Mutagene

Die meisten Mutationen entstehen nicht durch Ablesefehler bei der Replikation der DNA, sondern sie entstehen durch äußere Einflüsse. Dazu gehören Mutagene. Das sind Stoffe, die im Erbgut von Organismen Mutationen auslösen können. Zu ihnen gehören u. a. eine Vielzahl von Chemikalien (z. B. Formaldehyd, Senfgas) sowie physikalische Einwirkungen, wie z. B. UV-Licht und radioaktive Strahlung. Inwieweit auch Umwelteinflüsse (z. B. Klimafaktoren, Industrieabgase) Veränderungen im Erbgut auslösen können, hängt vor allem von der nicht genau messbaren Zunahme der Mutationsrate gegenüber der natürlichen Rate ab.

Überblick über Mutagene und ihre Wirkung

Zu den chemischen Stoffen, die Veränderungen im Erbgut auslösen können, gehören z. B. Teerstoffe, Basenanaloga, salpetrige Säure, Acridinfarbstoffe.

Teerstoffe in Tabakwaren wirken krebserregend. Sie besitzen ein Molekül mit Ringsystem und schieben sich zwischen die Nucleotide. Dabei täuschen sie eine Base zuviel vor. Bei der Replikation der DNA wird an diese vorgetäuschte Base eine beliebige andere angelagert. Dieser DNA-Strang ist dadurch um ein Nucleotid länger.

Bromuracil gehört zu den sogenannten Basenanaloga. Diese Stoffe besitzen in ihrer chemischen Struktur eine gewisse Ähnlichkeit mit den normalen Basen der DNA und können diese deshalb vertreten und sogar ein Basenpaar bilden. Bromuracil ähnelt in der Struktur den Purin- und Pyrimidinbasen.

Bei der Replikation der DNA wird das Thymin durch das Bromuracil ersetzt, sodass nun die Basenpaarung Adenin-Bromuracil vorliegt.

Bromuracil ist allerdings eine instabile Base. Dadurch kann es durch Umlagerung eines Wasserstoffatoms zu einer Paarung des Bromuracil mit Guanin statt mit dem dazu komplementären Adenin kommen. Aus dem A-T-Basenpaar der DNA wird nach der Replikation ein G-C-Basenpaar. Kommt es nach einer solchen Veränderung zu einer Replikation der DNA, so kann eine Mutation die Folge sein.

Salpetrige Säure verändert in der ruhenden DNA Cytosin (Desaminierung). Cytosin wird dadurch in Uracil umgewandelt. Dieses Uracil ist nicht mehr komplementär zu Guanin sondern zu Adenin. Kommt es zu einer Replikation der DNA wird dann später im Doppelstrang das Basenpaar C-G durch das Basenpaar U-A ersetzt. Daraus entstehen Replikationsfehler. Während des Ablesevorgangs kann es zu Fehlern kommen. Dadurch wird ein Protein wirkungslos.

Acridinfarbstoffe können sich zwischen die Nucleotide der DNA schieben und dadurch ihre Basensequenz verändern.

Zu den physikalischen Einflüssen, die Veränderungen im Erbgut auslösen können, gehören energiereiche Strahlen, z. B. UV-Strahlen, radioaktive Strahlung und Röntgenstrahlen.

Durch kurzwellige UV-Strahlen (z. B. Sonnen- und Höhenstrahlung) werden benachbarte Thyminbasen eines DNA-Strangs verknüpft (Thymindimeren). Diese können sich dann nicht mit den komplementären Basen Adenin paaren. Die genetische Information kann an diesen Stellen nicht mehr genau abgelesen werden.

Radioaktive Strahlung und Röntgenstrahlen wirken nicht unmittelbar auf die DNA ein. Sie bilden allerdings in den Zellen sehr reaktionsfreudige Radikale, die mit der DNA im Weiteren chemische Reaktionen eingehen. Dadurch kann es möglicherweise zu Brüchen im Einzel- oder Doppelstrang der DNA kommen. Die Folge können ein Basenaustausch oder der Ausfall eines Nucleotids innerhalb der DNA sein.

Sehr gefährlich für den Organismus ist es, wenn radioaktive Stoffe über die Nahrung in den Körper gelangen und dort längere Zeit verweilen.