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Tunneleffekt macht DNA instabiler

Entstehung und Entwicklung von Leben, Wahrscheinlichkeit für extraterrestrisches Leben
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Frank
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Tunneleffekt macht DNA instabiler

Beitrag von Frank » 19. Jun 2022, 18:01

Zum anderen eröffnet das die Möglichkeit, dass es spezifische Reparaturmechanismen für diese Sorte von Fehlern gibt. Eine weitere offene Frage ist, ob es womöglich evolutionäre Vorteile bietet, dass die DNA Mutationen durch tautomere Basenpaare erlaubt – zum Beispiel weil eine erhöhte Mutationsrate Anpassungen erleichtert –, oder ob es einfach ein Unfall der Evolution ist, dass der genetische Code quantenmechanisch instabil ist.
https://www.spektrum.de/news/tunneleffe ... sin-Guanin.

Das habe ich jetzt noch nicht gehört.
Sind wir jetzt unter Umständen aus Quanteneffekten entstanden? War das am Ende einer der Haupttreiber in Sachen Leben?
Je mehr man darüber nachdenkt, tut sich ein ganzer Grand Canyon auf.... ;?
Ist das Geschlecht des Menschen biologisch bedingt oder ist es ein soziales Konstrukt? Im Tierreich ist das oft simpler. Wenn man dem weiblichen Borstenwurm das Gehirn entfernt, wird es zum Männchen.

Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: Tunneleffekt macht DNA instabiler

Beitrag von Diagnostiker » 19. Jun 2022, 19:09

Hallo Frank,

das Thema DNA-Mutationen über Protonen-Tunnelung wurde erstmals 1963 von Peer-Olov Löwdin beschrieben. Hier ist eine etwas modernere Zusammenfassung:

https://escholarship.org/content/qt17s1 ... f?t=q5jbq9

Die Rate von ca. 5000 Mutationen als tautomere Form von Guanin ist zwar einerseits beeindruckend, aber andererseits kommt diese Form von Tautomerie erst bei Zellteilungen zum Tragen, wobei unklar ist, ob hieraus tatsächlich eine höhere Mutationsrate folgt, oder ob sich ein gegenläufig stabilisierender Effekt ergibt, weil a) die Tautomerien nicht auf das G-C-Basenpaar beschränkt sein müssen, b) die Tautomerien auf beiden Seiten des Doppelstrangs vorliegen, so dass Mutationen im codogenen Strang zwar nach erfolgter Zellteilung eine Mutation im nichtcodogenen Strang hervorrufen, aber umgekehrt die im nichtcodogenen Strang vorhandene Mutation dann im codogenen Strang nach erfolgter Zellteilung eine Mutation fixiert hat.

Während erstere Mutation folgenlos bleibt, wirkt sich letztere Mutation später auf die Zelle aus, falls sie im Bereich der ca. 3 Prozent erscheint, die für die Proteinsynthese relevant ist - und auch da haben wir Redundanzen im genetischen Code, die den Effekt abfedern. Hinzu kommen die im Artikel schon erwähnten Reparaturmechanismen, die hier ausgleichend wirken.
Sind wir jetzt unter Umständen aus Quanteneffekten entstanden?
Die spielten sicher auch eine Rolle, aber den Ausschlag gab die nachfolgende Selektion.
War das am Ende einer der Haupttreiber in Sachen Leben?
Möglich, aber je länger die Evolution gedauert hat, um so spezifischer wurden dann auch die Reaktionen darauf, um damit umgehen zu können.

Hier noch ein Beispiel für Tautomerie - in diesem Fall von Thymin, statt Guanin oder Cytosin:

https://www.repetico.de/card-77156726

Die beiden Wasserstoffatome, die bei der Keto-Form an Stickstoff gebunden sind, sind nun bei der Enol_Form an Sauerstoff gebunden.

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Frank
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Re: Tunneleffekt macht DNA instabiler

Beitrag von Frank » 20. Jun 2022, 09:54

Hallo Diagnostiker,

;th für die tollen Erklärungen.
Diagnostiker hat geschrieben:
19. Jun 2022, 19:09

Während erstere Mutation folgenlos bleibt, wirkt sich letztere Mutation später auf die Zelle aus, falls sie im Bereich der ca. 3 Prozent erscheint, die für die Proteinsynthese relevant ist - und auch da haben wir Redundanzen im genetischen Code, die den Effekt abfedern. Hinzu kommen die im Artikel schon erwähnten Reparaturmechanismen, die hier ausgleichend wirken.
Was mich an der Sache einerseits so fasziniert und andererseits auch nachdenklich stimmt, ist die Willkür , die unter Umständen hinter der ganzen Sache steckt.
Soweit es mir aus der Physik bekannt ist, sind Quanteneffekte nicht berechenbar. D.h. man kann nicht sagen, wo sich ein Teilchen als nächstes aufhält.(Einfach ausgedrückt).
Ich halte also mal für mich als Laien fest. (Bitte um Korrektur, wenn falsch).

- Mutationen finden ständig statt. Das wusste ich auch im Vorfeld

- Der Organismus hat Reparaturmechanismen, um das ganze ab zu dämpfen. Für mich bedeutet das, dass dieser Mechanismus dafür sorgt, dass am Ende eines Lebens nicht ein völlig "anderer" als am Anfang da ist, oder was wahrscheinlicher ist, das der Mensch an seinen Mutationen vorzeitig zu Grund geht.

- Mutationen entstehen nicht nur aus "fehlerhaften" Codes, die aus Umwelteinflüssen, oder durch fehlerhafte Zellteilungen, sondern auch durch Ereignisse im Quantenbereich, die aber im Grunde willkürlich sind, da sie niemand voraussagen kann?

- Man meinte früher das wäre vernachlässigbar und nun hat man die Erkenntnis, dass es doch im viel größeren Maßstab vorkommt und sehr wohl Einfluss nimmt, oder nehmen kann?

Ist nun die Aussage von Einstein, "Gott würfelt nicht", im Grunde widerlegt, denn wenn das nicht würfeln ist, was dann?
Ist das Geschlecht des Menschen biologisch bedingt oder ist es ein soziales Konstrukt? Im Tierreich ist das oft simpler. Wenn man dem weiblichen Borstenwurm das Gehirn entfernt, wird es zum Männchen.

Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: Tunneleffekt macht DNA instabiler

Beitrag von Diagnostiker » 20. Jun 2022, 14:46

Hallo Frank,

Rein chemisch gesehen ist das Gleichgewicht zwischen Ketoform und Enolform zu etwa 100.000 zu 1 in Richtung Ketoform verschoben. Bei einer über ein quantenmechanisches Modell theoretisch ermittelten Anzahl von etwa 1 zu 5000 Basenpaaren in Enolform wäre das etwa das 20fache - also nun nicht so gravierend viel mehr, dass das jetzt evolutionstechnisch stark ins Gewicht fallen würde. Mit dem Problem sind die Reparaturmechanismen also vertraut, so dass es unerheblich ist, ob der Tautomerenüberschuss über die üblichen Mutagene zustande gekommen ist oder über quantenmechanische Effekte. In der Summe wird sich das nicht sonderlich bemerkbar machen.

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