Gliederung. 1) Mutationen. a.) Was ist das? b.) Formen. c.) Mutationstypen. d.) Wie können sie entstehen. e.) Spontane Mutationen.

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1 Gliederung 1) Mutationen a.) Was ist das? b.) Formen c.) Mutationstypen d.) Wie können sie entstehen e.) Spontane Mutationen 1) Down Syndrom a.) Allgemein b.) Ursachen c.) Symptome d.) Behandlung 1) Klinefelter Syndrom a.) Allgemein b.) Häufigkeit c.) Wie äußert es sich? d.) Diagnose e.) Behandlung 1) Ullrich Tuner Syndrom a.) Allgemein b.) Häufigkeit c.) Ursachen d.) Diagnose

2 e.) Merkmale f.) Behandlung 5) Zusammenfassung Klinefelter Syndrom 6) Zusammenfassung Turner Syndrom 7) Fragen 8) Antworten 9) Bewertung des Themas 10) Quellen Mutation Was ist das? Mutationen sind Veränderungen im Genetischen Material, also im Erbgut. Bei Mutationen wirkt eine Veränderung der Erbinformation in Körperzellen oder auch Keimzellen. Sie können auf die Tochterzelle vererbet werden und haben kein bestimmtes Ziel. Mutationen können Vor- und Nachteile vorweisen, sie sind jedoch Fällen negativ. Sie prägen sich phänotypisch unterschiedlich stark aus. Mutationen sind die häufigste Ursache für Krankheiten oder Fehlbildungen. Sie sind die Grundlage der Evolution und sind auch für Pflanzenzüchtung von Bedeutung. Formen Bei den Mutationen in den Körperzellen werden bei der Mitose an Zellgenerationen weiter vererbt. Das einzelne Individuum hat eine normale Zelle und eine Mutierte Zelle. Bei einer Mutation in einer Keimzelle wirkt sich die Mutation auf das ganze Individuum aus. Wenn eine Mutation außerhalb des Zellkerns entsteht, kommt es zu einer Veränderung der DNA in den Plastiden und Mitochondrien. Dies kommt dann zu einer Funktionsstörung der Plastide oder zu Störungen des Organismus. Mutationstypen Es gibt drei unterschiedliche Typen von Mutationen, Genmutation, Chromosomenmutaion und Genommutation. Genmutationen sind Änderungen in der Nucleotidsquenz der Gene. Sie treten dann ein,

3 wenn eine Mononukelotideinheit der DNA chemisch verändert wird oder verloren geht. Sie treten auch dann ein, wenn ein zusätzliches Mononukleotid eingefügt wird. Chromosomenmutaionen sind strukturelle Veränderungen eines Chromosoms. Es handelt sich um größer Umbauten, durch die sich die Anfolge von Genen auf dem Chromosom ändern. Weiterhin sind die Veränderungen erbleich. Genommutaionen sind Veränderungen der artspezifischen Chromosomenzahl durch einen Verteilungsfehler bei der Reifeteilung. Wenn das Chromosom vermehrt oder vermindert wird, kommt es zu einer Aneuploidie. Ein Bespiel hierfür ist das DownSyndrom. Bei Pflanzen kommt es zu einer Vervielfachung des gesamten Chromosomensatzes, der Polyploide. Wie können sie entstehen? Um die Entstehung der Mutationen zu verstehen, muss man Mutationen in spontane und induzierte Mutationen unterteilen. Spontane Mutation sind die Mutationen, die in einem Organismus auftreten unter ''normalen'' Umständen. Mutationen entstehen nämlich auch mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit in einem gesunden Organismus. Diese Wahrscheinlichkeit nennt man Spontanrate. Die Spontanrate ist von der Aktivität der DNA-Reperatursysteme und von der Umgebung des Organismusses abhängig. Wobei bei der induzierten Mutation hinzugegebene äußere Einflüsse, wie zum Beispiel Röntgenstrahlung, auf den Organismus eingreift und die Wahrscheinlichkeit einer Mutation deutlich erhöht. Jedoch ist die Abgrenzung zwischen spontaner und induzierten Mutation nicht ganz einfach, da gewisse induzierte Elemente, wie Röntgenstrahlung, auch im Sonnenlicht enthalten sind und somit auch auf natürlicher Weise auf den Körper einwirken. Spontane Mutationen: Einer der häufigst auftretenden näturlichen Mutationen ist die strukturelle Veränderung der Basen durch salpetrige Säure. Dieser Vorgang nennt sich Desaminierung, welcher das Erbgut verändert. Im Beispiel (oben) wird durch Wasser ein Stickstoff und ein Wasserstoff-Molekül an der Base Cytosin abgespalten und es entsteht Ammoniak. Drauf folgt eine Tautomereverschiebung und es entsteht Uracil. Bei der Depurinierung (Beispiel: unten) wird die Base Guanin durch Wasser aus der DNA-Kette abgetrennt und durch eine OH-Gruppe ersetzt. Bei beiden Reaktionen wird die Struktur der DNA grundlegend verändert und die gespeicherten Informationen im Erbgut zerstört.

4 Eine weitere spontane Mutation ist die Pyrimidin-Dimere. Dabei werden benachbarte Pyrimidin-Basen (TT-TC-CC) durch ultraviolette Strahlung zu Pyrimidin-Dimeren verbunden. Im Beispiel (unten) sind Thymin Basenpaare abgebildet. Die Zwei in der Mitte werden miteinander verbunden und die in der Reihenfolge von Basenpaaren kodierte Erbinformation wird zerstört.

5 Eine weitere bekannte Form der Mutagene ist die sogenannte ''non-disjunktion''. Dabei werden zwei homologen Chromosome nicht getrennt, sondern beide zum gleichen Pol durch den Spindelapperat, während der Meiose, gezogen. In Folge dessen hat eine Keimzelle beide Chromosome und die andere keine. Dadurch variiert die Anzahl der Chromosomen in den zwei Geschlechtszellen, was Aneuploidie genannt wird. Genauer definiert heißt ein Chromosomsatz mit einem Chromosom weniger Monogamie und mindestens ein Chromosom zu viel heißt Polysomie. Aneuplodie ist der Regel Ursache für viele Mutationen, zum Beispiel Trisomie 21, wobei das 21. Chromosom dreifach im Erbgut vorliegt (allgemein auch bekannt unter ''Down-Syndrom''). Der Vorgang wird auch meiotische Non-disjunktion genannt, da die unübliche Trennung der homologen Chromosome bei der Meiose abläuft. Bei Interessierten: Weitere Mutaionen durch non-disjunktion sind auf der folgenden Seite aufgelistet ;) Tautomerien ''Bei der Tautomerie tragen die in der DNA vorkommenden Basen auch Amino- und Ketogruppen. Sie können aber in seltenen Fällen intramolekulare Umlagerungsreaktionen erfahren und in der Imino- oder Enolform vorliegen. In diesem Fall ändern sich die Paarungseigenschaften: So paart z.b. Cytosin nicht mehr mit Guanin, sondern mit Adenin.'' Entsprechendes gilt für alle andern Basen, wie folgende Aufstellung zeigt: Normale Form Tautomere Form A (Amino) paart mit T A (Imino) paart mit C C (Amino) paart mit G C (Imino) paart mit A G (Keto) paart mit C G (Enol) paart mit T

6 T (Keto) paart mit A T (Enol) paart mit G Induzierte Mutationen: Wie bereits gesagt können Mutationen auch durch hinzugegebene äußere Einflüsse erhöht werden. Die Mutationsrate steigt also, wenn man sich an einem heißen Sommernachmittag absichtlich in die Sonne (physikalische Mutation) legt. Induzierte Mutationen lassen sich in physikalische, chemische und virale Mutationen eingliedern. Physikalische Mutationen Wenn sehr energiereiche oder ionisierende Strahlen auf Zellen treffen, werden diese in ihrer Erbgutsstruktur verändert, was meistens Einflüsse auf ihre Funktionalität hat. Dazu gehören alpha-, beta-,gamma- Strahlen und Röntgenstrahlen. Röntgenstrahlen verursachen oft Chromosombrüche. Ultraviolette Strahlen führen zu einer Bildung der Pyrimidin-Dimere, was bereits schon bei den spontanen Mutationen beschrieben wurde. Ultraviolette Strahlen mit verschiedener Wellenlänge dringen verschieden tief in das Gewebe ein (s. Abbildung). UVA-Strahlen dringen beispielsweise bis in die Lederhaut ein und zerstören so Hautzellen. Infrarotstrahlung dringt sogar weit in die Unterhaut ein und beschädigt bspw. Mitochondrien in den dort liegenden Zellen.

7 Chemische Mutationen Durch Zuführung von verschiedenen Substanzen können auch Zellen beschädigt werden. Colchizin hemmt den Spindelapparat und verhindert somit die Trennung der Chromatiden bei der Zellteilung. 5-Brom-Uracil hat eine ähnliche Struktur wie die Base Thymin. Es trägt anstatt einer Methylgruppe ein Bromatom und wird zudem bei der Replikation mit Cytosin verwechselt. In Folge dessen werden falsche Basenpaare verbaut. Es kommt zu einer Basensubstitution. Salpetrige Säure (HNO2) reagiert mit den Basenpaaren und verändert deren Zusammensetzung. Down Syndrom Allgemeines: Das Down Syndrom wird auch als Trisomie 21 bezeichnet. Statt üblicherweise zweimal tritt das 21. Chromosom dreimal auf. Es liegen dadurch also insgesamt 47 Chromosome statt 46 vor. In Deutschland leben ca Menschen, die vom Down Syndrom betroffen sind. Das Down Syndrom ist mit einer auf 650 Geburten die häufigste durch Mutationen verursachte Krankheit. Früher starben 3 von 4 der Betroffenen vor der Pubertät und 90% vor dem 25. Lebensjahr. Heute können Menschen mit dem Down Syndrom dank der medizinischen Erkenntnisse 50 und älter werden. Ursachen: Diese Chromosomenstörung entsteht, wenn die Eizelle und die Samenzelle ein zusätzliches 21. Chromosom enthalten. Zuvor wird bei der Bildung von Samen oder Eizelle das 21. Chromosomenpaar nicht ordnungsgemäß getrennt. Die Wahrscheinlichkeit erhöht sich mit höherem Alter eines Menschen. Diese Erkrankung tritt meistens zufällig

8 auf. Symptome des Down Syndroms: Im Durchschnitt haben Erkrankte kleine Ohren, breite Hände mit kurzen Fingern, ein instabiles Immunsystem, Sehstörungen, Entzündungen und Probleme bei der Verdauung. Außerdem kommen häufig Herzfehler, Infektionen in den Luftwegen und eine starke Gewichtszunahme nach der Pubertät vor. Typische äußere Merkmale sind zudem ein flaches Gesicht, Muskelschwäche, schräge Liderachsen, geringe Größe und Hautfalten im Gesicht. Patienten leiden auch oft an verzögerter geistiger Entwicklung, z.b. schlechte Sprachentwicklung und verminderte Fähigkeiten. Die Stärke der Symptome sind aber von dem Erkrankten variabel. So kommen schwer Behinderte durch das Down Syndrom nur selten vor. Achtjähriger Junge mit Trisomie 21 Behandlung: Die Erkrankung selbst ist nicht behandelbar. Den Patienten kann jedoch geholfen werden, indem die Begleiterscheinungen behandelt werden. So können den Erkrankten beispielsweise mit frühen geistigen Aufbauprogrammen geholfen werden. Durch die neuartigen Therapien wird die Lebenszeit erhöht und den Betroffenen kann ein normales Leben ermöglicht werden.

9 Klinefeltersyndrom Bei dem Klinefelersyndrom handelt es sich um eine Chromosomenmutation, da hier eine Fehlverteilung der Chromosomen vorliegt. Es wurde erstmals 1942 beschrieben. Beide Geschlechtschromosomen trennen sich nicht. Bei dem Mann resultiert ein Spermium mit xy-chromosomen, bei der Frau die Eizelle mit 2x-Chromosomen. Wenn sich also bei der Befruchtung entweder ein xy-spermium mit einer normalen x-eizelle, oder eine 2x-Eizelle mit einem normalen Spermium vereinigt, kommt ein Junge mit dem Karyotyp XXY zur Welt. Daran ist zuerkennen, das bei dem Klinefeltersyndom ein zusätzliches X-Chromosom vorhanden ist Warum es diese Störung gibt, ist jedoch nicht bekannt. Häufigkeit Das Klinefeltersyndrom betrifft ca 1 von 500 männlichen Neugeborenen. Bei 80% der Fälle liegt ein zusätzliches X-Chromosom vor. Bei 20% der Fälle ist die Form mit zwei oder auch drei zusätzlichen X-Chromosomen vorhanden. Das Klinefeltersyndom wird oft nicht erkannt und ist nur in 25% der Fällt diagnostiziert. In Deutschland sind ca Männer mit dem Klinefeltersyndrom betroffen. Wie äußert sich das Klinefeltersyndrom? Das zusätzliche X-Chromosom führt zu einer Störung der Hodenfunktion, dies folgt dazu, dass zu wenig Testosteron gebildet wird. Testosteron ist das wichtigste männliche Geschlechtshormon. Bei Mangel an Testosteron kommt es zu einer Störung der geschlechtlichen Entwicklung. Da so keine, oder nur wenige Samenzellen produziert werden, sind die meisten Männer unfruchtbar. Weiterhin besitzen die betroffenen Männer einen reduzierten Bartwuchs, und sind so wenig behaart. Auch Sprachprobleme sind Merkmale des Klinefeltersyndroms. Sie sind Zeugungsunfähig und weisen Verhaltensauffälligkeiten und Stimmungsschwankungen auf. Sie haben starke Lernprobleme und besitzen große Hände und große Füße. Allgemein haben die betroffenen eine große Körpergröße. In der Spätpubertät entwickelt sich in weiblicher und rundlicher Körperbau mit kleinen Brüsten. Die Intelligenz ist eher durchschnittlich.

10 Weiterhin besitzen die Betroffenen einen kleinen Penis und kleine Hoden. Sie weisen von einer Muskelschwäche und Hodenhochstand. Als äußeres Erscheinungsbild weisen die Männer auch trockene und blasse Haut auf. Die motorische Entwicklung ist gestört und sie haben weiterhin auch starke Zahnprobleme. Diagnose Das Klinefeltersyndrom fällt dann auf, wenn das Kind Sprachprobleme hat. Weiterhin fällt das Klinefeltersyndrom dann auf, wenn sich der Mangel an Testosteron auch körperlich bemerkbar macht. Darauf wird der Spiegel verschiedener Geschlechtshormone im Blut überprüft. Um jedoch ein genaueres Ergebnis festzustellen, macht man einen Gentest, bei dem man überschüssige Chromosomen nachweist. Behandlung Je früher das Klinefeltersyndrom entdeckt wird, desto besser. Bei Beginn der Pubertät bekommen die Betroffenen das fehlende Testosteron von außen ersetzt. Die Hormontherapien leiten die Vermännlichung ein. Dies folgt dazu, dass der Körper muskulöser wird, die Körperbehaarung zunimmt und dass die Jungen ein ganz normales sexuelles Interesse zeigen. Die Betroffenen sind lebenslang auf die Gabe von Testosteron angewiesen. Der Arzt kontrolliert den Hormonspiegel. Weiterhin brauchen sie Hilfe bei der Sprachlichen Entwicklung, was mit Hilfe von Förderunterricht eingeleitet werden kann. Bei eingeschränkter Männlichkeit kann eine Selbsthilfegruppe oder psychotherapeutische Behandlung helfen. Die Brust kann operativ entfernt werden. Jedoch muss bei einer Knochenverweichung der Orthopäde helfen.

11 Ullrich Tuner Syndrom Das Ullrich Tuner Syndrom ist eine Chromosomenerkrankung Diese Erkrankungen betreffen nur Mädchen, denen ein X-Chromosom fehlt, oder es nur in Bruchstücken erhalten ist. Hier ist auch die geringe Körpergröße von 135cm-163cm sehr auffällig. Otto Ullrich beschrieb 1930 die Auffälligkeiten den Syndroms, welche Minderwuchs, gedrungener Körperbau, ein Faltenhals und eine Überstreckbarkeit der Ellenbogengelenke. Bei den Betroffenen liegt ein Mosaik vorn, das bedeutet, es liegen nebeneinander Zellen mit einem und mit 2 X-Chromosomen vor. Weiterhin kann auch eine Strukturstörung des X-Chromosoms vorkommen. Häufigkeit Das Ullrich Turner Syndrom betrifft ca. 1 von Mädchen Ursachen Das Fehlen eines 2. X- und Y-Chromosoms bewirkt eine körperliche und geistige Entwicklung in weibliche Richtung. Sie ist auf eine Fehlverteilung der Chromosomen während der Zellteilung zurückzuführen. Die äußeren Faktoren als Ursache sind isolierende Strahlen, eine Virusinfektion oder eine chemische Verbindung. Das Alter der Mutter ist hier nicht von Bedeutung. Diagnose Die Neugeborenen, betroffenen Mädchen haben oft ein Verändertes Erscheinungsbild, denn sie haben an Hand und Fußrücken Lymphödeme. Weiterhin wird das Turner Syndrom erkannt, wenn die Betroffenen kleinwüchsig sind, oder sie ein niedriges Geweicht besitzt. Um den Verdacht zu sichern, ist eine Chromosomenanalyse geeignet, da es so die Abweichungen am Erbgut feststellen kann. Das Turner Syndrom kann auch bei einer Schwangerschaft diagnostiziert werden, in Form einer Pränatal Diagnostik (vorgeburtliche Chromosomenanalyse). Merkmale Die Symptome können das äußeres Erscheinungsbild und die inneren Organe verändern.

12 Sie haben jedoch meist keine bedeutenden medizinischen Probleme. Die Merkmale sind Schwellungen von Flüssigkeiten in den Extremitäten während der Kindheit. Weiterhin gehört zu den Merkmalen die Veränderung der Finger- und Fußnägel, Kurzsichtigkeit, Faltennacken, tiefer Nackenhaaransatz, Schildbrust, Herzgeräusche, erhöhtes Auftretender Mittelohrentzündung, einzelne kürzere Finger oder Zehen, Fehlbildung und Minderfunktion der Nieren und des Blasentracktes, Unterfunktion der Schilddrüsen, Zuckerkrankheit, hoher Blutdruck, Muttermale, Leberflecken, trockene Haut, enger hochbogiger Gaumen und weitauseinander stehende Augen. Behandlung Die Therapie des Turner Syndroms beginnt erst ab dem 6. Lebensjahr. Wenn die Wachstumshormone zum Einsatz kommen, kommt es zu einer Wachstumshormontherapie. Ab dem 12. Lebensjahr erhalten Mädchen die fehlenden weiblichen Geschlechtshormone für die Brustentwicklung um die Pubertät einzuleiten. Die Mädchen bleiben aber trotzdem unfruchtbar, da die Eierstöcke nicht ausreichend ausgebildet sind. Um Ödeme zu behandeln, macht man eine Lymphdrainagen Therapie. Bei Herzfehler und Nierenfehlbildungen ist jedoch eine Operation erforderlich. Zusammenfassung Klinefelter Syndrom Im Jahr 1942 wurde das Klinefelter Syndrom von dem Arzt Harry F. Klinefelter entdeckt.

13 Jedoch wurde die Ursache erst im Jahr 1959 erforscht. Dieses Syndrom betrifft nur Männer und wird als eine Erbkrankheit beschrieben. Es handelt sich um eine Fehlverteilung der Chromosomen bei der Bildung elterlicher Keimzellen. In Deutschland leben ca Jungen und Männer mit diesem Syndrom. Zusammenfassung Turner Syndrom Das Turner Syndrom beschreibt eine Mutation, die nur bei Mädchen und Frauen auftreten kann. Es handelt sich um eine gonosomale Genommutation, die von Henry H. Turner im Jahr 1938 beschrieben wurde. Die Betroffenen besitzen nur ein funktionsfähiges XChromosom. Fragen 1. In welche zwei Rubriken lässt sich die Entstehung der Mutationen eingliedern? 2. Wovon ist die Spontanrate abhängig? 3. Was passiert grob bei der Desaminierung? 4. Wo werden benachbarte Pyrimidin-Basen durch energiereiche Strahlen zu PyrimidinDimeren verbunden und in welche Rubrik lässt sich dieser Vorgang einordnen? 5. Was sind typische äußere Merkmale beim Down Syndrom? 6. Wie ist die genaue Bezeichnung des Down Syndroms? 7. Was ist die Ursache für Trisomie 21? 8. Bei wem kann das Klinefelter Syndrom auftreten? 9. Bei wem kann das Turner Syndrom auftreten? 10. Was ist eine Genommutation? 11. Was ist eine Chromosomenmutation? 12. Was ist eine Genmutation?, Antworten 1. induzierte und spontane Mutationen 2. Aktivität der DNA-Reperatursysteme und von der Umgebung des Organismus 3. strukturelle Veränderung der Basen durch salpetrige Säure 4. Pyrimidin-Dimere / Spontane Mutation 5. flaches Gesicht, Muskelschwäche, schräge Liderachsen, geringe Größe und Hautfalten im Gesicht 6. Trisomie Eizelle und die Samenzelle enthalten ein zusätzliches 21. Chromosom

14 8. Bei Männern 9. Bei Frauen 10. Veränderungen der artspezifischen Chromosomenzahl durch einen Verteilungsfehler bei der Reifeteilung 11. strukturelle Veränderungen eines Chromosoms 12. Änderungen in der Nucleotidsquenz der Gene Bewertung des Themas + viele Informationen über die Erkrankungen + interessantes Thema - komplexe und anspruchsvolle Themenbereiche - Vorwissen aus den Bereichen Physik und Chemie nötig, um die Entstehung zu verstehen Zusammenfassend ist zu sagen, dass das Thema manchmal sehr anspruchsvoll war, vor allem bei der Entstehung, jedoch das Thema insgesamt interessant war und auch im Nachhinein aufschlussreich. Quellen AllgeInfos:

15 Bilder: Eine Hausarbeit von Kristian Büge und Alexa Franz