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 in 23 verschiedenen Chromosomen untergebracht ist. 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 Korrekturleseprozess, der hilft, die Genauigkeit zu gewährleisten.
DNA-Struktur
DNA ist ein langes Molekül mit einem Rückgrat aus abwechselnden Zucker- und Phosphatgruppen. An jeder Zuckereinheit hängt eine von vier Nukleotidbasen – Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T). Die Abfolge der vier Basen bildet den genetischen Code für die Herstellung von Proteinen. Die Nukleotide zweier DNA-Stränge binden aneinander, um die bekannte Doppelhelix-Struktur zu bilden. Die Basenpaarungsregeln verlangen, dass A nur mit T und C nur mit G binden. Die Zelle muss diese Paarungsregeln während der Replikation befolgen, um die Genauigkeit zu erhalten und Mutationen zu vermeiden.
Reproduzieren
Die Replikation ist semikonservativ: Neu replizierte Helices enthalten einen Originalstrang und einen neu synthetisierten. 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 dafür verantwortlich, jedes Nukleotid auf einem Matrizenstrang zu lesen und die komplementäre Base auf dem sich verlängernden neuen Strang hinzuzufügen. Trifft die Polymerase beispielsweise auf eine G-Base auf einem Matrizenstrang, fügt sie dem neuen Strang eine Zucker-Phosphat-Einheit mit einer C-Base hinzu.
Korrekturlesen
DNA-Polymerase ist ein bemerkenswertes Enzym. Es baut nicht nur Base für Base neue DNA-Stränge zusammen, sondern liest den neuen Strang im weiteren Verlauf auch Korrektur. Das Enzym kann eine falsche Base auf dem neuen Strang erkennen, eine Zuckereinheit sichern, die schlechte Base herausschneiden, durch die richtige Base ersetzen und die Replikation des Matrizenstrangs fortsetzen. Die Fähigkeit, die falsche Base herauszuschneiden, die als Exonuklease-Aktivität bezeichnet wird, ist in die DNA-Polymerase-Komplexe eingebaut. Das Korrekturlesen führt zu einer Genauigkeitsrate von etwa 99 Prozent.
Reparatur von Nichtübereinstimmungen
Eine genaue Replikation ist wichtig genug, dass Zellen einen sekundären Fehlerkorrekturmechanismus entwickelt haben, der als DNA-Mismatch-Reparatur bezeichnet wird, um die Fehler zu beheben, die die DNA-Polymerase übersieht. Die Reparaturmaschinerie erkennt Fehlpaarungen, indem sie die DNA-Helixstruktur auf Missbildungen untersucht. Die Mut-Enzymfamilie erkennt eine Fehlpaarung, identifiziert den neu kopierten Strang, findet eine geeignete Stelle, um den Strang zu spalten und entfernt den Teil, der die Fehlpaarung enthält. Die DNA-Polymerase synthetisiert dann den entfernten Teil erneut. Anders als bei der Einzelbasenreparatur, die die DNA-Polymerase beim Korrekturlesen durchführt, kann der Mismatch-Reparaturmechanismus Tausende von Basen ersetzen, um eine Reparatur durchzuführen.