Abitur Bremen Biologie 2025 · GK · Von-Willebrand-Faktor

Von-Willebrand-Faktor – ein Schlüsselprotein der Blutgerinnung

Der Von-Willebrand-Faktor (VWF) ist ein Protein, das eine wichtige Rolle bei der Funktion und Regulation der Blutgerinnung spielt. Durch Mutation eines der Gene der an der Blutgerinnung beteiligten Proteine, kann es zu einer Störung der Blutgerinnung kommen. Die am häufigsten auftretende Form einer erblichen Blutgerinnungsstörung ist das Von-Willebrand-Syndrom.

Material 1: Die Rolle des Von-Willebrand-Faktors bei der Blutgerinnung

An der Blutgerinnung sind Proteinbestandteile des Blutes beteiligt, die in fein abgestimmter Weise aktiviert werden müssen, um für einen eng begrenzten Zeitraum das Blut gerinnungsfähig zu machen. Dieses fein abgestimmte System sorgt dafür, dass Verletzungen von Blutgefäßen zuverlässig verschlossen werden (Abb. 1).

Einer dieser Bestandteile ist der Von-Willebrand-Faktor (VWF). Der Von-Willebrand-Faktor spielt eine wichtige Rolle in der frühen Phase der Blutgerinnung, die durch Thrombozyten (Blutplättchen) vermittelt wird. Im Blutplasma zirkulieren die VWF-Polypeptide in Form von großen Proteinkomplexen (Multimere). Einen weiteren wichtigen Bestandteil des Blutgerinnungssystems stellen Kollagen-Fasern dar, welche die Blutgefäße umgeben und diese stabilisieren.

Material 2: Das Von-Willebrand-Syndrom

Das Von-Willebrand-Syndrom ist weltweit die häufigste angeborene Blutgerinnungsstörung. Etwa 1% der Bevölkerung ist davon betroffen. Wie bei jedem Syndrom treten auch hier gleichzeitig verschiedene Symptome unterschiedlich starker Ausprägung auf, beispielsweise Nasenbluten, eine auffällig starke Regelblutung, blaue Flecken an der Haut oder eine längere Nachblutung nach kleinen Verletzungen.

Der Familienstammbaum einer Patientin mit Von-Willebrand-Syndrom ist in Abbildung 2 dargestellt.

Material 3: Mutation im VWF-Gen und Von-Willebrand-Syndrom

Die Bildung der großen VWF-Proteinkomplexe erfolgt über Monomere. Diese bestehen aus Proteinketten mit jeweils 2813 Aminosäuren. Monomere bilden zunächst Dimere aus zwei Proteinketten, welche über Disulfidbrücken zwischen den Resten der Aminosäure Cystein miteinander verbunden sind. Im Anschluss werden die Dimere zu Multimeren, dem VWF-Proteinkomplex, zusammengesetzt.

Es sind zahlreiche Mutationen im Gen des Von-Willebrand-Faktors ( VWF -Gen) beschrieben, welche die Funktion des exprimierten Proteins in unterschiedlicher Weise verändern. Sie führen zu unterschiedlichen Formen des so genannten Von-Willebrand-Syndroms. Bei der in Material 2 gezeigten Patientin mit Von-Willebrand-Syndrom wurde die Mutation im VWF -Gen näher untersucht. In Abbildung 3 ist ein Ausschnitt der Nukleotidsequenzen des nicht-codogenen DNA-Strangs des VWF -Gens dargestellt. Der nicht-codogene Strang ist der Strang, der nicht transkribiert wird.

Person ohne VWF-Syndrom: · 5'... GGG CAA TGT GCA GCA... 3'

Patientin mit VWF-Syndrom: · 5'... GGG CAA TGG GCA GCA... 3'

Abb. 3: Ausschnitt aus der Nukleotidsequenz des nicht-codogenen DNA-Strangs des VWF -Gens

(angelehnt an: Schneppenheim et al., 2001)

Material 4: Analyse des VWF-Proteins

Die Bedeutung der in Material 3 dargestellten Mutation für den molekularen Aufbau des VWF-Proteins der Patientin wurde in weiteren Experimenten untersucht. Hierfür wurde das mutierte VWF -Gen in einer Zellkultur exprimiert und die entstehenden Proteine wurden hinsichtlich ihres Aufbaus analysiert. Dabei zeigte sich, dass zwar VWF-Monomere gebildet wurden, jedoch keine Di- oder Multimere nachweisbar waren.

(angelehnt an: Schneppenheim et al., 2001)

Aufgabe: DNA, Proteinbiosynthese und Mutationen

1

Vergleichen Sie tabellarisch den Aufbau von DNA und RNA anhand von drei selbstgewählten Kriterien. [6 BE]

2

Erläutern Sie anhand der Abbildung 1 (A-C) die Rolle des Von-Willebrand-Faktors in der frühen Phase der Blutgerinnung bei gesunden Menschen (M 1). [8 BE]

4

Geben Sie die resultierenden Aminosäuresequenzen für die in Abbildung 3 gezeigten Genausschnitte an (M 3).

Leiten Sie den vorliegenden Mutationstyp sowie die Folge für das Genprodukt ab (M 3). [5 BE]

5

Erklären Sie die Auswirkung der Mutation im VWF -Gen auf die Blutgerinnung der Patientin (M 1, M 3, M 4). [6 BE]

Von-Willebrand-Faktor – ein Schlüsselprotein der Blutgerinnung

Der Von-Willebrand-Faktor (VWF) ist ein Protein, das eine wichtige Rolle bei der Funktion und Regulation der Blutgerinnung spielt. Durch Mutation eines der Gene der an der Blutgerinnung beteiligten Proteine, kann es zu einer Störung der Blutgerinnung kommen. Die am häufigsten auftretende Form einer erblichen Blutgerinnungsstörung ist das Von-Willebrand-Syndrom.

Material 1: Die Rolle des Von-Willebrand-Faktors bei der Blutgerinnung

An der Blutgerinnung sind Proteinbestandteile des Blutes beteiligt, die in fein abgestimmter Weise aktiviert werden müssen, um für einen eng begrenzten Zeitraum das Blut gerinnungsfähig zu machen. Dieses fein abgestimmte System sorgt dafür, dass Verletzungen von Blutgefäßen zuverlässig verschlossen werden (Abb. 1).

Einer dieser Bestandteile ist der Von-Willebrand-Faktor (VWF). Der Von-Willebrand-Faktor spielt eine wichtige Rolle in der frühen Phase der Blutgerinnung, die durch Thrombozyten (Blutplättchen) vermittelt wird. Im Blutplasma zirkulieren die VWF-Polypeptide in Form von großen Proteinkomplexen (Multimere). Einen weiteren wichtigen Bestandteil des Blutgerinnungssystems stellen Kollagen-Fasern dar, welche die Blutgefäße umgeben und diese stabilisieren.

Material 2: Das Von-Willebrand-Syndrom

Das Von-Willebrand-Syndrom ist weltweit die häufigste angeborene Blutgerinnungsstörung. Etwa 1% der Bevölkerung ist davon betroffen. Wie bei jedem Syndrom treten auch hier gleichzeitig verschiedene Symptome unterschiedlich starker Ausprägung auf, beispielsweise Nasenbluten, eine auffällig starke Regelblutung, blaue Flecken an der Haut oder eine längere Nachblutung nach kleinen Verletzungen.

Der Familienstammbaum einer Patientin mit Von-Willebrand-Syndrom ist in Abbildung 2 dargestellt.

Material 3: Mutation im VWF-Gen und Von-Willebrand-Syndrom

Die Bildung der großen VWF-Proteinkomplexe erfolgt über Monomere. Diese bestehen aus Proteinketten mit jeweils 2813 Aminosäuren. Monomere bilden zunächst Dimere aus zwei Proteinketten, welche über Disulfidbrücken zwischen den Resten der Aminosäure Cystein miteinander verbunden sind. Im Anschluss werden die Dimere zu Multimeren, dem VWF-Proteinkomplex, zusammengesetzt.

Es sind zahlreiche Mutationen im Gen des Von-Willebrand-Faktors ( VWF -Gen) beschrieben, welche die Funktion des exprimierten Proteins in unterschiedlicher Weise verändern. Sie führen zu unterschiedlichen Formen des so genannten Von-Willebrand-Syndroms. Bei der in Material 2 gezeigten Patientin mit Von-Willebrand-Syndrom wurde die Mutation im VWF -Gen näher untersucht. In Abbildung 3 ist ein Ausschnitt der Nukleotidsequenzen des nicht-codogenen DNA-Strangs des VWF -Gens dargestellt. Der nicht-codogene Strang ist der Strang, der nicht transkribiert wird.

Person ohne VWF-Syndrom: · 5'... GGG CAA TGT GCA GCA... 3'

Patientin mit VWF-Syndrom: · 5'... GGG CAA TGG GCA GCA... 3'

Abb. 3: Ausschnitt aus der Nukleotidsequenz des nicht-codogenen DNA-Strangs des VWF -Gens

(angelehnt an: Schneppenheim et al., 2001)

Material 4: Analyse des VWF-Proteins

Die Bedeutung der in Material 3 dargestellten Mutation für den molekularen Aufbau des VWF-Proteins der Patientin wurde in weiteren Experimenten untersucht. Hierfür wurde das mutierte VWF -Gen in einer Zellkultur exprimiert und die entstehenden Proteine wurden hinsichtlich ihres Aufbaus analysiert. Dabei zeigte sich, dass zwar VWF-Monomere gebildet wurden, jedoch keine Di- oder Multimere nachweisbar waren.

(angelehnt an: Schneppenheim et al., 2001)

3 Leiten Sie die Art des Erbgangs des Von-Willebrand-Syndroms ab (M 2).

Ermitteln Sie die Wahrscheinlichkeit, mit der die möglichen Phänotypen und Genotypen bei weiteren Geschwistern auftreten (M 2).

[5 BE]

a)

b)