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Biologievortrag
Mutationsarten

Gliederung
1. Begriffsklärung
2. auslösende Faktoren – Mutagene
3. Was sind
a) Genmutationen
b) Chromosomenmutationen
c) Genommutationen
4. Mutationen an Hand ausgewählter Beispiele
a) Sichelzellanämie
b) PKU = Phenylketonurie
c) Katzenschreisyndrom
d) Werner - Syndrom
e) Ullrich – Turner – Syndrom
f) Klinefelter - Syndrom
g) Down – Syndrom/Mongolismus/Trisomie 21
5. Quellenangabe

1. Begriffsklärung – Was ist eine Mutation
- sprunghafte Veränderung des genetischen Materials auf Grund von Mutagenen
- der Genotyp (Erbgut im Zellkern) ist betroffen somatische Mutation: nicht auf
nachfolgende Generation vererbbar; gonosomatische Mutation: da Geschlechtszellen
betroffen vererbbar
- Ergebnis der Mutation: Mutante
- Allele, die Mutationen bewirken sind meist rezessiv Menschen u. alle anderen
diploiden Organismen haben jedes Chromosom u. somit jedes Gen doppelt d.h. die
Wirkung d. Genveränderung tritt nur ein, wenn d. Träger f. die Mutation homozygot, d.h.
an beiden Genen betroffen ist
- Wahrscheinlichkeit f. Auftreten homozygoter Allele steigt bei Paarung eng verwandter
Individuen; deswegen: gehäuftes Auftreten Erbkrankheiten in geograf. isolierten
Gebieten u. bei familiärer Inzucht

- Ursachen: - Mutagene
- Fehler beim Kopieren d. DNS (neuer Doppelstrang weist andere
Nukleotide auf als Original); wenn dies bei Gametenentstehung dann
Vererbung
- dieser Fehler kann prinzipiell an jeder DNS-Stelle auftreten, allerdings
gibt es „hot Spots“ (besonders anfällige Stellen) Mutatorgene (stören
Genauigkeit der DNS-Verdopplung)
- wenn Mutation bei Nukleotidsequenz, die f. best. Polypeptid codiert, kann
es zur Veränderung gleich mehrerer AS kommen Eigenschaften werden
verändert biologische Funktion geht verloren
- Beispiel: Sichelzellenanämie (Erbkrankheit): bei Erkrankten unterscheidet sich
Hämoglobinmolekül nur in einziger Aminosäure von Hämoglobin gesunder Individuen
- Mutationen verschaffen in seltensten Fällen Überlebensvorteil, meist sind sie schädlich
f. Individuum
- erste Berichte über Mutationen aus Jahre 1901 v. Botaniker Hugo de Vries
- 1927 stellte amerik. Biologe Hermann Joseph Muller fest, dass sich
Mutationshäufigkeit bei Fruchtfliegen durch Behandlung mit Röntgenstrahlen stark
steigern lässt

2. Die Ursache – Mutagene
- bei somatischer Mutation Umwandlung Körperzellen in Krebszellen
- Nitrosamine (z.B. beim Grillen v. Fleisch) bewirken chem. Veränderung DNS-Basen
neue Paarungseigenschaften Mutation
- Teerstoffe (z.B. Zigarettenrauch): Moleküle mit Ringsystem schieben sich zw. DNS-
Struktur Rastermutation
- UV-Strahlung bewirkt Veränderung DNS-Basen z.B. Vernetzung benachbarter
Thyminmoleküle oder Quervernetzung gegenüberliegender Basen Doppelstrang
kann nicht mehr aufgelöst werden (Unterbindung Replikation (Kopieren d. DNS) u.
Transkription (gen. Information wird auf m-RNS umgeschrieben))
- radioaktive Strahlen u. Röntgenstrahlen erzeugen freie Radikale (sehr
reaktionsfreudige Teilchen) chem. Reaktionen mit DNS Veränderung DNS
- andere chem. Mutagene: HNO3, Senfgas, Industrieabgase, Pflanzengifte (z.B. zerstört
Kolchizin (Gift d. Herbstzeitlose) Spindelapparat gen. Informationen werden falsch
auf neue Zellen verteilt)
- physikalische Einflüsse: Temperatur
- aber: Reparatursysteme: best. Enzymkomplexe wandern DNS entlang u. überprüfen
diese auf Unregelmäßigkeiten; Immunsystem

3a) Was sind Genmutationen
- Veränderungen d. DNS, die ein best. Gen betreffen
- dabei können einzelne Nukleotidbasen verloren gehen, hinzukommen oder gegen
andere ausgetauscht werden
- biolog. normales Allel wird als Wildtypallel, gen. verändertes als Mutantenallel
bezeichnet

3b) Was sind Chromosomenmutationen
- Änderungen in Struktur d. Chromosomen
- versch. Varianten: Inversion (Teilstück Chromosomen bricht ab, dreht sich um 180° u.
heftet sich an gleicher Stelle wieder an), Translokation (Chromosomenstück bricht ab u.
lagert sich an anderem, nicht homologem Chromosomen wieder an), Duplikation (wenn
Chromosomenstück abbricht u. sich so an homologes Chromosomen bindet, dass d.
gleiche Abschnitt zweimal hintereinander vorliegt), Deletion (Teil eines Chromosoms
geht vollständig verloren)
- Deletionen in homozygotem Zustand i.d.R. tödlich, Mutanten mit Translokationen u.
Inversionen meist lebensfähig
- Großteil derartiger Chromosomenumordnungen ist zurückzuführen auf Fehler beim
Crossing-over (Meioseeffekte)

3c) Was sind Genommutationen
- Veränderung d. artspezifischen Chromosomenzahl durch Verteilungsfehler bei der
Reduktionsteilung (Meiose)
- wenn einzelne Chromosomen vermehrt o. vermindert vorliegen spricht man von
Aneuploidie
- z.B. Trisomie 21 (Chromosomen 21 liegt dreifach vor)
- wenn Erhöhung des Chromosomensatzes Polyploidie (v.a. bei Zier- u. Nutzpfl.)
- tritt auf, wenn bei Meiose die beiden Chromosomen eines homologen Paares statt sich
zu trennen zu ein u. demselben Pol wandern als Folge entstehen Gameten u. später
Zygoten, die zu viele o. zu wenig Chromosomen aufweisen
- liegen in best. Chromosomentyp drei, statt normalerweise zwei, Chromosomen vor,
spricht man v. Trisomie; fehlt ein Chromosom, von Monosomie
- manchmal passiert es, dass sich in Meiose gesamter Chromosomensatz nicht trennt
Entstehung Keimzellen mit doppeltem Chromosomensatz, die nach Vereinigung mit
normaler Keimzelle Zygoten mit dreifachem Chromosomensatz bilden triploid
- durch Polyploidie kann innerhalb einer Generation neue Art entstehen
- aber: lebensfähige, fortpflanzungsfähige polyploide Organismen fast ausschließlich bei
zwittrigen Arten, z.B. den meisten Blütenpfl. u. einigen wirbellosen Tieren

- polyploide Pfl. i.d.R. größer u. widerstandsfähiger als andere diploide Vorfahren
- lt. Bericht d. Wissenschaftszeitschrift „Nature“ ist Wüstenratte offenbar einziger Säuger
mit vierfachem Chromosomensatz
- bei Menschen selten polyploide Föten, diese sterben aber in früher Phase d.
Schwangerschaft ab

Allgemeine Vererbbarkeit von Mutationen

4a) Sichelzellenanämie
- erblich bedingte Krankheit
- Hämoglobin (sauerstofftransportierender Stoff des Blutes) ist verändert periodische
Unterbrechungen d. Blutzirkulation
- v.a. bei Schwarzen in USA (jeder Vierte erkrankt), im Mittelmeerraum u. Nahen Osten
ist Krankheit häufig anzutreffen
- kann schon im sechsten Lebensmonat auftreten
- Symptome: Bauchkoliken, Appendizitis (Vergrößerung Herz, schmerzhafte
Schwellungen an Händen u. Füßen), Geschlechtsreifung in Pubertät kann verzögert
sein, Störungen Blutkreislauf können Kranken f. Infektionen u. Beingeschwüre anfällig
machen
- da als 17.Base Adenin anstatt Thymin, verändert sich Raumstruktur verschlüsselten
Proteins verändertes Hämoglobin kristallisiert deswegen bei Sauerstoffmangel aus
- Hervorrufen Symptome durch Veränderung Hämoglobin: ändert Form, wenn
Sauerstoffgehalt Blut irgendwie sinkt; auch rote Blutkörperchen, in denen sich
Hämoglobin befindet, ändern Form v. rund auf sichelförmig; sichelförmige
Blutkörperchen verstopfen Kapillaren, wodurch Blutzirkulation unterbrochen wird

- Behandlung d. Sichelzellenanämie beschränkt sich ausschließlich auf Linderung
Symptome; Verabreichung v. Penicillin an Kinder im Alter v. vier Monaten senkt
Sterblichkeit durch Infektionen deutlich; deswegen in meisten westl. Ländern
Routineuntersuchungen auf Sichelzellenanämie bei Neugeborenen

4b) PKU = Phenylketonurie
- angeborene erbliche Stoffwechselkrankheit (Enzymdefekt)
- Gen auf langem Arm des Chromosoms 12 mutiert
- PKU-Vererbbarkeit
- Fehlen des Enzyms Phenylalaninhydroxilase, das Phenylalanin zu Tyrosin umbaut
giftig wirkende Stoffwechselprodukte Schädigung insbesondere Hirngewebe
- deswegen ist Früherkennung (Guthrietest) nötig, um Diät anzusetzen
- Häufigkeit: 1 : 10000 bis 1 : 15000
- Symptome: epileptische Anfälle, schwere geistige Defekte, Hirnkleinwuchs,
Pigmentstörungen auf d. Haut, unangenehmer Geruch nach Azeton (ähnlich
Nagellackentferner)

4c) Katzenschreisyndrom
- durch Chromosomenanomalie verursachte Entwicklungsstörung
- Stückverlust am kurzen Arm des Chromosoms Nr.5
- Kinder haben verminderte Lebenserwartung
- Häufigkeit: 1 : 50000, bevorzugt weibliche Neugeborene
- Symptome: bei Geburt geringes Gewicht; Fehlbildungen äußeres Erscheinungsbild,
selten innere Organe; meist Fehlbildung insbesondere des Kopfes u. des Gesichtes;
geistige u. körperliche Entwicklung verzögert; Muskelschwäche; Probleme mit Herzen u.
Atmung; Ernährungsprobleme; häufig auftretende Infektionen; hohe, katzenschreiartige,
schrille Lautäußerung in ersten Lebensmonaten vermutlich in Folge eines zu klein
gewachsenen Kehlkopfes; Gebissfehlstellungen; meist Skoliose
- Diagnose durch Chromosomenuntersuchung
- Verhinderung Krankheit nicht möglich, nur Eindämmung Symptome durch
Physiotherapie, Sprachtraining etc.

4d) Werner – Syndrom
- erstmals entdeckt v. Otto Werner 1904
- klassische Progerie des Erwachsenen; unterscheidet sich eindeutig v. Progerie des
Kindes
- wird rezessiv vererbt
- meist sind Geschwister mit betroffen
- Ursache: Defekt des RECQL-Gens auf Chromosomen Nr.8 dieses Gen codiert f.
eine DNS-Helikase aus d. RecQ-Familie wird bei Replikation u. Reparatur DNS
benötigt Defekt führt zu Störungen in DNS-Reparatur u. dadurch zu Zeichen
vermehrter chromosomaler Instabilität, d.h. zu Chromosomenbrüchen u.
chromosomalen Umbauten Veränderung Chromosomenstruktur
- höchstseltenes Auftreten, f. Japan: drei auf 1Mio Einwohner
- Symptome: Ausbleiben pubertärerer Wachstumsschub; im Alter v. 30-40 Jahren
erscheinen Patienten alt; Gesicht wird teils als vogelartig beschrieben; Stimme ist
schwach u. piepsig; Haut ist nicht mehr homogen, elastisch, weich sondern teils dünn,
faltig u. teils fest, gespannt; teils übermäßige Verhornung u. Pigmentveränderungen;
Geschwüre im Bereich d. Fußgelenke; Haar wird grau, dünn, fällt aus; Muskelabbau;
Knochenschwund; Gefäßprobleme erhöhtes Herz- u. Hirninfarktrisiko
- Auftreten vieler Komplikationen
- Behandlung ausschließlich d. Komplikationen u. Nebenwirkungen möglich
- Lebenserwartung: 49 Jahre

4e) Ullrich – Turner – Syndrom
- nach dt. Kinderarzt Ullrich u. amerik. Hormonforscher Turner benannt
- bei Mädchen auftretende Entwicklungsstörung in Folge des Fehlens des zweiten
Geschlechtschromosoms
- Häufigkeit: 1 : 2500
- Hauptkennzeichen bei den äußerlich weiblichen Individuen sind Minderwuchs;
bindegewebige Degeneration d. Gonaden (Keimdrüsen) u. Nichteintreten d.
Menstruation; schildförmiger Brustkorb; etwas gedrungener Körperbau; Hautfalte am
Hals; unterentwickelte Eierstöcke fehlen v. Geschlechtshormonen;
Pubertätsentwicklung bleibt aus; Unfruchtbarkeit
- Fehlbildungen sind häufig (v.a. an Herz- u. Nieren)
- Behandlung durch Zugabe v. Wachstumshormonen

4f) Klinefelter – Syndrom
- nach amerik. Arzt Klinefelter benannt
- in männlichem Geschlecht auftretende Chromosomenanomalie
- zusätzlich zu X- u. Y-Chromosomen liegt weiteres X-Chromosomen vor
- betroffen ist eins v. 1000 Neugeborenen
- Folgen: Unterentwicklung d. Hoden bei normal ausgebildetem Penis; mangelnde
o. völlig fehlende Bildung v. Samenzellen, was Sterilität verursacht
- Intelligenz kann beeinträchtigt sein
- Mangel an männl. Geschlechtshormon Testosteron kann zu Hochwuchs u.
Verweiblichung d. Geschlechtsbehaarung führen; evtl. Osteoporose
- Behandlung durch möglichst frühe Zugabe v. Testosteron Minderung
Osteoporosegefahr u. Förderung Ausprägung sekundärer männlicher
Geschlechtsmerkmale

4g) Down – Syndrom/Mongolismus/Trisomie 21
- Down – Syndrom, früher Mongolismus genannt (heute aber als diskriminierend
empfunden), ist angeborene Fehlbildung, die v. mäßiger bis schwerer geistiger
Behinderung begleitet ist
- hervorgerufen durch Chromosomenanomalie
- Personen mit Down-Syndrom sind oft untersetzt u. haben kleinen, runden Kopf mit
hoher, flacher Stirn; Lippen u. Zunge sind trocken u. rissig
- typisches Anzeichen ist Hautfalte (Epikanthusfalte genannt) an inneren Augenwinkeln
- Handflächen zeigen einzelne Querlinie u. auf Fußsohlen zieht sich Längsfalte v. Ferse
bis Zwischenraum zw. erstem u. zweitem Zeh; Patienten haben angeborene Herzfehler
u. sind anfällig f. Leukämie; IQ i.d.R. zw. 20 u. 60 (Bevölkerungsdurchschnitt ist
definitionsgemäß 100), bei frühem Erkennen u. Eingreifen erreichen Erkrankte aber
auch höhere Werte
- Auftreten Down – Syndrom liegt bei einem Fall unter 700 Neugeborenen, Risiko steigt
aber mit Alter d. Mutter; bei Kindern 25-jähriger Mütter kommt nur ein Fall auf 2 000
Neugeborene, bei 35-jährigen Frauen liegt Verhältnis bei 1 : 200 u. bei über 40-jährigen
bei 1 : 40
- heutzutage nimmt Zahl Betroffene zu, da immer mehr Frauen im hohen Alter Kinder
bekommen

- historisch frühester Nachweis Down-Syndrom betrifft nach einem 2003 in „The Lancet“
erschienenen Bericht Tübinger Forscher das rund 2 550 Jahre alte Skelett einer 18- bis
20-jährigen Frau; obwohl Frauen zu dieser Zeit sehr früh Kinder bekamen, waren
Wissenschaftler überrascht, unter mehr als 7 000 untersuchten Skeletten nur eines mit
Zeichen des Down-Syndroms zu finden; dies lasse vermuten, dass es heute neben
relativ hohen Alter der Mutter bei Schwangerschaft weitere Risikofaktoren gebe
(möglicherweise Rauchen oder die Einnahme von Ovulationshemmern)
- mit Methoden vorgeburtlicher Diagnostik wie Amniozentese
(Fruchtwasseruntersuchung) u. Chorionbiopsie kann Chromosomenanomalie frühzeitig
erkannt werden; auch Blutuntersuchung Mutter aufschlussreich: Spiegel
Alphafetoprotein anormal niedrig o. nichtkonjugiertes Östriol (ein Östrogen) u.
Choriongonadotropin (ein Hormon d. Plazenta) liegen nicht in normaler Konzentration
vor; wenn Nasenbein Fötus in 14. Schwangerschaftswoche auf Ultraschallaufnahmen
nicht sichtbar, leidet Kind höchstwahrscheinlich am Down – Syndrom; Untersuchung
vereinzelt auftretender embryonaler Zellen in Blut d. Mutter möglich (dabei wird
Erbmaterial im Rahmen d. so genannten Fluoreszenz-in-situ-Hybridisation (FISH) mit
Hilfe fluoreszierender Substanz markiert)
- bei Chromosomenabweichung bei Betroffenem handelt es sich um Trisomie 21, d.h.
Chromosomen 21 liegt in allen Körperzellen in dreifacher Ausfertigung vor ( d.h.
in allen Körperzellen 47 statt 46 Chromosomen)
- lt. Wissenschaftlern liegt Grund darin, dass Eizelle mit 24 Chromosomen v. Samenzelle
mit 23 Chromosomen befruchtet wird; allerdings hat man auch Samenzellen mit 24
Chromosomen gefunden

- anormale Ei- o. Samenzelle stammt v. Keimzelle ab, bei d. Chromosomen Nr. 21 nicht
getrennt wurde u. in entsprechende Ei- o. Samenzelle gelangte
- Sonderform des Down – Syndroms entsteht durch Translokation, d.h. Bruchstück
Chromosom 21 heftet sich an anderes Chromosomen; wenn nur ein Teil d. Körperzellen
zusätzlich Teil Chromosomen 21 tragen spricht man v. Mosaik
- auf Grund Chromosomenanomalie kommt es bereits vor Geburt durch Störung
Zellstoffwechsel zu Absterben Nervenzellen; in Zellen reichern sich reaktive
Sauerstoffverbindungen an, die Fettsäuren in Zellmembran angreifen Zellen gehen zu
Grunde
- Behandlung bisher nicht möglich, aber lt. Bericht v. „The Lancet“ gelang es durch
Behandlung begleitender Infektionskrankheiten u. Störungen Lebenserwartung v. 25
Jahren Anfang 20.Jhd. auf 50 Jahre zu erhöhen
- nach wie vor wird aber bei Betroffenen durchschnittlich nur geistiges Alter v. acht
Jahren erreicht deswegen Betreuung zu Hause o. in Heimen nötig

5. Quellenangabe
- www.wissen.de
- www.m-ww.de (medicine-worldwide.de)
- PC-Bibliothek-Express
- Meyers Taschenlexikon
- Microsoft Encarta 2003
- Biologiehefter Klasse 10