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Die Synthese neuer DNA-Moleküle erfolgt durch das Enzym DNA-Polymerase, das dem Tochterstrang komplementäre Nukleotide zum Matrizen-DNA-Strang hinzufügt. DNA-Polymerase hat eine höhere Affinität, die richtige Base hinzuzufügen und gewährleistet die Genauigkeit während der DNA-Replikation. Darüber hinaus zeigt es während der Replikation eine Korrekturleseaktivität, indem es eine Exonukleasedomäne verwendet, die falsche Nukleotide vom entstehenden DNA-Strang abschneidet.
Fehler während der Replikation werden durch das DNA-Polymerase-Enzym korrigiert
Genomische DNA wird in der 5’- bis 3’-Richtung synthetisiert. Jede Zelle enthält eine Reihe von DNA-Polymerasen, die unterschiedliche Rollen bei der Synthese und Korrektur von Fehlern in der DNA spielen. Beispielsweise verfügen die DNA-Polymerasen Delta und Epsilon über Korrekturlesefähigkeiten bei der Replikation von Kern-DNA. Diese Polymerasen „lesen“ jede Base, nachdem sie dem neuen Strang hinzugefügt wurde. Wenn die neu hinzugefügte Base falsch ist, kehrt die Polymerase ihre Richtung um (von 3‘ auf 5‘) und schneidet die falsche Base mithilfe einer exonukleolytischen Domäne ab. Anschließend wird die herausgeschnittene Basis durch die richtige Basis ersetzt.
Mutationen in der Exonuklease-Domäne der DNA-Polymerase werden mit Krebs in Verbindung gebracht
Korrekturlesen ist wichtig, um das Auftreten von Mutationen in neu synthetisierter DNA zu verhindern, aber was passiert, wenn der Korrekturlesemechanismus versagt? Wenn eine Mutation die Exonukleasedomäne der DNA-Polymerase verändert, verliert sie die Fähigkeit, falsche Nukleotide zu entfernen. Infolgedessen können sich Mutationen im gesamten Genom schnell anhäufen. Diese Art von Mutation wurde mit verschiedenen Krebsarten in Verbindung gebracht.
Low-Fidelity-DNA-Polymerase kann mutierte DNA-Sequenzen erzeugen
Modifizierte DNA-Polymerasen werden in der Laborwissenschaft für die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) verwendet, eine In-vitro-Technik zur Herstellung vieler Kopien spezifischer DNA-Fragmente. Während High-Fidelity-Polymerasen eingesetzt werden, wenn es darauf ankommt, dass das Endprodukt perfekt ist, zielen einige Techniken, wie etwa die fehleranfällige PCR, darauf ab, gezielt Mutationen in einem DNA-Abschnitt zu erzeugen. Diese Techniken nutzen Polymerasen, deren Fähigkeit zum Korrekturlesen beeinträchtigt ist.
