DNA-Reparatur

Die DNA-Reparaturen, beruhen auf enzymatisch gesteuerte Prozessen, die dafür Zuständig sind schädliche DNA-Strukturen aus den Zellen zu schneiden. Diese DNA Strukturen kommen durch verschieden Ursachen zustande, so z.B. durch extreme Wärme oder Strahlung. Defekte DNA-Sequenzen können auch durch Fehler während der DNA-Replikation entstehen. Im Allgemeinen kann man sagen, dass die Funktion der DNA-Reparatur den reibungslosen Ablauf der DNA-Replikation und Transkription sicherstellt.

Durch einen Defekt der DNA-Reperatur kann es zur autosomal- rezessiven Erbkrankeit Xeroderma pigmentosum kommen, bei der die Exzisionsreparatur gestört ist, sodass bei betroffenen Menschen durch UV-Exposition bzw. starker Sonnenbestrahlung Hautkrebs entsteht.

Die DNA-Reparatur kann in fünf verschiedenen Arten auftreten, die je nach Krankheitsbild varrieren.

Korrekturlese-Reparatur

Bei dieser Art der DNA-Reperatur werden unpassende Basen des neu synthetitisierten DNA-Strangs durch ein so genanntes Korrekturlese-Enzym erkannt und herrausgeschnitten. Neben den Kontrollen durch die DNA-Polymerase I und III werden hierbei Fehler aufgrund der zeitlichen Verzögerung bei der postreplikative DNA-Methylierung festgestellt. Durch diese Verzögerung kann das Korrekturlese-Enzym, anhand des Methylierungsgrades vom Adenin in der palindromen Basensequenz (Palindrom) GATC, den alten DNA-Strang von dem neuen unnterscheiden.

Zum Schluss wird die defekte Sequenz durch die DNA-Polymerase I ersetzt und von der DNA-Ligase eingefügt.

Exzisionsreparatur modifizierter Basen

Durch UV-Licht kann es häufig zur Veränderung in der chemischen Struktur der Nucleotide der DNA kommen. Eine der häufigsten Folgen die bei der UV-Strahlung auftreten können, ist die Bildung von Thymin-Dimeren. Hierbei verbinden sich zwei benachbarte Thymin Basen im gleichen DNA-Strang zu kovalent Dimeren, welche nun keine Wasserstoffbrücken zu Adenin ausbilden können. Im folgenden Schritt gibt es zwei Möglichkeiten. Falls die Mutation entdeckt wird, werden mithilfe der Endonuclease die verbunden Thymin Basen herausgeschnitten. Es folgt die Reparatursynthese durch die DNA-Polymerase, daraufhin wird das neue Stück durch die DNA-Ligase verbunden. Wenn jedoch der Schaden nicht entdeckt wird, kann es dazu kommen, dass die folgende Replikation an dieser Stelle abricht.

Direkte Reparatur modifizierter Basen durch Fotoreaktivierung

Der hier zum tragen kommende Schaden ist der gleiche wie bei der "Exzisionsreparatur modifizierter Basen". Jedoch ist die Bindung der Thymin-Dimeren nicht so gravierend, dass sie herausgeschnitten müssen, sondern man ist im stande sie zu trennen. Dies erfolgt durch die Fotoreaktivierung. Diese trennt die durch UV-Licht induzierten Thymin-Dimere, die sonst zum Stopp der Replikation führen. Das Enzym Fotolyase bindet sich im Dunkeln an ein Thymin-Dimer daraufhin spaltet es die mutierten Nukleotide unter Beleuchtung in einzelne Monomere die nun wieder zur komplementären Basenpaarung fähig sind.

Reparatur durch Rekombination während der Replikation

Wenn es nicht zu Lücken in dem neu synthetisierten Strang kommen soll, muss die Reparatur der geschädigten Stelle früh genug bis zur nächsten Replikationsrunde eingetreten sein. Falls jedoch der Strang nicht rechtzeitig synthetisiert wurde, kann das Escherichia coli durch ein Schwesterstrangaustausch (Crossing-Over) das entstandene Problem beheben. Denn durch diese Maßnahme wird erreicht, die DNA-Reparatur durch die Information des intakten Strang erfolgen kann.

SOS-Reparatur

Die SOS-Reparatur ist ein Notfall-System, das nur bei Mutationsereignissen die in hoher Anzahl gleichzeitig auftreten aktivirt wird.

Diese DNA-Rereratur hebt sich von den anderen ab da, diese Art der Reparatur arbeitet sehr fehlerhaft und durch UV-Bestrahlung in z.B. E. coli induziert wird.

Dort werden Mutationen durch die Spaltung der Repressorproteine, welche den Gene der uvr-Endonucleasen angehören, behoben. Dies geschieht durch das recA-Protein welche die Repressorproteine spaltet.