AbituraufgabenGenmutationen

Bei der Transkription bildet die RNA-Polymerase eine zum codogenen Strang komplementäre mRNA (A → U, T → A, G → C, C → G), die in 5′→3′-Richtung wächst. Die mRNA wird ab dem Startcodon AUG in nicht überlappenden Tripletts (Codons) gelesen. Jedes Codon wird mithilfe der Codetabelle einer Aminosäure zugeordnet; die Translation endet an einem Stoppcodon.

Wildtyp: mRNA AUG ACC GGU UUA CAG UGA → Met-Thr-Gly-Leu-Gln-Stopp. Mutante 1: GGU → GGC → Met-Thr-Gly-Leu-Gln-Stopp (unverändert). Mutante 2: GGU → AGU → Met-Thr-Ser-Leu-Gln-Stopp. Mutante 3: CAG → UAG → Met-Thr-Gly-Leu-Stopp. Mutante 4: mRNA AUG UAC CGG UUU ACA GUG A → Met-Tyr-Arg-Phe-Thr-Val-…

Mutante 1: Substitution (A → G im codogenen Strang, dritte Codonposition) ohne Folge für die Aminosäure — stumme Mutation. Mutante 2: Substitution C → T, Gly wird durch Ser ersetzt — Missense-Mutation. Mutante 3: Substitution G → A, aus dem Gln-Codon CAG wird das Stoppcodon UAG — Nonsense-Mutation. Mutante 4: Insertion eines A nach dem Starttriplett; das Leseraster ist ab dem zweiten Codon verschoben — Rastermutation.

Mutante 1 bildet dasselbe Protein wie der Wildtyp, daher volle Aktivität (degenerierter Code). Bei Mutante 2 ist nur eine Aminosäure ausgetauscht; Serin ist polar, Glycin sehr klein — die Faltung ist leicht verändert, das Enzym arbeitet noch, aber schlechter (35 %). Bei Mutante 3 bricht die Translation nach vier Aminosäuren ab; ein funktionsfähiges Enzym kann nicht entstehen (0 %). Bei Mutante 4 ist ab dem zweiten Codon jede Aminosäure verändert; das Protein hat mit dem Enzym nichts mehr gemein (0 %).

M3: Direkt nach der Bestrahlung enthalten beide Zellgruppen gleich viele Thymin-Dimere. Bei gesunden Zellen sinkt ihr Anteil auf 52 % nach 6 h und 9 % nach 24 h. Bei XP-Zellen sind nach 24 h noch 94 % vorhanden. M4: Mit steigender UV-Dosis sinkt das Überleben beider Zellgruppen, bei XP-Zellen aber viel stärker: Bei 4 J/m² überleben 76 % der gesunden, aber nur 16 % der XP-Zellen; bei 10 J/m² 40 % gegenüber 1 %.

UV-Strahlung verknüpft zwei im selben Strang benachbarte Thymine kovalent zu einem Thymin-Dimer. Das Dimer verformt die Doppelhelix; die normale Basenpaarung ist an dieser Stelle gestört. Bei der Replikation kann die DNA-Polymerase gegenüber dem Dimer falsche Nucleotide einbauen oder die Stelle überspringen. Nach der nächsten Replikation ist der Fehler in beiden Strängen festgeschrieben: Es ist eine Mutation (meist Substitution, seltener Deletion) entstanden. Auch die Transkription wird am Dimer blockiert.

Gesunde Zellen entfernen die Thymin-Dimere innerhalb eines Tages fast vollständig — Reparaturenzyme schneiden den geschädigten Abschnitt heraus, die Lücke wird am intakten Gegenstrang neu synthetisiert und von der Ligase verschlossen. XP-Zellen können die Dimere kaum entfernen; das defekte Enzym gehört offenbar zu diesem Reparatursystem. Unreparierte Dimere blockieren Replikation und Transkription, daher sterben XP-Zellen schon bei geringer Dosis ab (M4). Überlebende Zellen häufen Mutationen an; treffen diese Gene, die die Zellteilung kontrollieren, entsteht Hautkrebs.

Die Aussage vermischt zwei Arten von Mutationen. Richtig ist: Die Mutationen im Reparaturgen sind Keimbahnmutationen; sie liegen in allen Körperzellen vor und können an Kinder weitergegeben werden (Kinder erkranken bei zwei defekten Allelen). Die Mutationen, die den Hautkrebs auslösen, entstehen dagegen erst im Leben durch UV-Strahlung in einzelnen Hautzellen. Sie sind somatisch, betreffen nur den Tumor und seine Tochterzellen und werden nicht vererbt. Vererbt wird also nicht der Krebs, sondern die verminderte Reparaturfähigkeit und damit ein stark erhöhtes Risiko. Die Aussage ist in dieser Form falsch.