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Alt 24.05.2018, 17:24   #1   Druckbare Version zeigen
tbsi  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 1
Wie ist die Häufigkeit spontaner Mutationen im Menschen?

Hallo Leute,

ich bearbeite gerade eine Aufgabe für eine Übung in Biophysik, und bin mir unsicher wegen des Ergebnisses, weil ich es nicht genau einordnen kann. Wie folgt:
Die Frage ist, wie häufig eine thermisch-induzierte, spontane Mutation im menschlichen Körper auftritt. Vorgabe ist, dass ein Nukleotid von einer kovalenten Bindung mit 0,6 aJ und zwei H-Brücken mit 0,03 aJ gehalten wird. Temperatur ist 37 °C. Mit Hilfe der Arrhenius-Gleichung (k = A exp(-E/RT)) und A gleich 1012 Hz als Schwingungsfrequenz des aktivierten Nukleotids komme ich auf k = 1012 Hz, da exp dann gegen 1 läuft.
Aber kann das sein? Dass theoretisch 1012 Basen pro Sekunde genug Energie haben, um sich aus der DNA zu lösen (kann man das so sagen?) kommt mir etwas viel vor.
Hat schon einmal jemand mit der Arrheniusgleichung in dem Zusammenhang gerechnet?

Danke schonmal
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Alt 26.05.2018, 03:14   #2   Druckbare Version zeigen
cg Männlich
Mitglied
Beiträge: 1.217
Hi tbsi,

die Schwingungsfrequenz ist nur ein anderer Ausdruck für die Bindungsenergie, nicht für die Häufigkeit des Bindungsbruchs.

Dafür musst Du die statistische Wahrscheinlichkeit ermitteln, mit der ein Teilchen bei 37°C mindestens die erforderliche Dissotiationsenergie mit sich trägt und die betrachtete Bindung so trifft, dass diese Energie zum Bruch der Bindung führt. Nur bei zweiatomigen Molekülen ist das übersichtlich.

Damit ist aber nicht die Wahrscheinlichkeit einer Mutation beschrieben. Die gebrochene Bindung kann sich nach Umwandlung der Impulsenergie auch von selbst wieder herstellen. Der Organismus repariert den einfachen Kettenbruch zudem sowieso mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit oder scheidet die betroffene Zelle aus.
Eine Mutation ist eine bleibende Veränderung der Sequenz, keine momentane. Dafür ist Voraussetzung, dass nicht nur eine Bindung gebrochen wird, sondern dass mindestens eine Base komplett aus der Kette herausgebrochen wird und nicht wieder eingefügt wird oder dass eine Base selbst so verändert wird, dass die ursprüngliche Sequenz nicht mehr richtig abgelesen werden kann. Das ist sehr komplex und so einfach mechanistisch nicht berechenbar weil, wie so oft in der Chemie, zuviele Parameter unbekannt sind. Die Aufgabe ist also rechnerisch nicht lösbar.

Die Erbinformation ist aus diesen Gründen unglaublich stabil gespeichert. Da kann frau/man nur staunen. Anders wäre kein Leben wie wir es kennen möglich. Ich habe so ein Beispiel im Kopf, das ich nicht nachgeprüft habe, das aber die Stabilität gut veranschaulicht: Bei einem zweistündigen Sonnenbad entstehen in der Haut eines Weissen angeblich 10^8 Brüche der DNA, aber statistisch betrachtet erst nach ca. 30 Jahren ein Hautkrebs.



Freundliche Grüße
cg
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