Back to chapter

13.7:

הגהה

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

Languages

Share

במהלך שכפול דנ”א, נוקליאוטידים מתווספים בדרך כלל לגדיל החדש ברצף המשלים את התבנית, עם מחייב אדנין לתיאמין, וציטוזין מחייב לגואנין. למרות זאת, נוקליאוטידים יכולים להיות מזויפים בצורה לא נכונה. לדוגמה, אדנין עם ציטוזין.את שגיאות אלו ניתן למנוע או לתקן במהלך השכפול על ידי סדרה של צעדים הגהה שבוצעו על ידי פולימראז DNA, האנזים המסנתז DNA. ראשון, ל-DNA פולימראזי יש זיקה גבוהה יותר עבור נוקלאוטידים עם זוגיות נכונה, אשר מקטין את הסבירות של זוגות לא נכונים. שנית, כמו נוקליאוטידים שמתחילים להיות מותאמים לתבנית, פולימראז דנ”א עובר שינוי קונפורמטיבי שעושה נוקליאוטידים מזויפים בצורה שגויה סביר יותר לנתק, המאפשר לנוקליאוטידים הנכונים להתווסף.שלישית, אם נוקליאוטידים לא נכונים מצליח להתווסף לרשת הדנ”א ההולכת וגדלה, זה לא יהיה נכון לזווג כראוי לתבנית בשל בעיות מבניות. זו התאמה שגויה על שלושת סוף הממשלה של שרשרת ההולכת וגדלה, גורם לסינתזת הדנ”א להשהות. שלושת הקצוות הראשוניות יעברו לאתר אקסונוקלאז ספציפי על פולימראז DNA הוא מסיר נוקלאוטידים בשלושה כיוונים עד חמישה כיוונים מרכזיים.בצעד הגהה זה של האקסונוקלאז, הסוף הלא מתואם מוסר ולאחר מכן מוחלף על ידי הנוקליאוטידים הנכונים.

13.7:

הגהה

Overview

Synthesis of new DNA molecules starts when DNA polymerase links nucleotides together in a sequence that is complementary to the template DNA strand. DNA polymerase has a higher affinity for the correct base to ensure fidelity in DNA replication. The DNA polymerase furthermore proofreads during replication, using an exonuclease domain that cuts off incorrect nucleotides from the nascent DNA strand.

Errors during Replication Are Corrected by the DNA Polymerase Enzyme

Genomic DNA is synthesized in the 5’ to 3’ direction. Each cell contains a number of DNA polymerases that play different roles in synthesizing and correcting mistakes in DNA; DNA polymerase delta and epsilon possess proofreading ability when replicating nuclear DNA. These polymerases “read” each base after it is added to the new strand. If the newly-added base is incorrect, the polymerase reverses direction (moving from 3’ to 5’) and uses an exonucleolytic domain to cut off the incorrect base. Subsequently, it is replaced with the correct base.

Mutations in the Exonuclease Domain of DNA Polymerase Are Linked to Cancers

Proofreading is important for preventing mutations from occurring in newly-synthesized DNA, but what happens when the proofreading mechanism fails? When a mutation alters the exonuclease domain of DNA polymerase, it loses the ability to remove incorrect nucleotides. In consequence, mutations can accumulate rapidly throughout the genome. This type of mutation has been linked to various types of cancer.

Low-Fidelity DNA Polymerase Can Generate Mutated DNA Sequences

Modified DNA polymerases are used in laboratory science for polymerase chain reaction (PCR), an in vitro technique for making many copies of specific fragments of DNA. While high-fidelity polymerases are used when it is important that the end product is perfect, some techniques, such as error-prone PCR, seek to generate mutations in a stretch of DNA on purpose. These techniques use polymerases that have compromised proofreading ability.

Suggested Reading

Barbari, Stephanie R., and Polina V. Shcherbakova. "Replicative DNA polymerase defects in human cancers: Consequences, mechanisms, and implications for therapy." DNA Repair 56 (2017): 16-25. [Source]