DNA – Reparatur 

Schäden an der DNA können durch verschiedene Einflüsse wie mutagene Substanzen, ionisierende Strahlung oder Hitze entstehen. Solche Schäden führen zu Basenmodifikationen, Basenverlust, Basenfehlpaarungen, falschen Verknüpfungen oder Strangbrüchen. Um diese Fehler zu beheben, hat die Zelle verschiedene DNA-Reparatursysteme entwickelt, die die Integrität der genetischen Information sicherstellen.

Mechanismen der DNA-Reparatur

1. Proofreading und Exonuklease-Aktivität: Die DNA-Polymerase besitzt eine Korrekturlese-Funktion (Proofreading). Während der Replikation überprüft sie die neu synthetisierten DNA-Stränge und korrigiert Fehler in 3´-nach-5´-Richtung. Diese Fähigkeit, falsche Nukleotide zu erkennen und zu entfernen, wird als 3’→5′-Exonuklease-Aktivität bezeichnet.
2. Basen- und Nukleotidexzisionsreparatur: Fehlerhafte DNA-Bereiche können durch Enzyme wie Nukleasen herausgeschnitten und neu synthetisiert werden. Dabei wird entweder eine einzelne fehlerhafte Base (Basenexzisionsreparatur) oder ein größerer Abschnitt (Nukleotidexzisionsreparatur) entfernt und durch neue Nukleotide ersetzt.
3. Homologe und nicht-homologe Rekombination: Bei schweren Schäden, wie Doppelstrangbrüchen, kommen komplexere Reparaturmechanismen zum Einsatz. Die homologe Rekombination nutzt eine intakte Schwesterchromatide als Vorlage zur präzisen Reparatur des Bruchs. Die nicht-homologe Endverknüpfung (NHEJ – non homologous end joining) hingegen fügt die Bruchenden direkt zusammen, was zu einer schnellen, aber potenziell fehlerhaften Reparatur führt. 

Enzyme und Proteine zur DNA-Reparatur

• p53: Dieses Protein spielt eine zentrale Rolle in der DNA-Reparatur, indem es die Zellzyklus-Arrestierung und Apoptose als Reaktion auf DNA-Schäden reguliert.
• DNA-Polymerase: Neben der Synthese neuer DNA-Stränge ist sie auch für die Fehlerkorrektur während der Replikation verantwortlich.
• Nukleasen: Das sind Enzyme, welche die beschädigten DNA-Abschnitte herausschneiden.
• Ligase: Die Ligase verbindet die DNA-Enden nach der Reparatur.

Frequenz der DNA-Reparatur

DNA-Reparaturprozesse finden kontinuierlich und mit hoher Frequenz in den Zellen statt, um die genomische Stabilität zu bewahren. Ohne diese Reparatursysteme würden sich Mutationen ansammeln, was zu Krankheiten wie Krebs führen könnte.

Fazit

Die DNA-Reparatur ist ein lebenswichtiger Prozess, der die Integrität der genetischen Information bewahrt und vor Krankheiten schützt. Durch verschiedene Mechanismen wie Proofreading, Exzisionsreparatur und Rekombination werden DNA-Schäden effektiv behoben. Ein tiefgehendes Verständnis dieser Prozesse ist nicht nur für den MedAT, sondern auch für das allgemeine Verstehen der molekularen Genetik von großer Bedeutung.

Biologie-Insider-Tipp für deinen MedAT

Insider-Tipp von Max (MasterClass-Tutor)

Für den MedAT solltest du in der Lage sein, Begriffe wie Nukleotidexzisionsreparatur, Exonuklease-Aktivität oder auch das Enzym p53 richtig einzuordnen. Außerdem solltest du wissen, welche Rolle die DNA-Polymerase in der DNA-Reparatur spielt. Um das Thema zu vertiefen und zu perfektionieren, besuche gerne unsere E-Learning-Plattform MEDBREAKER ONE.