Aufgabe 4 – Die Eisenspeicherkrankheit – eine genetisch bedingte Erkrankung
Die Eisenspeicherkrankheit ist eine erblich bedingte Stoffwechselerkrankung, bei der es zu erhöhten Einlagerungen von Eisenverbindungen im Körper kommt. Diese Einlagerungen können zu Organschäden führen. Die Ursachen dieser Krankheit werden molekulargenetisch untersucht.
Leite die Art des Erbganges der Eisenspeicherkrankheit begründet ab (M 1).
Gib für die Personen 1–7 die möglichen Genotypen an (M 1).
Gib für die in Material 2 dargestellten DNA-Sequenzen die Aminosäuresequenzen sowie den Typ der Genmutation an (M 2).
Erkläre den Funktionsverlust des HFE-Proteins (M 2).
Beschreibe die in Abbildung 3A dargestellte Aufnahme von Eisen-Ionen ins Blut (M 3).
Erkläre die verringerte Aufnahme von Eisen-Ionen ins Blut bei Anwesenheit von Hepcidin (M 3).
Erkläre, wie die Veränderung des HFE-Proteins zu erhöhten Einlagerungen von Eisenverbindungen in Leberzellen führen könnte (M 3, M 4).
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monatlich kündbarSchulLV-PLUS-Vorteile im ÜberblickDu hast bereits einen Account?M 1: Kennzeichen und Vererbung der Eisenspeicherkrankheit
Eisen ist für den Körper essenziell. Die Eisenspeicherkrankheit ist eine Erbkrankheit, bei der die Aufnahme von Eisen aus dem Dünndarm ins Blut erhöht ist. Eisen wird unter anderem in den Zellen von Leber und Herz eingelagert und dort gespeichert. Bei der Eisenspeicherkrankheit ist der Eisengehalt in den betroffenen Organen so hoch, dass diese geschädigt werden. Ein Familienstammbaum einer von dieser Erbkrankheit betroffenen Familie ist in Abbildung 1 dargestellt.
Abb. 1: Familienstammbaum einer von der Eisenspeicherkrankheit betroffenen Familie
M 2: Das HFE-Gen
Das HFE-Gen ist bei Personen mit Eisenspeicherkrankheit mutiert. Dies führt zu einem Funktionsverlust des HFE-Proteins.
Die folgenden Sequenzen zeigen jeweils einen Ausschnitt (Basenpaar Nr. 6715 bis 6726) aus dem nicht-codogenen Strang des HFE-Gens. Der nicht-codogene Strang ist der Strang, der nicht transkribiert wird.
Abb. 2: Codesonne
Sequenz aus dem nicht mutierten HFE-Gen:
5’...TAT ACG TGC CAG...3’
Sequenz aus dem mutierten HFE-Gen:
5’...TAT ACG TAC CAG...3’
M 3: Die Aufnahme von Eisen ins Blut und deren Regulation
Aus der Nahrung wird Eisen in Form von Eisen-Ionen aufgenommen. Die Aufnahme dieser Eisen-Ionen ins Blut erfolgt durch Dünndarmzellen. Bei der Regulation dieser Aufnahme ist das in der Leber gebildete Protein Hepcidin von Bedeutung: Es verringert die Aufnahme der Eisen-Ionen ins Blut (Abb. 3).
Abb. 3: Aufnahme von Eisen aus dem Dünndarm ins Blut ohne Hepcidin (A) und mit Hepcidin (B)
M 4: Der Einfluss des Eisengehalts im Blut auf die Produktion von Hepcidin
Mit dem Blut transportiert Transferrin die Eisen-Ionen zu den Organen. Vor allem Leberzellen nehmen Eisen-Ionen aus dem Blut auf (Abb. 4).
Abb. 4: Vorgänge an und in Leberzellen bei Personen ohne Eisenspeicherkrankheit. A bei niedrigem Eisengehalt im Blut, B bei erhöhtem Eisengehalt im Blut
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phänotypisch nicht betroffener Vater (1) hat betroffene Tochter (7) Ausschluss X-chromosomal, folglich autosomal
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autosomal-dominant-rezessiver Erbgang:
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phänotypisch nicht betroffene Eltern (1 und 2) haben betroffene Nachkommen (3 und 7)
→ mutiertes Allel ist rezessiv
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Angeben:
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Aa: 1, 2
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aa: 3, 7
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Aa oder AA: 4, 5, 6
Angeben:
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Aminosäuresequenzen:
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nicht mutiertes Allel: Tyr – Thr – Cys – Gln
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mutiertes Allel: Tyr – Thr – Tyr – Gln
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Mutationstyp: Punktmutation
Erklären:
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Tyr statt Cys in Aminosäuresequenz eingebaut
→ veränderte Wechselwirkung zwischen den Aminosäuren des HFE-Proteins
→ Strukturveränderung des HFE-Proteins in für die Funktion des HFE-Proteins wichtigem Bereich
→ Funktionsverlust des HFE-Proteins
Beschreiben:
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Eisen-Ionen gelangen durch einen Kanal in Dünndarmzelle → Eisen-Ionen werden durch den Kanal namens Ferroportin aus Dünndarmzelle ins Blut transportiert → Eisen-Ionen binden im Blut an Transferrin
Erklären:
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Hepcidin ist im Blut vorhanden
→ Hepcidin bindet an Ferroportin
→ Hepcidin blockiert Ferroportin
→ Ferroportin wird abgebaut
→ Es werden weniger Eisen-Ionen ins Blut aufgenommen als bei Abwesenheit von Hepcidin
Erklären:
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Veränderung des HFE-Proteins
→ HFE-Protein kann nicht mehr an TFR2 binden
→ TFR2 wird abgebaut und Hepcidin-Gen wird nicht exprimiert
→ Regulation der Eisenaufnahme bei hohem Eisengehalt im Blut funktioniert nicht mehr
→ Hepcidin bindet nicht an Ferroportin
→ Ferroportin transportiert Eisen-Ionen aus der Dünndarmzelle ins Blut
→ Eisen-Ionen binden an Transferrin
→ Transferrin transportiert Eisen-Ionen im Blut zur Leber
→ Leberzellen nehmen verstärkt Eisen-Ionen auf und lagern sie ein