Кои механизми гарантират точността на репликацията на ДНК?

Дезоксирибонуклеиновата киселина или ДНК съдържа генетичната информация, предавана от едно поколение на друго. Във вашето тяло всяка клетка съдържа поне един набор от целия ви генетичен комплемент, поместен в 23 различни хромозоми. Всъщност повечето от вашите клетки имат два комплекта, по един от всеки родител. Преди клетката да може да се раздели, тя трябва точно да възпроизведе своята ДНК, така че всяка дъщерна клетка да получи пълна и коректна генетична информация. Репликацията на ДНК включва процес на корекция, който помага да се гарантира точност.

ДНК е дълга молекула с гръбнак от редуващи се захарни и фосфатни групи. Една от четирите нуклеотидни основи - аденин (А), гуанин (G), цитозин (С) и тимин (Т) - увисва на всяка захарна единица. Последователността на четирите бази създава генетичния код за производство на протеини. Нуклеотидите на две ДНК вериги се свързват помежду си, за да образуват познатата структура на двойна спирала. Основните правила за сдвояване изискват A да се свързва само с T и C само с G. Клетката трябва да се подчинява на тези правила за сдвояване по време на репликацията, за да поддържа точност и да избягва мутации.

Репликацията е полуконсервативна: новоповторените спирали съдържат оригинална верига и новосинтезирана. Оригиналната нишка служи като шаблон за създаването на новата нишка. Хеликазните ензими разкопчават структурата на двойната спирала, за да изложат двете матрични вериги. Ензимът ДНК полимераза е отговорен за отчитане на всеки нуклеотид на матрична верига и добавяне на допълнителна база върху удължаващата се нова верига. Например, когато полимеразата се срещне с G основа на нишка на шаблона, тя добавя към новата нишка захарно-фосфатна единица, съдържаща C основа.

ДНК полимеразата е забележителен ензим. Той не само сглобява нови вериги на ДНК по една основа, но и прави корекция на новата верига, докато продължава. Ензимът може да открие неправилна основа на новата верига, да направи резервно копие на една захарна единица, да изреже лошата основа, да я замени с правилната основа и да възобнови репликацията на шаблонната верига. Способността за изрязване на неправилната база, наречена екзонуклеазна активност, е вградена в комплексите на ДНК полимераза. Коректурата води до степен на точност от около 99 процента.

Точната репликация е достатъчно важна, за да могат клетките да развият вторичен механизъм за корекция на грешки, наречен ДНК несъответствие, за да поправят грешките, които ДНК полимеразата пропуска. Ремонтната техника открива несъответствия, като проверява структурата на спиралата на ДНК за деформации. Семейството на ензимите Mut открива несъответствие, идентифицира ново копираната верига, намира подходящо място за разцепване на веригата и премахва частта, съдържаща несъответствието. След това ДНК полимераза ресинтезира отстранената част. За разлика от еднобазовия ремонт, който ДНК полимеразата извършва по време на корекция, механизмът за несъответствие може да замени хиляди бази, за да направи един ремонт.