Select your language

Suggested languages for you:
Log In Anmelden
StudySmarter - Die all-in-one Lernapp.
4.8 • +11k Ratings
Mehr als 5 Millionen Downloads
Free

Die All-in-one Lernapp:

  • Karteikarten
  • NotizenNotes
  • ErklärungenExplanations
  • Lernpläne
  • Übungen
App nutzen

Mutagene

Save Speichern
Print Drucken
Edit Bearbeiten
Melde dich an und nutze alle Funktionen. Jetzt anmelden
X
Illustration Du hast bereits eine Erklärung angesehen Melde dich kostenfrei an und greife auf diese und tausende Erklärungen zu
Biologie

Eine Mutation ist eine permanente und plötzliche Veränderung, die in der DNA eines Lebewesens passiert. Oft können Mutationen während der DNA-Replikation oder durch Mutagene entstehen. Beide Fehlerarten können durch spezifische Enzyme repariert werden. Wenn die Fehler nicht behoben werden können, kann es z. B. zu Erbkrankheiten oder Krebserkrankungen kommen. Aber auf welche Weise können Mutagene die DNA so weit beeinflussen, dass Mutationen auftreten und was sind Mutagene überhaupt genau?

Mutagene – Definition

Mutagene oder Mutagene Faktoren sind äußere Einwirkungen, die Genmutationen oder Chromosomenaberrationen auslösen können. Das bedeutet, dass sie das Erbgut verändern. Meist sind Mutagene chemische oder physikalische Einflüsse. Die Fähigkeit, Mutationen auszulösen, nennt man Mutagenität. Mutagene verursachen DNA-Schäden und führen so zu Mutationen. Sie führen zum Anstieg der natürlichen Mutationsrate, die eigentlich bei 10-5 bis 10-9 pro Gen und Generation liegen.

Die Chromosomenaberration ist eine Unregelmäßigkeit. Sie betrifft entweder die Struktur oder die Anzahl der betroffenen Chromosomen. Das heißt, dass die Anzahl der Chromosomen zunehmen oder abnehmen kann. Während die Chromosomenabschnitte zusammengefügt werden, kann es zu Fehlern kommen. So können einige Stücke fehlen oder einige Stücke zu viel eingefügt werden.

Arten von Mutagenen

Man unterscheidet zwischen drei Arten der Mutagene:

  • physikalische Mutagene: Strahlung und hohe Temperaturen
  • chemische Mutagene: Nitrosamine, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe
  • biologische Mutagene: HP-Viren, Epstein-Barr-Virus

Die EU Chemikalienverordnung (CLP) stuft die Stoffe je nach Mutagenität in den Keimzellen in drei verschiedene Kategorien ein:

  1. Kategorie 1A: Die Stoffe, die vererbbare Mutationen in menschlichen Keimzellen verursachen. Die Einstufung beruht auf Befunden aus epidemiologischen Studien an Menschen.
  2. Kategorie 1B: Die Stoffe, die ebenfalls vererbbare Mutationen in menschlichen Keimzellen verursachen. Die Annahme beruht auf geeigneten Langzeit-Tierversuchen.
  3. Kategorie 2: Die Stoffe, die vermutlich/möglicherweise vererbbare Mutationen in menschlichen Keimzellen auslösen können. Die Annahmen beruhen auf geeigneten Tierversuchen. Sie können trotzdem nicht in Kategorien 1 oder 2 eingestuft werden.

Mutagene Substanzen und Stoffe

Es gibt einige chemische Stoffe, die Veränderungen im menschlichen Erbgut auslösen können. Dazu zählen unter anderem:

  • Teerstoffe
  • Basenanaloga
  • Salpetrige Säure
  • Acridinfarbstoffe

Andere mutagene Substanzen sind z. B. Pflanzengifte, Nitrosamine und Schwermetallsalze.

Teerstoffe

Teerstoffe, die in Tabakwaren enthalten sind, wirken krebserregend. Sie besitzen ein Molekül mit Ringsystem und können sich zwischen die Nukleotide schieben. So täuschen sie den Enzymen eine nichtexistierende Base vor. Während der DNA-Replikation wird an dieser Base eine andere beliebige Base angelagert. So ist der neu entstehende DNA-Strang um ein Nukleotid länger.

Wenn Du mehr über die DNA-Replikation wissen willst, schau Dir den passenden Artikel dazu auf StudySmarter an!

Bromuracil (Basenanaloga)

Basenanaloga weisen in ihrer chemischen Struktur eine Ähnlichkeit zu den normalen Basen der DNA auf. Sie können deswegen eine Base ersetzen und entsprechende Basenpaare bilden. Während der Replikation ersetzt Bromuracil das Thymin. Somit liegt die Basenpaarung Adenin-Bromuracil vor.

Bromuracil ist eine instabile Base. Sollte ein Wasserstoffatom umgelagert werden, kommt es zur Paarung von Bromuracil mit Guanin statt Adenin. Entsprechend kommt es bei der Replikation zu einem Austausch des ursprünglichen Basenpaares Adenin-Thymin durch das Basenpaar Guanin-Cytosin und damit zu einer Mutation.

Salpetrige Säure

Die salpetrige Säure führt zur Desaminierung, wobei die Base Cytosin verändert wird. Hier wird Cytosin in Uracil umgewandelt. Uracil ist aber nicht komplementär zu Guanin, sondern zu Adenin. Wenn es zur Replikation kommt, bildet sich das Basenpaar Adenin-Uracil statt Guanin-Cytosin. Es entsteht ein Replikationsfehler. Es kommt in der Folge auch zu Fehlern während des Ablesevorgangs, wodurch defekte Proteine entstehen können.

Bei dem Prozess der Desaminierung wird eine Aminogruppe chemisch abgespalten. Aminogruppen sind wichtige Bestandteile der Nukleotide.

Acridinfarbstoffe

Acridinfarbstoffe sind aromatische Verbindungen, die die Basenabfolge ändern, indem sie sich zwischen die Nukleotide schieben. Dadurch werden Leserastermutationen hervorgerufen.

Eine Leserastermutation – auch frameshift mutation – ist eine Art der Genmutationen. Bei solcher Mutationen wird der Leseraster entweder durch das Entfernen (deletion) oder das Einfügen (insertion) einer Base modifiziert. Meist führt diese Mutation zu einem früh auftretenden Stopcodon, wodurch das Leseraster vorzeitig beendet wird.

Wirkung auf die DNA

Physikalische Mutagene, z. B. ultraviolette Strahlung, radioaktive Strahlung oder Röntgenstrahlung, wirken sich ebenfalls negativ auf die DNA eines Lebewesens aus.

Ultraviolette Strahlung

Die ultraviolette Strahlung ist eine sehr energiereiche Strahlung und hat eine Wellenlänge von 280 bis 320 nm. Allgemein beeinflusst diese Strahlung die oberen Epithelzellen.

Durch die ultraviolette Strahlung vereinen sich zwei benachbarte Thyminbasen zu einem Thymin-Dimer. Sie bilden eine dauerhafte, kovalente Bindung miteinander. Thymin-Dimere bilden kleine Blasen, die die DNA-Polymerase nicht überwinden kann. Somit wird die Replikation nicht vervollständigt. Das gleiche Problem tritt bei der Transkription auf, da die RNA-Polymerase das eingebaute Thymin-Dimer nicht überwinden kann. Somit kann die Transkription nicht vollständig ablaufen.

Dimer sind Moleküle, die aus zwei Monomeren, also zwei Untereinheiten, bestehen. Wenn sich beispielsweise zwei benachbarte Thyminbasen verknüpfen, entsteht ein Thymin-Dimer. So eine Verbindung wird als Dimerisierung benannt.

Röntgenstrahlung

Die Röntgenstrahlung hat eine Wellenlänge von unter 10 nm. Die DNA wird nur selten durch Röntgenstrahlung gebrochen und zerstört. Das passiert nur, wenn das Zucker-Phosphat-Rückgrat an einer Stelle aufgetrennt wird. Meist kommt es in einem solchen Fall zum einseitigen Strangbruch. Dieser Bruch hindert die DNA-Polymerase an der vollständigen Replikation und die RNA-Polymerase an der vollständigen Transkription.

Radioaktive Strahlung

Radioaktive Strahlung hat einen höheren Energiegehalt als Röntgenstrahlung. Durch die radioaktive Strahlung entstehen Radikale, die die DNA chemisch verändern können.

Radikale sind Moleküle oder Atome, die sehr reaktiv sind, weil sie ein ungebundenes Elektron besitzen.

Die radioaktive Strahlung hat aber noch mehr Auswirkungen auf die DNA. Auch hier kann es zum einseitigen Strangbruch kommen, wobei die Phosphodiesterbindung zwischen dem Zucker und dem Phosphat getrennt wird. Die Trennung kann einseitig, aber auch zweiseitig erfolgen. Außerdem können Pyrimidinbasen chemisch modifiziert werden, d. h. sie werden dimerisiert. Es kann auch zu gehäuften Läsionen kommen.

Läsionen sind mehrere Schäden, die nah beieinander liegen.

Hohe Temperaturen

Durch Hitzeschocks werden die Basen Adenin und Guanin von ihren Zuckern abgespalten. Solche depurinierten Bereiche können Punktmutationen oder eine Deletion verursachen.

Bei einer Punktmutation wird ein einzelnes Basenpaar in der DNA verändert. Die betroffene Base wird mit einer anderen Basen ausgetauscht. Dadurch können andere Proteine entstehen, als die, die eigentlich gebraucht werden.

Die Deletion stellt den Entfall eines Abschnitts der DNA dar. Durch eine Deletion können einzelne Basen (Punktmutation) oder mehrere Basen bis große Basensequenzen beschädigt werden.

Viren (biologische Mutagene)

Viren benötigen eine Wirtszelle, um sich reproduzieren oder vermehren zu können. Wenn ein Virus eine Wirtszelle gefunden hat, schleust es die eigene Erbinformation und spezifische Enzyme in die Wirtszelle ein. Manche Viren sind in der Lage, ihr Erbgut mithilfe von Enzymen in die DNA der Wirtszelle einzubauen. Es ist zwar abhängig vom Ort der eingebauten DNA, aber Veränderungen führen meist zu großen Schäden.

Das Epstein-Barr-Virus kann als Herpesvirus Zellen latent infizieren. Es verharrt also in einer Art Ruhezustand im Körper seines Wirts, indem es sein Erbgut in die Wirtszelle einschleust, ohne sich zu vermehren. Unter bestimmten Bedingungen kann das Epstein-Barr-Virus reaktiviert werden. Normalerweise bleibt die Reaktivierung vom Wirt unbemerkt und wird schnell vom Immunsystem unterdrückt. Bei Immunsuppression (z. B. bei HIV-Infizierten oder Organempfängern) kann sich das Virus unkontrolliert vermehren und zur Entstehung verschiedener seltener Krebsarten beitragen.

Eine EBV-Infektion gilt als möglicher Risikofaktor für Tumore der Nase oder des Kehlkopfes. EBV allein reicht jedoch nicht aus, um Krebs zu induzieren. Hier spielen andere Faktoren eine Rolle (chromosomale Translokationen von MYC-Genen). Auch Malaria wird als potenzieller Kofaktor diskutiert. Menschliche Brustkrebszellen werden ebenfalls häufig mit dem Epstein-Barr-Virus infiziert, ohne dass ein Zusammenhang beobachtet wird.

Beispiele für Mutagene

Mutagene, wie z. B. Strahlung, Hitze, Viren oder chemische Stoffe können zu Veränderungen in dem Erbgut führen.

Chemische Mutagene

Chemische Substanzen, wie z. B. Nitrosamine, Basenanaloga, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, Arsensäure und deren Salze, Asbest, Benzol, Acrylamid und Rohöl sind Mutagene. Überwiegend führen chemische Mutagene zu Doppelstrangbrüchen.

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe können sich zwischen Basen schieben. So führen diese zu Rastermutationen (Genmutation). Dieser Vorgang der Einlagerung bezeichnet man als Interkalation. Durch die Interkalation wird die Replikation und die Transkription der DNA gestört.

Ein typisches Beispiel für polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe ist Ethidiumbromid. In der Gentechnik wird es zum spezifischen Nachweis von Nukleinsäuren eingesetzt. Die Moleküle des Ethidiumbromids lagern sich in die Basenabfolge und verschieben damit das Leseraster.

Nitrosamine

Nitrosamine können beim Frittieren, Grillen oder Braten bestimmter Lebensmittel auftreten. So entstehen sie zum Beispiel bei der Hocherhitzung von Fleischwaren, die Nitritpökelsalz enthalten. Nitrosamine können sich auch beim Verzehr von pflanzlichen Nahrungsmitteln entwickeln, die intensiv gedüngt wurden. Die DNA-Basen werden dadurch chemisch stark verändert.

Aflatoxine

Aflatoxine sind hochgiftige Produkte der Schimmelpilze, die sich an die DNA-Basen anlagern. Schon bei sehr geringen Mengen von 10 µg/kg Körpergewicht können diese toxisch und krebserregend wirken.

Biologische Mutagene

Biologische Mutagene, wie z. B. HI-Viren, Epstein-Barr-Viren oder HP-Viren können zur Folge haben, dass Mutationen entstehen.

HP-Viren (HPV)

HP-Viren – auch Humane Papillomviren – sind DNA-Viren. Sie infizieren Epithelzellen der Haut und einige Schleimhäute. Bei Infizierten können solche Viren zu einem unkontrollierten tumorartigen Wachstum der infizierten Zellen führen. Meist sind die Tumoren gutartig und es kommt nur zur Bildung von Warzen. Manchmal sind die Tumoren bösartig und es kommt bei Frauen zum Gebärmutterhalskrebs.

Die Viren machen den Zelltod (Apoptose) unmöglich, weil einige bestimmte Gene das verhindern. Durch die Genproduktion ist die Reparatur der DNA auch nicht möglich.

Physikalische Mutagene

Physikalische Mutagene, wie z. B. Röntgen- oder UV-Strahlung haben überwiegend die Folge, dass es zu Mutationen, Doppelstrangbrüchen und Chromosomenaberrationen kommt.

Mutagene - Das Wichtigste

  • Mutagene sind äußere Einwirkungen, die Genmutationen oder Chromosomenaberrationen verursachen können.
  • Man unterscheidet zwischen den physikalischen, chemischen und biologischen Mutagenen:
    • Physikalische Mutagene sind Strahlung und hohe Temperaturen.
    • Chemische Mutagene sind einige chemische Stoffe, wie z. B. polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, salpetrige Säure und Teerstoffe.
    • Biologische Mutagene sind DNA-Viren, wie z. B. HP-Viren und HI-Viren.
  • Die meisten Mutagene wirken negativ auf die DNA und verursachen Mutationen durch Rastermutationen oder Strangbrüche.

Mutagene

Es gibt physikalische, biologische oder chemische Mutagene. Physikalische Mutagene sind meist Strahlungen oder hohe Temperaturen. Chemische Mutagene sind chemische Stoffe, wie z.B. polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe und Basenanaloga. Biologische Mutagene sind bestimmte Viren, die das Erbgut ihrer Wirtszelle verändern können, z.B. HI-Viren.

Beispiele für chemische Mutagene sind Teerstoffe, Basenanaloga oder salpetrige Säure. Beispiele für physikalische Mutagene sind UV-Strahlung, Röntgenstrahlung oder hohe Temperaturen. Beispiele für biologische Mutagene sind Epstein-Barr-Virus und HP-Viren.

Strahlungen, wie z.B. Röntgen- und UV-Strahlung führen dazu, dass die Replikation und die Transkription unvollständig ablaufen. Hohe Temperaturen führen zu Punktmutationen. Die meisten chemischen Mutagene führen zu Strangbrüchen. HP-Viren führen zu unkontrolliertem tumorartigen Wachstum der infizierten Zellen.

Die Wirkung von Mutagene ist je nach Stoff unterschiedlich. UV-Strahlung führt zur Bildung eines Dimers, was die DNA-Polymerase und die RNA-Polymerase hindert. Röntgenstrahlung führt meist zu einem einseitigen Strangbruch und selten zu einem Doppelstrangbruch. Durch radioaktive Strahlung werden Radikale gebildet, die die DNA chemisch verändern. Viren brauchen eine Wirtszelle. Dort wird ihre DNA in die DNA der Wirtszelle eingebaut. Je nach Ort der eingebauten DNA können die Veränderungen große Folgen haben.

Finales Mutagene Quiz

Frage

Was ist radioaktive Strahlung?

Antwort anzeigen

Antwort

Radioaktive Strahlung tritt bei Umwandlung chemischer Elemente auf. Sie tritt aus dem Atomkern aus und wirkt bei Aufprall mit anderen Ionen ionisierend.

Frage anzeigen

Frage

Was ist Alpha-Strahlung?

Antwort anzeigen

Antwort

Alpha-Strahlung ist Teilchenstrahlung, die aus zwei Protonen und zwei Neutronen besteht. Anders als ein Helium Teilchen sind sie zweifach positiv geladen. 

Frage anzeigen

Frage

Welche Folgen kann Alpha-Strahlung haben?

Antwort anzeigen

Antwort

Alpha-Strahlung hat eine relativ geringe Eindringtiefe. In der Regel wird sie von oberen Hautschichten absorbiert. Sie wird erst gefährlich, wenn sie mit der Nahrung oder beim Einatmen aufgenommen wird. 

Frage anzeigen

Frage

Welche Beta-Strahlung gibt?

Antwort anzeigen

Antwort

Es gibt die Beta positiv und Beta negativ Strahlung.

Frage anzeigen

Frage

Was entsteht die Beta+ Strahlung?

Antwort anzeigen

Antwort

Beim Beta positiv Zerfall wird ein Proton in ein Neutron umgewandelt.. Die Protonenzahl verringert sich um 1 und es entsteht neben einem Neutrino ein massenloses Positron.

Frage anzeigen

Frage

Wie entsteht die Beta- Strahlung?

Antwort anzeigen

Antwort

Beim Beta- Zerfall wird ein Neutron im Kern in ein Proton umgewandelt. Die Protonenzahl nimmt um 1 zu und es entsteht neben einem negativ geladenen Elektron ein Antineutrino.


Frage anzeigen

Frage

Welche Folgen kann Beta Strahlung haben?

Antwort anzeigen

Antwort

Bei Bestrahlung von außen können äußere Hautschichten beschädigt werden. Bei Aufnahme über Nahrung und Luft kommt es zu chwerwiegende Schäden, wie z.B. Schildrüsenkrebs.

Frage anzeigen

Frage

Wie entseht Gamma-Strahlung?

Antwort anzeigen

Antwort

Gamma Strahlung wenn angeregte Tochterkerne in ihren Grundzustand übergehen. Dabei wird die Energie in Form von elektromagnetischer Gamma Strahlung abgegeben. 

Frage anzeigen

Frage

Welche Eindringtiefe hat Gamma-Strahlung?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Gamma-Strahlung hat keine spezifische Eindringtiefe. Sie wird nur exponentiell abgeschwächt.


Frage anzeigen

Frage

Was kann Gamma-Strahlung verursachen?

Antwort anzeigen

Antwort

Gamma-Strahlung hat im Körper gravieriende Wirkung. Sie wirkt im menschlichen Gewebe ionisierend. Es entstehet Sekundärstrahlungen, die das Erbgut des Menschen schädigt und chemische Verbindungen im Körper aufbricht..

Frage anzeigen

Frage

Was ist die charakteristische Röntgenstrahlung?

Antwort anzeigen

Antwort

Beim Übergang von Teilchen in ein niedrigeres Energieniveau im Linienspektrum entsteht die charakteristische Röntgenstrahlung. Sie ist kennzeichnend für das jeweilige Element.


Frage anzeigen

Frage

Wo findet man Röntgenstrahlung?

Antwort anzeigen

Antwort

Röntgenstrahlung wird sowohl zu diagnostischen Zwecken im Röntgen, als auch zu therapeutischen Zwecken z.B. zur Behandlung von Krebs genutzt.

Frage anzeigen

Frage

Was versteht man unter Mutagenen?

Antwort anzeigen

Antwort

äußere Einwirkungen, die Mutationen auslösen

Frage anzeigen

Frage

Was sind Chromosomenaberrationen?

Antwort anzeigen

Antwort

Eine Chromosomenaberration ist eine Unregelmäßigkeit, die die Anzahl oder die Struktur der Chromosomen betrifft.

Frage anzeigen

Frage

Welche Arten der Mutagene gibt es?

Antwort anzeigen

Antwort

physikalische Mutagene

Frage anzeigen

Frage

Welche chemischen Substanzen oder Stoffe können Veränderungen im Erbgut auslösen?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Teerstoffe
  • Basenanaloga
  • salpetrige Säure
  • Acridinfarbstoffe
  • polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe
  • Nitrosamine
  • Aflatoxine
Frage anzeigen

Frage

Was sind Beispiele für physikalische Mutagene?

Antwort anzeigen

Antwort

Röntgenstrahlung

Frage anzeigen

Frage

Welche Wirkung hat Röntgenstrahlung auf die DNA?

Antwort anzeigen

Antwort

Selten kommt es zur Zerstörung der DNA. Das passiert nur, wenn das Zucker-Phosphat-Rückgrat aufgetrennt wird. 


Meistens kommt es zum Einzelstrangbruch. Der Bruch hindert die DNA-Polymerase von der vollständigen Replikation und die RNA-Polymerase von der vollständigen Transkription.

Frage anzeigen

Frage

Was haben hohe Temperaturen für eine Wirkung auf die DNA?

Antwort anzeigen

Antwort

Punktmutationen

Frage anzeigen

Frage

Was haben polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe für eine Wirkung auf die DNA?

Antwort anzeigen

Antwort

Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe schieben sich zwischen Basen (=Interkalation). Dieser Prozess führt zu Rastermutationen. Dadurch wird die Replikation und die Transkription der DNA zerstört.

Frage anzeigen

Frage

Welche Wirkung haben physikalische Mutagene auf die DNA?

Antwort anzeigen

Antwort

Mutationen

Frage anzeigen

Frage

Welche Wirkung haben HP-Viren auf dem menschlichen Körper?

Antwort anzeigen

Antwort

HP-Viren infizieren die Epithelzellen der Haut. Sie führen zu unkontrolliertes tumorartiges Wachstum der infizierten Zellen


Wenn die Tumoren gutartig sind, entstehen nur Warzen


Wenn die Tumoren bösartig sind, kann zum Gebärmutterhalskrebs kommen. 


Die Gene, die in der Wirtszelle vermehrt wurden, verhindern den Zelltod und die Reparatur der DNA.

Frage anzeigen

Frage

Wie bezeichnet man die Eigenschaft der Mutagene, Mutationen auszulösen?

Antwort anzeigen

Antwort

Mutagenität

Frage anzeigen
60%

der Nutzer schaffen das Mutagene Quiz nicht! Kannst du es schaffen?

Quiz starten

Finde passende Lernmaterialien für deine Fächer

Alles was du für deinen Lernerfolg brauchst - in einer App!

Lernplan

Sei rechtzeitig vorbereitet für deine Prüfungen.

Quizzes

Teste dein Wissen mit spielerischen Quizzes.

Karteikarten

Erstelle und finde Karteikarten in Rekordzeit.

Notizen

Erstelle die schönsten Notizen schneller als je zuvor.

Lern-Sets

Hab all deine Lermaterialien an einem Ort.

Dokumente

Lade unzählige Dokumente hoch und habe sie immer dabei.

Lern Statistiken

Kenne deine Schwächen und Stärken.

Wöchentliche

Ziele Setze dir individuelle Ziele und sammle Punkte.

Smart Reminders

Nie wieder prokrastinieren mit unseren Lernerinnerungen.

Trophäen

Sammle Punkte und erreiche neue Levels beim Lernen.

Magic Marker

Lass dir Karteikarten automatisch erstellen.

Smartes Formatieren

Erstelle die schönsten Lernmaterialien mit unseren Vorlagen.

Melde dich an für Notizen & Bearbeitung. 100% for free.