Genetik

Mutagene sind äußere Faktoren, die Mutationen verursachen, indem sie das Erbmaterial in den Zellen verändern. Wie das funktioniert und welche verschiedenen Mutagene es gibt, erklären wir dir hier. Du lernst eher audio-visuell? Kein Problem, wir haben für dich ein anschauliches Video zu dem Thema vorbereitet.

Inhaltsübersicht

Was sind Mutagene?

Der Begriff Mutagen stammt aus dem lateinischen Wort mutare („verändern“) und dem griechischen Wort gennan („erzeugen“). Mutagene sind also Faktoren, die Veränderungen erzeugen und zwar im Erbmaterial (DNA ) in den Zellen. Diese dauerhaften Veränderungen bezeichnest du als Mutation . Abhängig davon, welcher Abschnitt des Erbguts von einer Mutation betroffen ist, kann das gravierende Folgen für den Zellstoffwechsel und das äußere Erscheinungsbild des Betroffenen bedeuten.

Du unterscheidest zwischen biologischen (z.B. Viren), chemischen (z.B. Stoffe, die die DNA Basen verändern) und physikalischen (z.B. Röntgen – oder UV-Strahlung) Mutagenen.

Mutagene Definition 

Mutagene (adj: mutagen) sind Einflussfaktoren, die eine dauerhafte DNA-Schädigung (Mutation) in den Zellen hervorrufen. Beispiele für Mutagene sind Viren, chemische Verbindungen oder Strahlen. 

Mutagene und Mutationen

Mutationen (Genmutationen oder Chromosomenaberrationen) entstehen durch eine dauerhafte DNA-Schädigung. Sie kann entweder spontan zum Beispiel während der DNA Replikation entstehen oder aber durch einen Faktor außerhalb der Zelle ausgelöst werden (=induzierte Mutation). Mutagene Stoffe rufen eine solche induzierte Mutation hervor. Das bezeichnest du als Mutagenität. Sie sorgen für eine Zunahme der natürlichen Mutationsrate. Unter einer Mutationsrate verstehst du die Häufigkeit der Mutationen in einer bestimmten Zellteilungsphase. 

Bei jedem Organismus kommt es nämlich täglich zu Mutationen. Unser menschliches Genom  besteht zum Beispiel aus circa 2,3 Milliarden Basenpaaren. Schätzungsweise entstehen jeden Tag 16.000 DNA Schädigungen. Allerdings können 80 % der Schäden durch zelleigene DNA Reparaturmechanismen behoben werden. 

In der Forschung allerdings sind Mutationen ein beliebtes „Werkzeug“, um die Funktionsfähigkeit bestimmter Gene herauszufinden. Das gelingt zum Beispiel, indem die zu untersuchenden Gene durch bestimmte Mutagene ausgeschaltet werden. Dadurch können Forscher dann herausfinden, welche Bedeutung das ausgeschaltete Gen im Organismus besitzt. Sie wissen also jetzt, welche Abläufe nicht mehr stattfinden. Du möchtest dein Wissen über Mutationen und ihre Auswirkungen auf den Organismus vertiefen? Dann schau gerne bei unserem Video dazu vorbei!

Zum Video: Mutation
Zum Video: Mutation

 

 Schau dir auch gerne unsere Beiträge zu den grundsätzlichen MutationsartenGenmutation , Chromosomenmutation  und Genommutation – an. 

Biologische Mutagene

Wie du bereits gelernt hast, kannst du Mutagene in biologische, chemische und physikalische Mutagene einteilen. Zu den biologischen Mutagenen zählen zum Beispiel bestimmte Viren wie HP-Viren, Epstein-Barr-Viren oder HI-Viren (HIV). Sie können Mutationen auslösen, indem sie ihr eigenes Erbgut in das Erbmaterial des betroffenen Organismus einschleusen.

Eine HIV-Infektion kann bei dem Betroffenen zu einer Schwächung des Immunsystems führen. Unbehandelt können dadurch lebensbedrohliche Erkrankungen wie eine Lungenentzündung entstehen. 

Chemische Mutagene

Machen wir mit den chemischen Mutagenen weiter. Sie sorgen für eine Veränderung der Basenstruktur, ähneln der Struktur der Basen oder schieben sich zwischen zwei benachbarte Basen. Da in der Basenabfolge die genetische Information für die Proteinherstellung festgelegt ist, kann dies zu einer fehlerhaften Proteinproduktion führen. 

Basen modifizierende Mutagene

Bestimmte chemische Verbindungen sind in der Lage die DNA-Basen zu verändern (modifizieren). Ein Beispiel hierfür ist die salpetrige Säure (HNO2), die zu einer sogenannten Desaminierung der Base Cytosin führt. Darunter verstehst du, dass die Aminogruppe (-NH2) des Cytosins in eine Carbonylgruppe (-C=O) umgewandelt wird. Das dabei entstehende Molekül ist die Base Uracil. Wird dieser Fehler nicht behoben, baut die DNA Polymerase während der DNA Replikation die Base Adenin statt Guanin ein. 

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Desaminierung von Cytosin zu Uracil

Weitere chemische Mutagene, die für eine Veränderung von Basen sorgen, sind zum Beispiel Nitrite, die für die Konservierung von Fleisch verwendet werden. Sie werden in unserem Körper zu den Nitrosaminen umgewandelt, die die eigentliche mutagene Wirkung besitzen. Auch Teerstoffe im Tabakrauch (z.B. Benzpyren) oder Mykotoxine (Gifte von Schimmelpilzen) zählen zu den chemischen Mutagenen, die Basen verändern. 

Basenanaloga

Auch bei den sogenannten Basenanaloga handelt es sich um chemische Mutagene. Darunter verstehst du basenähnliche Stoffe, die der Struktur der DNA Basen sehr ähneln. Ein Beispiel für ein Basenanaloga ist 5-Bromuracil, das anstelle der Base Thymin bei der Replikation eingebaut werden kann.

Bromuracil kann sich allerdings umlagern (Keto-Enol-Tautomerie ). Das führt dazu, dass sich die umgelagerte Form (=Enolform) nicht mehr mit Adenin, sondern mit Guanin paart. Aus dem ursprünglichen Basenpaar (A-T) entsteht bei weiteren Replikationen das Basenpaar (C-G). Diese Änderung einer einzelnen Base (bzw. Basenpaars) bezeichnest du als Punktmutation

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Bromuracil als Basenanaloga

Interkalierende Mutagene

Interkalierende Mutagene wie Ethidiumbromid oder Akridinfarbstoffe sind in der Lage sich zwischen zwei benachbarte DNA Basen zu schieben. Das nennst du Interkalation. Interkalationen können für eine Verschiebung der Basensequenz sorgen. Das bezeichnest du auch als Rastermutation, die zu den Genmutationen zählt. 

Physikalische Mutagene

Zu den physikalischen Mutagenen zählst du zum Beispiel hohe Temperaturen oder Strahlung. Ionisierende Strahlung (Röntgenstrahlung oder radioaktive Strahlung ) bildet im Körper bestimmte reaktive chemische Verbindungen (Radikale). Sie können zu Brüchen in der DNA selbst oder zu chemischen Veränderungen der Basen führen. 

Ultraviolette Strahlung (UV-Strahlung) zum Beispiel durch Sonneneinstrahlung kann dafür sorgen, dass sich benachbarte Thyminbasen eines DNA Strangs verbinden. Diese Dimerisierung sorgt dann für eine Verformung der DNA Doppelhelix. 

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Dimerisierung von Thymin durch UV-Strahlung

Aus diesem Grund sind zu langes Sonnen ohne Sonnenschutz oder Solariumbesuche sehr gefährlich für unseren Körper. Es können nämlich mutierte Hautzellen entstehen, die zu Hautkrebs führen können. 

Du willst dein Wissen über die einzelnen Strahlungsarten und ihre Anwendungsbereiche vertiefen? Dann sind unsere Beiträge zum Elektromagnetischen Spektrum und zur Röntgenstrahlung genau das Richtige für dich!  

 

 

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