Genetik Klausur Q1 - Biologie mit Lösungen und Bewertung

Sichelzellenanämie und Malaria

Eine Punktmutation im Gen für die β-Kette des Hämoglobins verursacht die Sichelzellenanämie. Bei dieser Missense-Mutation wird eine Base im DNA-Strang ausgetauscht, was zur Veränderung einer Aminosäure im Protein führt. Der Basenaustausch verändert das Codon von GAG zu GUG, wodurch statt Glutaminsäure die Aminosäure Valin eingebaut wird.

In Malariagebieten kommt die Sichelzellenanämie besonders häufig vor. Versuche mit verschiedenen Zellkulturen (homozygot gesunde GG-Zellen, heterozygote GA-Zellen und homozygote AA-Zellen) zeigen einen interessanten Zusammenhang: Bei normalem Sauerstoffgehalt (17%, wie in der Lunge) können sich Malariaparasiten in allen Zelltypen gleich gut vermehren.

Bei niedrigem Sauerstoffgehalt (3%, wie im Gewebe) nehmen GA-Zellen teilweise und AA-Zellen vollständig Sichelform an. In diesen Sichelzellen können sich die Malariaparasiten kaum vermehren oder sterben sogar ab.

Aha-Moment: Heterozygote Träger der Sichelzellanämie (GA) haben einen evolutionären Vorteil in Malariagebieten! Sie leiden nicht an schweren Symptomen der Anämie, sind aber teilweise resistent gegen Malaria.

Die Sichelzellenanämie ist trotz ihrer schwerwiegenden Symptome in Malariagebieten verbreitet, weil heterozygote Merkmalsträger einen Selektionsvorteil haben. Sie überleben häufiger Malaria-Infektionen als Menschen ohne das Sichelzellen-Gen.

Der genetische Code und die Proteinbiosynthese

Der genetische Code besitzt wichtige Eigenschaften, die seine Funktionsweise bestimmen. Er ist überlappungsfrei (eine Base gehört immer nur zu einem Triplett) und kommafrei (keine bedeutungsfreien Basen zwischen den Codons). Zudem ist er eindeutig, da ein bestimmtes Triplett immer für eine bestimmte Aminosäure codiert.

Eine weitere Eigenschaft ist seine Degeneriertheit: Verschiedene Tripletts können für die gleiche Aminosäure codieren (64 mögliche Tripletts für 20 Aminosäuren). Besonders bemerkenswert ist der universelle Charakter des genetischen Codes – fast alle Lebewesen nutzen denselben Code, was auf einen gemeinsamen evolutionären Ursprung hindeutet.

Die Translation, der Prozess der Proteinbiosynthese, lässt sich in drei Phasen einteilen:

1. Initiation: Bildung des Initiationskomplexes aus ribosomalen Untereinheiten und mRNA
2. Elongation: Kettenverlängerung durch Anlagerung von Aminosäuren
3. Termination: Beendigung der Proteinsynthese bei Erreichen eines Stopp-Codons

Wichtig für die Klausur: Verschiedene Antibiotika greifen an unterschiedlichen Stellen in die Proteinbiosynthese ein! Chloramphenicol verhindert die Bildung von Peptidbindungen, Erythromycin blockiert das Vorrücken des Ribosoms und Tetracyclin verhindert die Bindung der tRNA.

Mutationen im ribosomalen Protein können zu Antibiotikaresistenzen führen. So sind bestimmte E. coli-Stämme gegen Streptomycin resistent, weil Veränderungen in der rRNA die Bindungsstelle für das Antibiotikum modifizieren.