13.2:

13.2: Errori di copia del genoma

Genome Copying Errors

JoVE Core
Molecular Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Molecular Biology

Genome Copying Errors

13.1: Evolutionary Relationships through Genome Comparisons

13.3: Phylogenetic Trees

4,127 Views

•

02:46 min

•

April 07, 2021

Overview

DNA replication is a well-evolved process that copies millions of base pairs with high fidelity during each cell division. Occasionally a wrong base or a long stretch of wrong bases may get added to the daughter strands. If the errors are left unchecked, cells might accumulate several mutations that might endanger their survival. Therefore, the copying errors are checked and repaired at three levels.

Proofreading – DNA polymerase enzymes, for example, introduce 1 incorrect nucleotide per 100,000 bases. These errors are detected and rectified during the DNA replication itself by DNA polymerase enzymes. These enzymes possess 3'→5' exonuclease activity that excises the incorrect base from the daughter strand and replaces it with the correct nucleotide.
Mismatch repair – DNA repair enzymes repair the wrong bases or point mutations in the DNA post replication but before mitosis.
DNA damage repair pathways – DNA is also prone to physical or chemical damage caused by mutagens. DNA damage repair mechanisms operate throughout the cell cycle and can repair point mutations and large-scale genome rearrangements. If the DNA damage is severe, the repair pathway will block cell cycle progression and initiate apoptosis.

In addition to errors during DNA replication, mutations can also be caused by mobile genetic elements called transposons. They are small DNA repeat elements that can jump from one place to another on the DNA strand and disrupt the gene functions at their site of insertion. They can also cause inversions, gene duplication, or create novel genes. Transposons are of two major types: DNA transposons, which transpose directly as DNA, and RNA or retrotransposons, which transpose via an RNA intermediate. Some of these transposons result in target site duplication during their insertion at the new site on the chromosome. Such duplications at the target site can result in gene duplication, which may harm the cell function.

Transcript

Ogni volta che una cellula umana si divide, gli enzimi DNA polimerasi copiano oltre 3 miliardi di coppie di basi con alta fedeltà, per essere trasmessi alle cellule figlie.

Tuttavia, a causa dell’enorme volume di informazioni duplicate, la DNA polimerasi a volte commette errori durante la copia. Ad esempio, una base errata può essere aggiunta al filamento appena sintetizzato, come una citosina al posto della timina.

In alcuni casi, tali cambiamenti possono essere dannosi, come il cambiamento di un singolo nucleotide da GAG a GTG nel gene della beta-emoglobina che causa i globuli rossi a forma di falce. Ciò riduce la capacità di trasporto dell’ossigeno dei globuli rossi, con conseguente anemia falciforme.

Basi extra possono anche essere aggiunte o eliminate dai geni. Tali mutazioni sono collettivamente chiamate indel. Nella fibrosi cistica, una singola base aggiunta o eliminata nel gene CFTR può spostare il frame di lettura in modo tale che il gene codifichi una proteina difettosa. Questa proteina non è in grado di trasportare gli ioni cloruro fuori dalle cellule epiteliali polmonari, con conseguente accumulo di muco denso simile alla colla, che aumenta il rischio di infezione polmonare.

Fortunatamente, tali errori di copiatura si verificano a bassa frequenza, circa 1 errore ogni 100.000 basi.

Inoltre, la maggior parte di questi errori viene corretta durante la replicazione da parte dell’attività di correzione di bozze degli enzimi DNA polimerasi prima che possano essere passati alle cellule figlie, o vengono corretti dopo la replicazione dagli enzimi di riparazione del DNA. Tuttavia, in rari casi, gli errori possono sfuggire al processo di riparazione e passare alla generazione successiva.

Tuttavia, non tutte le mutazioni sono dannose per l’organismo; la maggior parte delle mutazioni sono neutre e alcune possono conferire vantaggi di sopravvivenza.

La resistenza agli antibiotici è un tratto benefico che può insorgere attraverso la mutazione.

Ad esempio, l’antibiotico fluorochinolone si lega a un enzima batterico chiamato DNA girasi e inibisce la crescita batterica. Tuttavia, quando i geni che codificano per l’enzima DNA girasi accumulano sostituzioni di basi casuali, ciò si traduce in una versione mutata dell’enzima. L’antibiotico non può più legarsi a questo enzima mutato, il che porta alla sopravvivenza e alla crescita dei batteri, anche in presenza di antibiotici.

Key Terms and definitions

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for

Tags

Errori di Copiatura Del Genoma Replicazione Del Dna Coppie Di Base Fedeltà Filamenti Figli Errori Di Copiatura Correzione Di Bozze Enzimi DNA Polimerasi Nucleotide Attività Esonucleasica Riparazione Del Mismatch Mutazioni Puntiformi Vie Di Riparazione Del Danno Al DNA Mutageni Riarrangiamenti Genomici Trasposoni