8. Mutation, Reparatur und Rekombination

Austausch/ Umwandlung von Basen an einzelnen Positionen der DNA

> Transition und Transversion

> Punktmutation
> Purinbasen wird durch andere Purinbasen ersetzt
oder
> Pyrimidinbase wird durch andere Pyrimidinbase ersetzt

> Punktmutation
> Purinbase wird durch Pyrimidinbase ersetzt
oder
> Pyrimidinbase wird durch Purinbasen ersetzt

Insertion oder Deletion weniger Basenpaare in der DNA

> Proteinbindestellen können verloren gehen

> Basentausch führt zu keiner Änderung der Proteinsequenz
= Stille Mutation

> Ein Basenaustausch führt zur Änderung der Aminosäuren
=Missense Mutation

> Basenaustausch führen zu einem Stopcodon, an der die Translation stoppt

> Nukleotid-Insertionen oder -Deletionen führen zu einer Verschiebung des Leserahmens und der Bildung einer komplett anderen Aminosäuresequenz

> Basen ersetzten (Basenanaloga)
> Basen verändern (Alkylierende Agenzien
> Basen zerstören

> werden wie bestimmte Basen eingebaut, paaren aber anders
> 5-Bromo-Uracil (5-BU), 2-Aminopurin (2-AP)

> ist ein Basenanaloga
> wird wie Thymin eingebaut paart aber mit Guanin
> führt zu Transitionen

> ist ein Basenaloga
> wird eingebaut wie Adenin, paart aber mit Cytosin
> führt zu Transitionen

> ändern das Paarungsverhalten von Basen durch Alkylierung
Bsp. EMS (Ethyl-Methan-Sulfonat)

> Alkylierende Agenzien
> Alkyliert Guanin
> O-6-Ethyl-Guanin paart mit Thymin statt Cytosin
> führt zu Transitionen

> Verursachen Insertionen oder Deletionen
> Bsp. Proflavin

> schiebt sich zwischen Basenpaare in der DNA
> Dehnung der DNA Doppelhelix
> es entstehen Fehler bei der Replikation
> interkalierend

> durch fehlen von Basen oder falsche Basenähnliche Strukturen bauen fehlertolerante Polymerasen eine zufällige Base ein (25% Wahrscheinlichkeit dass es richtig ist)
> besser irgendeins als gar keins

> Zerstörung z.B. durch UV-Strahlung oder Aflatoxin B1

Mutationen sind bleibende Veränderungen in der Nukleotidfolge in der DNA. Sie entstehen während der Replikation, durch Fehlpaarung oder fehlerhaften Einbau.

> Fluktuationstest (1943)
> Experiment mit Phagenresistenten E.coli
> Entstehen Mutationen spontan oder durch Umweltbedingungen
-> Mutationen entstehen spontan

> Fehler bei der Replikation (Einbau falscher Nukleotide, Indels, große Deletionen oder Verdopplungen)
> durch Depurinierung und Deaminierung von Basen
> Oxidative Schäden an Basen

durch Deaminierung entstehen anders paarende Basen

Guanin wird zu 8-oxo-dG paart mit Adenin statt mit Cytosin
> Transversion

> Nein, die meisten Fehler werden behoben

> Chemische Reperatur der Geschädigten Base
oder
> Abbau der Geschädigten DNA und Neu Synthese auf Grundlage eines existierenden Matritzenstranges

> direkte Umkehr eines eingebauten Schadens
=> Direkte Reparatur des Schadens, lange vor der Replikation
> Die Photolyase kann UV-induzierte Pyrimidin-Dimere mit Hilfe von sichtbarem Licht auflösen

> Base oder Nukleotid wird ausgeschnitten und Fehler behoben

> Sequenz wird ausgeschnitten und neu synthetisiert

> kann z.B. eine Deaminierung von Cytosin zu Uracil repariert werden

(1) Uracilglycosylase entfernt Uracil aus DNA, es entsteht eine apyrimidinische Stelle
(2) AP Endonuclease schneidet das Zucker-Phosphat heraus
(3) Deoxyribophosphodiesterase entfernt weitere Nukleotide
(4) DNA Polymerase füllt die Lücke mit neuem Strang auf Grundlage des Gegenstranges
(5) DNA Ligase verknüpft das DNA Rückgrat

> können nicht-passende Basenpaare (z.B. Thymidin-Dimere) identifizieren und ersetzen

(1) uvrABC Exonuklease entfernt ein 12-Nukleotid Fragment um den Fehler herum

(2) DNA Polymerase I füllt die Lücke mit neuem Strang auf Grundlage des Gegenstranges

(3) DNA Ligase verknüpft das DNA Rückgrat

> beseitigt Fehler die während der Replikation eingebaut wurden
> nur der Fehler im neusynthetisierten Strang wird repariert

> in E. coli wird dieser Strang durch die noch fehlende Methylierung erkannt.
> In Hefe folgt die Mismatch-Reparatur-Maschinerie direkt der Replikationsgabel

> Nichthomologe Endverknüpfung (fehleranfällig)
oder
> Homologe Rekombination (ziemlich genau)

> fehleranfällig
> wird in sich-nicht-replizierenden Zellen verwendet

> Anwesenheit eines homologen Chromosoms wesentlich
> wird in sich teilenden Zellen verwendet
> fehlerfrei
> Rad51 ist ein Rec Homolog

> Während des Crossovers wird die DNA in beiden homologen Chromatiden an der gleichen Stelle gebrochen
> die Stränge werden getauscht und wieder verknüpft, ohne dass Information verloren geht oder dazukommt