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Sichelzellanämie: 

sichelförmige Erythrozyten (rote Blutkörperchen) 
Folge u. a Verstopfung der Kapillaren --> Sauerstoff-Unterversorgung der nachfolgenden Organe -->Anämie (Blutarmut), die zum Tod führen kann.

Frage: Welches sind die molekulargenetischen Ursachen für die Veränderung der Erythrozyten?


Abb. 1:
Normaler Erythrozyt

Abb. 2:Sichelförmiger Erythrozyt
Externer Link: Phasenkontrast-Mikroskop-Aufnahmen
 

1. Versuch: (Pauling, 1949):  Elektrophorese des Hämoglobins aus den Erythrozyten

Das Ergebnis dieser Elektrophorese ist :
Normales Hämoglobin (gesunde Person) wandert zum Plus-Pol.
Sichelzellhämoglobin (erkrankte Person) wandert zum Minus-Pol.
Bei einigen (scheinbar) gesunden Personen trennt sich das Hämoglobin auf und wandert zu beiden Polen.

 

2. Versuch: Aminosäuresequenzanalyse des Hämoglobins

Das Hämoglobin ist ein aus vier Untereinheiten zusammengesetztes Protein. Jede Untereinheit besteht aus einem Prophyrinring mit zentralem Fe-Atom (Häm) und einer Polypeptidkette (Globin). Je zwei Peptidketten sind identisch und werden mit a und b bezeichnet.
Die Reihenfolge der einzelnen Aminosäuren in jeder Kette wird durch Sequenzanalyse ermittelt:
Dabei wird ein Peptid enzymatisch in mehrere Teilstücke zerlegt (s. u. Teilstücke des 1. Versuchsansatzes). Die Teilstücke werden durch Elektrophorese und Papierchromatographie getrennt. Von den getrennten Teilstücken wird vom Ende her Aminosäure für Aminosäure abgespalten und chromatographisch identifiziert. Um die richtige Aufeinanderfolge der Teilstücke zu erfahren, wird das Peptid mit einem anderen Enzym in eine andere Serie von Teilstücken zerlegt (s. u. Teilstücke des 2. Versuchsansatzes). Aus den sich überlappenden Sequenzen der Teilstücke aus beiden Serien (1. und 2. Versuchsansatz) lässt sich schließlich die Aminosäuresequenz des gesamten Peptids zusammenstellen.

(Aus: Daumer, K. 1984: Genetik - München)

 

Ergebnisse aufgrund der sich jeweils überlappenden Aminosäurensequenzen des 1. und des 2. Versuchsansatzes:

a) Aminosäurensequenz (AS-Sequenz) des normalen Hämoglobins (b-Kette):
Val – His – Leu – Thr – Pro – Glu – Glu – Lys

b) Aminosäurensequenz (AS-Sequenz) des Sichelzellhämoglobins (b-Kette) : 
Val – His – Leu – Thr – Pro – Val – Glu - Lys

Nur die an sechster Stelle auftretenden Aminosäuren der b-Ketten unterscheiden sich, Glutaminsäure (Glu) wurde durch Valin (Val). Alle anderen Aminosäuren des normalen Hämoglobins und des Sichelzellhämoglobins sind gleich.

Folgerung:
Hieraus kann mit Hilfe des genetischen Codes auf Veränderungen in der DNA geschlossen werden.  

Fazit: Der Austausch einer einzigen Base (A anstelle von T) in der DNA ist die molekulargenetische Ursache der Sichelzellanämie. Man spricht von einer Basenaustauschmutation.

Folgerung:
Es gibt zwei verschiedene DNA-Abschnitte, da es bei den scheinbar gesunden Personen (s. o. Ergebnis der Elektrophorese) zwei verschiedene  b-Ketten gibt, eine normale und eine mit obiger Veränderung. Daraus kann man schließen, dass es zwei Gene für die Bildung der b -Ketten des Hämoglobins geben muss. Jeweils ein Gen enthält die Information für die Bildung einer b-Kette. (Gen: DNA-Abschnitt, der die Information für die Bildung eines Polypeptids besitzt.)

Zusammenhang zwischen Malaria und Sichelzellanämie
Bei gesunden Menschen mit normalem Hämoglobin vermehrt sich der Malariaerreger in den Erythrozyten. Beim Platzen der roten Blutkörperchen werden viele neue Erreger frei, dieses führt u. a. zu sehr gefährlichen Fieberschüben. Der Befall der Erythrozyten mit dem Malariaerreger bewirkt, dass diese roten Blutkörperchen keinen Sauerstoff mehr aufnehmen können. Dies hat nun in Malariagebieten einen positiven Effekt:
Bei den scheinbar gesunden Menschen (s. o. Ergebnis der Elektrophorese) werden nämlich unter Sauerstoffmangel aus normalen Erythrozyten sichelförmige. Da sich in dieser Form der Malariaerreger nicht vermehren kann, erkranken diese Personen nicht an Malaria; sie überleben die Infektion.

Link zum Thema Malaria: Malaria- Report

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Angelique P. u. Ulrike L., 2001 ,  M. W.