Vilka mekanismer säkerställer noggrannheten för DNA-replikering?

Deoxiribonukleinsyra, eller DNA, innehåller den genetiska informationen som överlämnas från en generation till en annan. I din kropp innehåller varje cell minst en uppsättning av hela ditt genetiska komplement, inrymt i 23 olika kromosomer. Faktum är att de flesta av dina celler har två uppsättningar, en från varje förälder. Innan en cell kan dela sig måste den noggrant replikera sitt DNA så att varje dottercell får fullständig och korrekt genetisk information. DNA-replikering inkluderar en korrekturläsningsprocess som hjälper till att säkerställa noggrannhet.

DNA är en lång molekyl med en ryggrad av alternerande socker- och fosfatgrupper. En av fyra nukleotidbaser - adenin (A), guanin (G), cytosin (C) och tymin (T) - hänger av varje sockerenhet. Sekvensen av de fyra baserna skapar den genetiska koden för tillverkning av proteiner. Nukleotiderna i två DNA-strängar binder till varandra för att bilda den välbekanta dubbla helixstrukturen. Basparningsreglerna kräver att A endast binder med T och C endast binder med G. Cellen måste följa dessa parningsregler under replikering för att bibehålla noggrannheten och undvika mutationer.

Replikering är halvkonservativ: nyligen replikerade spiraler innehåller en originalsträng och en nyligen syntetiserad. Den ursprungliga strängen fungerar som en mall för skapandet av den nya strängen. Helicase-enzymer packar upp den dubbla helixstrukturen för att exponera de två mallsträngarna. Enzymet DNA-polymeras är ansvarigt för att läsa varje nukleotid på en mallsträng och lägga till den komplementära basen på den långsträckta nya strängen. Till exempel, när polymeraset möter en G-bas på en mallsträng, lägger den till den nya strängen en socker-fosfatenhet innehållande en C-bas.

DNA-polymeras är ett anmärkningsvärt enzym. Det monterar inte bara nya DNA-strängar en bas i taget, det läser också igen den nya strängen när den fortsätter. Enzymet kan detektera en fel bas på den nya strängen, säkerhetskopiera en sockerenhet, klippa ut den dåliga basen, ersätta den med rätt bas och återuppta replikering av mallsträngen. Förmågan att klippa ut den felaktiga basen, kallad exonukleasaktivitet, är inbyggd i DNA-polymeraskomplexen. Korrekturläsning resulterar i en noggrannhet på cirka 99 procent.

Noggrann replikering är tillräckligt viktigt för att celler har utvecklat en sekundär felkorrigeringsmekanism som kallas DNA-felanpassning för att fixa de misstag som DNA-polymeras saknar. Reparationsmaskineriet upptäcker felaktigheter genom att inspektera DNA-spiralstrukturen med avseende på missbildningar. Mut-familjen av enzymer detekterar en felanpassning, identifierar den nyligen kopierade strängen, hittar en lämplig plats för att klyva strängen och tar bort den del som innehåller den felaktiga matchningen. DNA-polymeras syntetiserar sedan den borttagna delen. Till skillnad från den enkla basreparationen som DNA-polymeras utför under korrekturläsning, kan reparationsmekanismen som inte matchar ersätta tusentals baser för att göra en reparation.