Hauptunterschied – Mutation vs. Rekombination

DNA dient als genetisches Material der meisten Organismen und speichert Informationen für Wachstum, Entwicklung und Reproduktion. Der komplette DNA-Satz eines Organismus wird als Genom bezeichnet. Die Genome von Organismen sind dynamische Einheiten, die sich im Laufe der Zeit verändern. Mutation und Rekombination sind zwei Arten von Veränderungen, die in den Genomen auftreten können. Eine Mutation bezieht sich auf eine Änderung der Nukleotidsequenz einer kurzen DNA-Region. Andererseits rekonstruiert die Rekombination einen Teil des Genoms. Die Hauptunterschied zwischen Mutation und Rekombination ist das Mutation bringt eine kleinräumige Neuordnung im Genom mit sich, während Rekombination eine großräumige Neuordnung im Genom mit sich bringt.

Abgedeckte Schlüsselbereiche

1. Was ist eine Mutation? – Definition, Typen, Rolle 2. Was ist Rekombination? – Definition, Typen, Rolle 3. Was sind die Ähnlichkeiten zwischen Mutation und Rekombination? – Überblick über die gemeinsamen Funktionen 4. Was ist der Unterschied zwischen Mutation und Rekombination? – Vergleich der wichtigsten Unterschiede

Schlüsselbegriffe: Chromosomale Mutation, DNA, Frameshift-Mutation, Genom, homologe Rekombination, Punktmutation, Rekombination, ortsspezifische Rekombination, Transposition

Was ist eine Mutation?

Eine Mutation bezeichnet eine dauerhafte, erbliche Veränderung der Nukleotidsequenz eines Gens oder eines Chromosoms. Es kann durch Fehler bei der DNA-Replikation oder durch schädigende Wirkung von Mutagenen wie Strahlung und Chemikalien entstehen. Eine Mutation kann eine Punktmutation sein, die ein einzelnes Nukleotid durch ein anderes ersetzt, eine Frameshift-Mutation, die ein oder wenige Nukleotide einfügt oder löscht, oder eine Chromosomenmutation, die die Chromosomenabschnitte verändert.

Punktmutationen

Punktmutationen werden auch als Substitutionen bezeichnet, da sie Nukleotide ersetzen. Drei Arten von Punktmutationen können basierend auf der Wirkung jeder Art von Mutation identifiziert werden. Sie sind Missense-Mutationen, Nonsense-Mutationen und stille Mutationen. In Missense-Mutationen, kann die Veränderung eines einzelnen Basenpaares in der Nukleotidsequenz eines Gens eine einzelne Aminosäure verändern, was letztendlich zur Produktion eines anderen Proteins anstelle des erwarteten Proteins führen kann. In Unsinn Mutationen, kann die Veränderung eines einzelnen Basenpaares in der Nukleotidsequenz eines Gens als Signal zur Hemmung der laufenden Translation dienen. Dies kann zur Produktion eines nicht-funktionellen Proteins führen, das aus einer verkürzten Aminosäuresequenz besteht. In stille Mutationen, kann die Änderung aufgrund der Degeneration des genetischen Codes entweder für dieselbe Aminosäure oder eine zweite Aminosäure mit ähnlichen Eigenschaften kodieren. Daher kann sich die Funktion des Proteins nicht ändern, wenn die Nukleotidsequenz variiert. Abbildung 1 zeigt verschiedene Arten von Punktmutationen.

Abbildung 3: Punktmutationen

Frameshift-Mutationen

Die drei Arten von Frameshift-Mutationen sind Insertion, Deletion und Duplikation. Ein Einfügen eines einzelnen oder weniger Nukleotide wird die Anzahl der Basenpaare eines Gens ändern. Streichung ist die Entfernung eines einzelnen oder einiger weniger Nukleotide aus einem Gen. In Vervielfältigungen, werden ein oder wenige Nukleotide ein- oder mehrmals kopiert. Alle Frameshift-Mutationen verändern also den offenen Leserahmen eines Gens und führen zu Veränderungen der regulären Aminosäuresequenz eines Proteins. Die Wirkung einer Frameshift-Mutation ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2: Frameshift-Mutationen

Chromosomale Mutation

Die Arten von Veränderungen in chromosomalen Segmenten sind Translokationen, Genduplikationen, intrachromosomale Deletionen, Inversionen und der Verlust der Heterozygotie. Translokationen sind die Vertauschungen der genetischen Teile nichthomologer Chromosomen. In Genduplikation, können mehrere Kopien eines bestimmten Allels auftreten, was die Gendosis erhöht. Intrachromosomale Deletionen sind die Entfernungen von Chromosomensegmenten. Umkehrungen die Ausrichtung eines Chromosomensegments ändern. Heterozygotie eines Gens kann durch den Verlust eines Allels in einem Chromosom durch Deletion oder genetische Rekombination verloren gehen. Die chromosomalen Mutationen sind in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 1: Chromosomale Mutationen

Die Zahl der Mutationen im Genom kann durch DNA-Repair-Mechanismen minimiert werden. Die DNA-Reparatur kann auf zwei Arten erfolgen, nämlich präreplizierend und postreplizierend. Bei der präreplikativen DNA-Reparatur werden die Nukleotidsequenzen auf Fehler durchsucht und vor der DNA-Replikation repariert. Bei der post-replikativen DNA-Reparatur wird die neu synthetisierte DNA nach Fehlern durchsucht.

Was ist Rekombination?

Rekombination bezieht sich auf den Austausch von DNA-Strängen, wodurch neue Nukleotid-Umlagerungen erzeugt werden. Es tritt zwischen Regionen mit ähnlichen Nukleotidsequenzen auf, indem DNA-Segmente gebrochen und wieder zusammengefügt werden. Die Rekombination ist ein natürlicher Prozess, der von verschiedenen Enzymen und Proteinen reguliert wird. Die genetische Rekombination ist wichtig, um die genetische Integrität zu erhalten und genetische Vielfalt zu erzeugen. Die drei Arten der Rekombination sind homologe Rekombination, ortsspezifische Rekombination und Transposition. Sowohl die ortsspezifische Rekombination als auch die Transposition können als nicht-chromosomale Rekombination angesehen werden, bei der kein Austausch von DNA-Sequenzen stattfindet.

Homologe Rekombination

Die homologe Rekombination ist für das meiotische Crossing-over sowie die Integration der übertragenen DNA in Hefe- und Bakteriengenome verantwortlich. Es wird beschrieben durch die Urlaubsmodell. Es tritt zwischen identischen oder nahezu identischen Sequenzen von zwei verschiedenen DNA-Molekülen auf, die in einem begrenzten Bereich eine Homologie aufweisen können. Die homologe Rekombination während der Meiose ist in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4: Chromosomales Crossing-Over

Ortsspezifische Rekombination

Die ortsspezifische Rekombination erfolgt zwischen DNA-Molekülen mit sehr kurzen homologen Sequenzen. Es ist an der Integration der DNA des Bakteriophagen λ (λ DNA) während seines Infektionszyklus in das Genom von E. coli beteiligt.

Umsetzung

Transposition ist ein Prozess, der durch Rekombination verwendet wird, um DNA-Segmente zwischen Genomen zu übertragen. Während der Transposition werden die Transposons oder die mobilen DNA-Elemente von einem Paar kurzer direkter Wiederholungen flankiert, was die Integration in das zweite Genom durch Rekombination erleichtert.

Rekombinasen sind die Klasse von Enzymen, die die genetische Rekombination katalysieren. Die Rekombinase RecA wird in E. coli gefunden. Bei Bakterien erfolgt die Rekombination durch Mitose und die Übertragung von genetischem Material zwischen ihren Organismen. In Archaeen findet man RadA als Rekombinase-Enzym, das ein Ortholog von RecA ist. In Hefe findet man RAD51 als Rekombinase und DMC1 als spezifische meiotische Rekombinase.

Ähnlichkeiten zwischen Mutation und Rekombination

Unterschied zwischen Mutation und Rekombination

Definition

Mutation: Eine Mutation bezeichnet eine dauerhafte, erbliche Veränderung der Nukleotidsequenz eines Gens oder Chromosoms.

Rekombination: Rekombination bezieht sich auf den Austausch von DNA-Strängen, wodurch neue Nukleotid-Umlagerungen erzeugt werden.

Bedeutung

Mutation: Mutation ist eine Veränderung der Nukleotidsequenz des Genoms.

Rekombination: Rekombination ist eine Neuordnung eines Teils eines Chromosoms.

Typen

Mutation: Die drei Arten von Mutationen sind Punktmutationen, Frameshift-Mutationen und Chromosomenmutationen.

Rekombination: Die drei Arten der Rekombination sind homologe Rekombination, ortsspezifische Rekombination und Transposition.

Auftreten

Mutation: Eine Mutation kann durch Fehler bei der DNA-Replikation verursacht werden.

Rekombination: Die Rekombination erfolgt während der Herstellung von Gameten.

Umwelteinfluss

Mutation: Mutationen können durch externe Mutagene induziert werden.

Rekombination: Die meisten Rekombinationen treten auf natürliche Weise auf.

Betrag der Änderung

Mutation: Mutationen bringen kleine Veränderungen im Genom mit sich.

Rekombination: Die Rekombination bringt große Veränderungen im Genom mit sich.

Beitrag zur Evolution

Mutation: Der Beitrag von Mutationen zur Evolution ist geringer.

Rekombination: Rekombination ist die treibende Kraft der Evolution.

Rolle

Mutation: Mutationen erzeugen neue Allele, die einer bestimmten Population genetische Variabilität einbringen.

Rekombination: Die Rekombination bringt groß angelegte Neuordnungen des Genoms von Organismen mit sich, die zur Evolution führen.

Abschluss

Mutation und Rekombination sind zwei Mechanismen, die die DNA-Sequenz eines Genoms verändern. Mutation ist eine Veränderung in einer Nukleotidsequenz, während die Rekombination einen großen Bereich des Genoms verändert. Da die Wirkung der Rekombination auf ein Genom höher ist als die der Mutation, gilt die Rekombination als die wichtigste Triebkraft der Evolution. Der Hauptunterschied zwischen Mutation und Rekombination ist die Wirkung jedes Mechanismus auf die Nukleotidsequenz des Genoms.

Referenz:

1. Brown, Terence A. „Mutation, Reparatur und Rekombination“. Genome. 2. Auflage., U.S. National Library of Medicine, 1. Januar 1970, hier erhältlich.

Bild mit freundlicher Genehmigung:

1. „Punktmutationen-en“ Von Jonsta247 – Eigene Arbeit (GFDL) über Commons Wikimedia 2. „Frameshift-Mutationen (13080927393)“ Von Genomics Education Program – Frameshift-Mutationen (CC BY 2.0) über Commons Wikimedia 3. „Chromosomenmutationen-en ” Von GYassineMrabetTalk✉Diese Vektorgrafik wurde mit Inkscape erstellt. – Eigene Arbeit basierend auf Chromosomenmutationen.png (Public Domain) über Commons Wikimedia 4. „Crossover 2“ von MichelHamels in der französischen Wikipedia – Von fr.wikipedia nach Commons übertragen von Bloody-libu mit CommonsHelper (Public Domain) über Commons Wikimedia