Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

13.7: Korrekturen
INHALTSVERZEICHNIS

JoVE Core
Biology

This content is Free Access.

Education
Proofreading
 
PROTOKOLLE

13.7: Proofreading

13.7: Korrekturen

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.

Überblick

Die Synthese neuer DNA-Moleküle beginnt, wenn die DNA-Polymerase Nucleotide in einer Sequenz miteinander verbindet, die komplementär zum Template-DNA-Strang ist. Die DNA-Polymerase hat eine höhere Affinität für die richtige Base, um die Genauigkeit der DNA-Replikation zu gewährleisten. Die DNA-Polymerase liest außerdem während der Replikation mit Hilfe einer Exonukleasedomäne, die die falschen Nucleotide vom entstehenden DNA-Strang abschneidet, Korrekturen durch.

Fehler während der Replikation werden durch das DNA-Polymerase-Enzym korrigiert

Die genomische DNA wird in der 5 bis 3 Richtung synthetisiert. Jede Zelle enthält eine Anzahl von DNA-Polymerasen, die unterschiedliche Rollen bei der Synthese und Korrektur von Fehlern in der DNA spielen. Die DNA-Polymerasen delta und epsilon besitzen die Fähigkeit zum Korrekturlesen bei der Replikation von Kern-DNA. Diese Polymerasen überprüfen jede Base, nachdem sie dem neuen Strang hinzugefügt wurde. Wenn die neu hinzugefügte Base falsch verknüpft wurde, kehrt die Polymerase die Richtung um (von 3 zu 5) und verwendet eine exonukleolytische Domäne, um die falsche Base abzutrennen. Anschließend wird sie durch die richtige Base ersetzt.

Mutationen in der Exonuklease-Domäne der DNA-Polymerase hängen mit Krebserkrankungen zusammen

Korrekturlesen ist wichtig, um zu verhindern, dass Mutationen in neu synthetisierter DNA auftreten. Was passiert aber, wenn der Korrekturlesemechanismus ausfällt? Wenn eine Mutation die Exonukleasedomäne der DNA-Polymerase verändert, verliert sie die Fähigkeit, falsche Nucleotide zu entfernen. Die Folge ist, dass sich Mutationen schnell im gesamten Genom anhäufen können. Diese Art von Mutation wird mit verschiedenen Krebsarten in Verbindung gebracht.

Die Low-Fidelity-DNA-Polymerase kann mutierte DNA-Sequenzen erzeugen

Modifizierte DNA-Polymerasen werden in der Laborwissenschaft für die Polymerase-Kettenreaktion (PKR) verwendet, eine in vitro Technik zur Herstellung vieler Kopien von spezifischen DNA-Fragmenten. Während High-Fidelity-Polymerasen verwendet werden, wenn es wichtig ist, dass das Endprodukt perfekt ist, versuchen einige Techniken, wie z.B. die fehleranfällige PKR, absichtlich Mutationen in einem DNA-Abschnitt zu erzeugen. Diese Techniken verwenden Polymerasen, die die Fähigkeit des Korrekturlesens beeinträchtigt haben.


Suggested Reading

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter