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Desoxyribonukleinsäure oder DNA enthält die genetische Information, die von einer Generation zur nächsten weitergegeben wird. In Ihrem Körper enthält jede Zelle mindestens einen Satz Ihres gesamten genetischen Komplements, das sich in 23 verschiedenen Chromosomen befindet. Tatsächlich haben die meisten Ihrer Zellen zwei Sätze, einen von jedem Elternteil. Bevor sich eine Zelle teilen kann, muss sie ihre DNA genau replizieren, damit jede Tochterzelle vollständige und korrekte genetische Informationen erhält. Die DNA-Replikation umfasst einen Korrekturlesevorgang, der zur Gewährleistung der Genauigkeit beiträgt.
DNA-Struktur
DNA ist ein langes Molekül mit einem Grundgerüst aus alternierenden Zucker- und Phosphatgruppen. Eine von vier Nucleotidbasen - Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T) - hängt von jeder Zuckereinheit ab. Die Sequenz der vier Basen erzeugt den genetischen Code zur Herstellung von Proteinen. Die Nukleotide zweier DNA-Stränge binden aneinander und bilden die bekannte Doppelhelix-Struktur. Die Basispaarungsregeln erfordern, dass A nur an T und C nur an G bindet. Die Zelle muss diese Paarungsregeln während der Replikation einhalten, um die Genauigkeit zu erhalten und Mutationen zu vermeiden.
Replikation
Die Replikation ist semi-konservativ: Neu replizierte Helices enthalten einen ursprünglichen und einen neu synthetisierten Strang. Der ursprüngliche Strang dient als Vorlage für die Erstellung des neuen Strangs. Helikaseenzyme entpacken die Doppelhelixstruktur, um die beiden Matrizenstränge freizulegen. Das Enzym DNA-Polymerase ist verantwortlich für das Lesen jedes Nukleotids auf einem Matrizenstrang und das Hinzufügen der komplementären Base auf dem verlängerten neuen Strang. Wenn die Polymerase beispielsweise auf einem Matrizenstrang auf eine G-Base trifft, fügt sie dem neuen Strang eine Zucker-Phosphat-Einheit hinzu, die eine C-Base enthält.
Korrekturlesen
DNA-Polymerase ist ein bemerkenswertes Enzym. Es setzt nicht nur neue DNA-Stränge jeweils um eine Base zusammen, sondern liest auch den neuen Strang im weiteren Verlauf Korrektur. Das Enzym kann eine fehlerhafte Base auf dem neuen Strang erkennen, eine Zuckereinheit sichern, die fehlerhafte Base herausschneiden, sie durch die richtige Base ersetzen und die Replikation des Matrizenstrangs fortsetzen. Die Fähigkeit, die falsche Base, die Exonukleaseaktivität, herauszuschneiden, ist in die DNA-Polymerasekomplexe eingebaut. Das Korrekturlesen ergibt eine Genauigkeitsrate von ungefähr 99 Prozent.
Fehlpaarungsreparatur
Eine genaue Replikation ist wichtig genug, damit die Zellen einen sekundären Fehlerkorrekturmechanismus namens DNA-Fehlpaarungsreparatur entwickelt haben, um die Fehler zu beheben, die die DNA-Polymerase übersehen hat. Die Reparaturmaschinerie erkennt Fehlpaarungen, indem sie die DNA-Helixstruktur auf Deformitäten untersucht. Die Mut-Familie von Enzymen erkennt eine Fehlpaarung, identifiziert den neu kopierten Strang, findet einen geeigneten Ort zum Spalten des Strangs und entfernt den Teil, der die Fehlpaarung enthält. Die DNA-Polymerase resynthetisiert dann den entfernten Teil. Anders als bei der Reparatur einer einzelnen Base, die die DNA-Polymerase während des Korrekturlesens durchführt, kann der Reparaturmechanismus für eine Fehlpaarung Tausende von Basen ersetzen, um eine Reparatur durchzuführen.