Vom Basenaustausch zur Krankheit
Eine veränderte Base wirkt nicht nur im Zellkern: Über das Protein erreicht sie Zellen, Organe und den ganzen Menschen. Die Sichelzellanämie zeigt diese Kette besonders deutlich.
- Hämoglobin:roter Blutfarbstoff in den roten Blutzellen (Erythrocyten); aus je zwei α- und zwei β-Globin-Ketten, transportiert Sauerstoff.
- Molekülebene:Missense-Mutation im β-Globin-Gen (mRNA-Codon GAG → GUG): An Position 6 steht Valin statt Glutaminsäure — es entsteht Hämoglobin S (HbS).
- Veränderte Eigenschaft:Die geladene, hydrophile Glutaminsäure ist durch das unpolare Valin ersetzt; bei Sauerstoffmangel lagern sich HbS-Moleküle über diese Stelle zu langen Fasern zusammen.
- Zellebene:Die Fasern verformen die Erythrocyten sichelförmig; Sichelzellen sind starr und werden nach 10–20 statt 120 Tagen abgebaut.
- Organebene:Sichelzellen bleiben in Kapillaren hängen; Durchblutungsstörungen schädigen Milz, Nieren, Knochen und Lunge und lösen Schmerzkrisen aus.
- Organismusebene:Anämie (Mangel an roten Blutzellen): Müdigkeit, geringe Belastbarkeit, ohne Behandlung verkürzte Lebenserwartung.
- Heterozygotenvorteil:Mischerbige Träger (ein HbS-Allel) sind meist beschwerdefrei und besser vor schwerer Malaria geschützt; deshalb ist das Allel in Malariagebieten häufig.
Ordne die Karten von der Ursache zur Folge — ziehen, oder mit Leertaste aufnehmen, ↑/↓ verschieben, Leertaste ablegen. Oben siehst du, wie deine Kette durch die Ebenen läuft; ▶ prüft.
Halte fest: Die Wirkung einer Genmutation lässt sich Ebene für Ebene verfolgen — vom veränderten Codon über das veränderte Protein zur Zelle, zum Organ und zum ganzen Organismus. Ob sie schadet, kann sogar von der Umwelt abhängen (Malaria).
Genwirkkette: Genmutation → verändertes Protein → veränderte Zelle → Organschäden → Krankheitsbild des Organismus
Ein Kanal, der fehlt
Bei der Mukoviszidose ist ein Membranprotein betroffen. Die häufigste Mutation entfernt nur eine Aminosäure — und trotzdem kommt der Kanal nicht dort an, wo er gebraucht wird.
- Mukoviszidose:auch Cystische Fibrose; häufige Erbkrankheit, bei der zäher Schleim viele Organe schädigt. Erkrankt ist, wer zwei mutierte Allele des CFTR-Gens besitzt.
- CFTR-Protein:Kanal für Chlorid-Ionen in der Zellmembran von Epithelzellen (Atemwege, Bauchspeicheldrüse, Darm, Schweißdrüsen).
- Molekülebene:häufigste Mutation ΔF508: Deletion von drei Basenpaaren — dem Protein fehlt das Phenylalanin an Position 508, das Leseraster bleibt erhalten.
- Zellebene:Das veränderte Protein faltet sich falsch, wird von der Zelle abgebaut und erreicht die Membran kaum; es strömen kaum Chlorid-Ionen und damit kaum Wasser nach außen — der Schleim auf den Epithelzellen wird zäh.
- Organebene:Zäher Schleim verstopft die Bronchien (Infektionen, Entzündungen) und die Ausführgänge der Bauchspeicheldrüse (Verdauungsenzyme fehlen); Schweiß enthält viel Salz.
- Organismusebene:chronische Lungenerkrankung, Untergewicht, verkürzte Lebenserwartung.
- Therapieansatz:CFTR-Modulatoren verbessern Faltung und Öffnung des Kanals und setzen damit auf der Proteinebene an.
Mukoviszidose: ΔF508 → fehlgefaltetes CFTR fehlt in der Membran → zu wenig Chlorid- und Wasserausstrom → zäher Schleim → Schäden in Lunge und Bauchspeicheldrüse
Allgemeine Hinweise
Ebenen sauber trennen
Ordnen Sie jede Aussage einer Ebene zu: Molekül (DNA, Protein), Zelle, Organ oder Organismus. Wer „Sichelzellen verstopfen Kapillaren“ auf der Molekülebene nennt, vermischt Ursache und Folge.
Mit Eigenschaften argumentieren
Erklären Sie eine Missense-Mutation über die Eigenschaften der Aminosäuren: Ladung, Polarität, Größe. Glutaminsäure gegen Valin heißt: geladen und hydrophil gegen unpolar und hydrophob.
ΔF508 ist keine Rastermutation
Drei fehlende Basenpaare verschieben das Leseraster nicht; nur eine Aminosäure fehlt. Die eigentliche Ursache der Krankheit ist die Fehlfaltung des Proteins.