Der Begriff Mutation leitet sich von dem lateinischen Verb „mutare“ (= verändern) ab. Eine Mutation ist eine dauerhafte Veränderung des Erbguts. Das heißt, es kommt auf Ebene der DNA zur Veränderung, Umlagerung oder zum Verlust von Nukleotiden. Dies wirkt sich auf die jeweiligen Genprodukte aus.
Mutagen
Mutagene sind Substanzen, die Mutationen in Lebewesen auslösen. Mutagene werden in chemische und physikalische Mutagene unterteilt.
Merke
Alles, was schädlich ist für den Menschen, ist auch schädlich für seine DNA!
Methode
Bitte nicht die einzelnen Mutagene auswendig lernen, sondern das Wirkprinzip herausfinden!
Chemische Mutagene
- Basenanaloga: den Basen ähnliche Stoffe, die bei der Replikation als Platzhalter arbeiten
- 5-Bromuracil: leitet sich von Thymin ab und kann bei der Replikation anstelle von T in die DNA eingebaut werden. Es bildet in diesem Fall ein Basenpaar mit A oder auch G. TA wird schließlich zu GC.
- Ethidiumbromid: Farbstoff, der zur Sichtbarmachung von DNA verwendet wird. Ethidiumbromid besitzt genau die Abmessungen eines Basenpaars und schiebt sich zwischen die Basenpaare der DNA. An diesen Stellen wird die DNA entwunden und gedreht, es kommt zum Abbruch der DNA-Replikation.
- Benzanthracen (Gift im Zigarettenrauch): wirkt wie Ethidiumbromid.
- Ethylmethansulfonat (EMS) verwandelt Guanin in O6-Guanin, das nun mit T paart.
Merke
Chemische Mutagene besitzen eine ähnliche Struktur oder ähnliche Größe wie DNA-Bestandteile!
Physikalische Mutagene
- Wärme: Unter Wärmeeinwirkung werden die Bindungen zwischen den Purinbasen und ihren Zuckern gespalten = Depurinierung. Diese Stellen können Gendeletionen (engl. delete = löschen) verursachen.
- UV-Strahlung: Benachbarte Thymidine verbinden sich zu sogenannten Thymidin-Dimeren. Der Replikationsprozess bricht an dieser Stelle ab.
- Röntgen- und Gammastrahlen: Sie geben beim Eindringen in die Zelle Energie ab. Diese Energie kann beim Auftreffen auf die DNA schwerwiegende Schäden verursachen, z. B. die DNA-Stränge brechen oder Basen zerstören. Zudem können sich Radikale bilden, die dann die DNA angreifen. Im Extremfall entstehen irreparable Doppelstrangbrüche.
- 8-Oxoguanin: eine durch Strahlung verursachte, fehlerhafte Base der DNA. Diese kann sowohl mit C als auch mit A paaren.
Merke
Physikalische Mutagene verändern durch zerstörerische Energie.
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Mutagenitätstest nach Ames
Diese einfache Nachweismethode (entwickelt von Bruce Ames) testet unbekannte Stoffe auf gefährliche Auswirkungen auf zelluläre Vorgänge (z. B. die Replikation).
Untersuchungsobjekt: Bakterienstamm Salmonella typhimurium, der aufgrund einer Punktmutation kein Histidin mehr herstellen kann (= auxotrophe Mutante). Auf Nährboden ohne Histidin kann der Organismus nicht wachsen, es sei denn, eine „Rückmutation“ ermöglicht die erneute Produktion von Histidin. Die Anzahl der Kolonien, die wachsen können, gibt Auskunft über die Schädlichkeit des Prüfstoffes. Meist werden die Prüfplatten mit Leberextrakt überschichtet. Dies simuliert das Entgiftungsverhalten des menschlichen Körpers, der Giftstoffe ausscheidet. Durch diese Prozesse entstehen manchmal giftige Abbauprodukte des geprüften Stoffs.
Merke
Ames-Test: Je mehr Kolonien wachsen können, desto gefährlicher der geprüfte Stoff!
Beispiel
Beispiele für die Reparatur der DNA-Schäden
- Der Einfluss von UV-Licht kann zur Bildung von Thymidin-Dimeren führen. Der Abbau dieser Thymidin-Dimere wird durch das Enzym Photolyase katalysiert. TT wird ausgeschnitten, die korrekten Basen T + T wieder eingesetzt.
- Entfernen von O6-Guanin durch das Enzym O6-Methylguanin-DNA-Methyltransferase. Guanin wird wiederhergestellt.