Genetik 5 (Mutation und Reparatur + Mendelsche Vererbungslehre)

Betreffen ganze Chromosomen oder nur Teile, Führt zum Fehlen mehrerer Gene

Betrifft einzelne Gene durch Veränderung, Deletion und Insertion einzelner oder weniger Basen.

Ein Transposon (umgangssprachlich springendes Gen) ist ein DNA-Abschnitt im Genom, der seine Position im Genom verändern kann (Transposition).

-> mobile DNA

Treten Veränderungen durch Adaptation auf, so sollte diese Veränderung zahlenmässig konstant bleiben. Ist diese Veränderung jedoch zufällig, durch Mutation aufgetreten, so sollte diese zahlenmässig stark fluktuieren (je nach Generation in welcher diese Mutation aufgetreten ist). Modell B konnte durch Resistenz von Bakterien gegenüber Bakteriophagen T1 experimentell belegt werden. (Luria und Delbrück)

betreffen nur das Soma und werden nicht vererbt

betreffen alle nachfolgenden Generationen (aber nicht den Träger)

Purin- bzw Pyrimidinedesaminierung

Desaminierung verändert die Basenidentität

Quelle für Mutationen in Krebszellen

normalerweise desaminieren diese Enzyme RNAs—zB virale RNAs virale Abwehr APOBEC Mutationen in früh replizierenden Regionen ---Substrat wahrscheinlich ssDNA

selten

Austausch von Purin und Pyrimidin (G-C -> C-G)

Identität des Codons verändert

Codon wird zu Stopp

(Stark verkürzte Kette)

As-Charakter bleibt gleich obwohl falsche AS eingebaut wurde

Identität des Codons bleibt erhalten

Leserahmen wird verändert, führt in der Regel zu einem verkürzten Protein, da ein zufälliges Stop Codon den (falschen) Leserahmen unterbricht

Nonsense führt zu verkürzten Proteinen

Supressor Mutationen können nonsense kompensieren

können intra- und extragenisch auftreten

Spontane Mutationen treten im Menschen mit einer Häufigkeit von 10^-4 bis 10^-6 pro Gen und Generation auf. In Prokaryoten mit 10^-5 bis 10^-7 pro Gen und Generation

entsteht durch tautomere Basenpaarung (falsche Paarung Rep 1 G-T -> Richtige Paarung Rep 2 G-C & A-T)

Repliaktionsfehler können zur Inkorporation zusätzlicher Basenpaare führen

kann zum Verlust von Purinen führen

Desamininierung führt zur höchsten Mutationsrate (Thymin wird nicht als defekt erkannt)

UV-Strahlung induziert die Bildung von Nukleotid-Dimeren (präfernetiell Thymin). Replikation kann diese Transläsion nicht korrigieren und arretiert an dieser Stelle.

-> Bildung von Dimeren

Ionisierende Strahlung (Röntgen) oder Radioaktivität erzeugt Punktmutationen in niedriger Konzentration, Hohe Konzentrationen erzeugen Chromosomenbrüche.

können mutagene Wirkung haben

Test auf mutagene Wirkung chemischer Komponenten.

Nicht toxische Komponenten werden oft erst durch deren metabolische Veränderung toxisch. Dies wird in vitro durch Zugabe von Leberextrakt-Enzymen simuliert. Durch Verwendung verschiedener S. typhimurium Mutanten kann auf die Art der induzierten Mutationen geschlossen werden.

Mikrobielle Screens zur Identifizierung von Mutanten. Da Bakterien Haploid sind, können primäre Mutationen zu einem Phänotyp führen

Existiert in fast allen Organismen. Thymin Dimere werden erkannt. Der defekte Strang wird geschnitten und eine Helikase entwindet den Strang. Nach Reparatur durch Pol 1 wird die Stelle durch Ligation versiegelt.

Methylation-Dependent Mismatch Repair

in Bacteria: mutS erkennt den Mismatch. MutH und MutL bestimmen den unmethylierten Strang. MutH spaltet Diesen. Exonuklease entfernt die falsch eingebauten Nukleotide. Pol III repariert den Strang.

In Eukaryoten (keine Methylierung an GATC) Vier Gene MSH2, MLH1, PMS1, PMS2 werden für mismatch repair benötigt.

Defekte in Reparatur Enzymen sind Auslöser von Erbkrankheiten und Tumorprädisposition

z.B. Xeroderma Pigmentosum: Defekt im Nucleotide Excision repair Mondscheinkinder: Sonnenlicht führt zur Hautschädigung und zur Bildung von Tumoren

Gregor Mendel studierte Merkmale der Erbse durch gezielte Kreuzung

Merkmale werden durch Gene und Umwelteinflüsse beeinflusst und ergeben so den Phänotyp.

Werden reinerbige Linien, welche sich in einem Merkmal unterscheiden, miteinander gekreuzt, so sind alle Nachkommen dieser Kreuzung in Bezug auf dieses Merkmal uniform.

Wird die Monohybride F1 mit sich selbst gekreuzt (bei zweigeschlechtlichen Organismen ge-selfed) so spaltet sich das Merkmal in der F2 in einem bestimmten Verhältnis auf. Hier: 3:1 Da glatt über runzelig dominant ist.

Die verschiedenen Varianten eines Gens.

DOMINANTE ALLELE werden in der Regel mit GROSSBUCHSTABEN oder einem + markiert

Die Verebung unterschiedlicher Allele wird durch deren Häufigkeit bestimmt.  (Unabhängige Wahrscheinlichkeiten können multipliziert werden; 0,5 x 0,5 = 0,25)

Jeder diploide Organismus erzeugt haploide Gameten. Jede Keimzelle erhält somit nur ein mögliches Allel. Die Kreuzung möglicher Keimzellkombinationen (Allel-Kombinationen) wird am einfachsten in Form eines Punette-Diagramms dargestellt (siehe Bild)

(selfing) oder mit einem reinerbig rezessiven Partner gibt Aufschluss über den Genotyp der F2.

S (smooth) Erbsen besitzen zumindest ein funktionelles Allel des SBE1 (starch branching enzyme 1) welches Sucrose in Stärke umwandelt. Runzelige Erbsen besitzen zwei Allele welche für ein defektes SBE1 Protein kodieren.

Defekte Allel werden als “loss of function” bezeichnet. Diese können leicht durch ein funktionelles Allel ausgeglichen werden. Der Höhere Sucrose Anteil der runzeligen Erbsen lässt diese Anfangs mehr Wasser speichern, wenn dieses verdunstet, werden die Erbsen runzelig.

Allele, welche unabhängige Merkmale beeinflussen, werden unabhängig voneinander vererbt.

Dies gilt natürlich nur, wenn diese auf unterschiedlichen Chromosomen liegen.

Die F1 einer solchen Dihybriden Kreuzung ist wieder uniform.