13.7: Proofreading

Panoramica

La sintesi di nuove molecole di DNA inizia quando la polimerasi del DNA collega i nucleotidi in una sequenza complementare al filamento di DNA del modello. La polimerasi del DNA ha una maggiore affinità per la base corretta per garantire la fedeltà nella replicazione del DNA. La polimerasi del DNA inoltre revisiona durante la replicazione, utilizzando un dominio di esonucleasi che taglia i nucleotidi errati dal filamento di DNA nascente.

Gli errori durante la replicazione vengono corretti dall'enzima DNA Polimerasi

Il DNA genomico è sintetizzato nella direzione da 5 a 3'. Ogni cellula contiene un numero di polimerasi del DNA che svolgono ruoli diversi nel sintetizzare e correggere gli errori nel DNA; Il delta e l'epsilon della polimerasi del DNA possiedono capacità di correzione delle bozze durante la replica del DNA nucleare. Queste polimerasi "leggono" ogni base dopo che è stato aggiunto al nuovo filo. Se la base appena aggiunta non è corretta, la polimerasi inverte la direzione (passando da 3' a 5') e utilizza un dominio di esonucleasi per tagliare la base errata. Successivamente, viene sostituito con la base corretta.

Le mutazioni nel dominio Esonucleasi della polimerasi del DNA sono collegate ai tumori

La correzione è importante per evitare che si verifichino mutazioni nel DNA appena sintetizzato, ma cosa succede quando il meccanismo di correzione fallisce? Quando una mutazione altera il dominio esonucleasi della polimerasi del DNA, perde la capacità di rimuovere i nucleotidi errati. Di conseguenza, le mutazioni possono accumularsi rapidamente in tutto il genoma. Questo tipo di mutazione è stato collegato a vari tipi di cancro.

La polimerasi del DNA a bassa fedeltà può generare sequenze di DNA mutate

Le polimerasi del DNA modificate sono utilizzate nella scienza di laboratorio per la reazione a catena della polimerasi (PCR), una tecnica in vitro per fare molte copie di frammenti specifici di DNA. Mentre le polimerasi ad alta fedeltà vengono utilizzate quando è importante che il prodotto finale sia perfetto, alcune tecniche, come la PCR soggetta a errori, cercano di generare mutazioni in un tratto di DNA di proposito. Queste tecniche utilizzano polimerasi che hanno compromesso l'abilità di correzione delle bozze.

- [Istruttore] Durante la replicazione del DNA,

i nucleotidi sono normalmente aggiunti

al nuovo filamento in una sequenza

complementare al modello.

L'adenina si lega alla timina,

e la citosina si lega alla guanina.

Tuttavia, i nucleotidi possono essere abbinati

in maniera scorretta.

Ad esempio, l'adenina con la citosina.

Errori del genere, si possono evitare e prevenire

se viene eseguita una revisione delle fasi,

effettuata dalla DNA polimerasi,

l'enzima che sintetizza il DNA.

Primo, la DNA polimerasi ha una maggiore affinità

nell'abbinare correttamente i nucleotidi,

che diminuisce la probabilità di sbagliare.

Secondo, poiché i nucleotidi siano abbinati

al modello,

La DNA polimerasi subisce un cambiamento conformazionale,

che genera tra i nucleotidi abbinati in modo

errato più probabilità di dissociarsi.

Permette l'aggiunta di nucleotidi corretti.

In terzo luogo, se un nucleotide sbagliato

riesce ad essere aggiunto ad un filamento

di DNA in crescita,

non sarà abbinato correttamente al modello

a causa di problemi strutturali.

Questo accoppiamento errato sulle tre estremità

della catena in crescita fa sospendere la sintesi del DNA.

Le tre estremità principali si sposteranno

a un sito di esonucleasi specifico sulla DNA polimerasi,

che rimuove i nucleotidi nelle tre

e poi nelle cinque estremità principali.

In questa fase di correzione esonucleotidica,

la parte danneggiata viene rimossa,

e quindi sostituita dai nucleotidi corretti.