zum
Einsatz
kommen,
kommt
es
zu
einer
Wachstumshormontherapie. Ab dem 12. Lebensjahr erhalten Mädchen die fehlenden
weiblichen Geschlechtshormone für die Brustentwicklung um die Pubertät einzuleiten. Die
Mädchen bleiben aber trotzdem unfruchtbar, da die Eierstöcke nicht ausreichend
ausgebildet sind. Um Ödeme zu behandeln, macht man eine Lymphdrainagen Therapie.
Bei Herzfehler und Nierenfehlbildungen ist jedoch eine Operation erforderlich.
Zusammenfassung Klinefelter Syndrom
Im Jahr 1942 wurde das Klinefelter Syndrom von dem Arzt Harry F. Klinefelter entdeckt.
Jedoch wurde die Ursache erst im Jahr 1959 erforscht. Dieses Syndrom betrifft nur
Männer und wird als eine Erbkrankheit beschrieben. Es handelt sich um eine
Fehlverteilung der Chromosomen bei der Bildung elterlicher Keimzellen. In Deutschland
leben ca. 80.000 Jungen und Männer mit diesem Syndrom.
Zusammenfassung Turner Syndrom
Das Turner Syndrom beschreibt eine Mutation, die nur bei Mädchen und Frauen auftreten
kann. Es handelt sich um eine gonosomale Genommutation, die von Henry H. Turner im
Jahr 1938 beschrieben wurde. Die Betroffenen besitzen nur ein funktionsfähiges XChromosom.
Fragen
•1. In welche zwei Rubriken lässt sich die Entstehung der Mutationen eingliedern?
•2. Wovon ist die Spontanrate abhängig?
•3. Was passiert grob bei der Desaminierung?
◦4. Wo werden benachbarte Pyrimidin-Basen durch energiereiche Strahlen zu PyrimidinDimeren verbunden und in welche Rubrik lässt sich dieser Vorgang einordnen?
•5. Was sind typische äußere Merkmale beim Down Syndrom?
•6. Wie ist die genaue Bezeichnung des Down Syndroms?
•7. Was ist die Ursache für Trisomie 21?
•8. Bei wem kann das Klinefelter Syndrom auftreten?
•9. Bei wem kann das Turner Syndrom auftreten?
•10. Was ist eine Genommutation?
•11. Was ist eine Chromosomenmutation?
•12. Was ist eine Genmutation?
,
Antworten
•1. induzierte und spontane Mutationen
•2. Aktivität der DNA-Reperatursysteme und von der Umgebung des Organismus
•3. strukturelle Veränderung der Basen durch salpetrige Säure
•4. Pyrimidin-Dimere / Spontane Mutation
•5. flaches Gesicht, Muskelschwäche, schräge Liderachsen, geringe Größe und Hautfalten
im Gesicht
•6. Trisomie 21
•7. Eizelle und die Samenzelle enthalten ein zusätzliches 21. Chromosom
•8. Bei Männern
•9. Bei Frauen
•10. Veränderungen der artspezifischen Chromosomenzahl durch einen Verteilungsfehler
bei der Reifeteilung
•11. strukturelle Veränderungen eines Chromosoms
•12. Änderungen in der Nucleotidsquenz der Gene
Bewertung des Themas
+ viele Informationen über die Erkrankungen
+ interessantes Thema
- komplexe und anspruchsvolle Themenbereiche
- Vorwissen aus den Bereichen Physik und Chemie nötig, um die Entstehung zu
verstehen
Zusammenfassend ist zu sagen, dass das Thema manchmal sehr anspruchsvoll war, vor
allem bei der Entstehung, jedoch das Thema insgesamt interessant war und auch im
Nachhinein aufschlussreich.
Quellen
AllgeInfos:
http://e-learning.studmed.unibe.ch/Gen_Kurs/GEN_KURS/REPLIKA/MUT03.HTM
http://de.wikipedia.org/wiki/Down-Syndrom
http://de.wikipedia.org/wiki/Aneuploidie
http://de.wikipedia.org/wiki/Mutation
http://www.abipur.de/referate/stat/648673123.html
http://www.lerntippsammlung.de/Trisomie-21.html
http://flexikon.doccheck.com/de/Mutation
http://www.biokurs.de/skripten/13/bs13-5b.htm
http://www.biologie-schule.de/evolutionsfaktor-mutation.php
http://www.zum.de/Faecher/Bio/SA/stoff12/mutationen.htm
http://www.tk.de/tk/krankheiten-a-z/krankheiten-k/klinefelter-syndrom/29088
http://flexikon.doccheck.com/de/Klinefelter-Syndrom
http://www.medizin.de/ratgeber/klinefelter-syndrom.html
http://www.onmeda.de/krankheiten/ullrich_turner_syndrom.html
http://www.novonordisk.de/documents/article_page/document/Pat_HGH_UTS.asp
Bilder:
http://e-learning.studmed.unibe.ch/Gen_Kurs/GEN_KURS/REPLIKA/BILDER/MUT05.GIF
http://www.klinefelter-ost.at/bilder/merkmale.jpg
http://www.call-metics.de/fileadmin/img/referenzen/strahlen_haut_2.jpg
http://www.stuedeli.net/reto/medizin/kdb/content/paedi/bilder/Turner.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/03/Boy_with_Down_Syndrome.JPG
Eine Hausarbeit von Kristian Büge und Alexa Franz