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Wie funktioniert DNA-Reparatur?

Lesedauer 2 Minuten

Last Updated on Oktober 18, 2023 by Achim Görner

Schäden an der DNA, dem Bauplan jeder Zelle, entstehen durch Einwirken von UV- oder radioaktiver Strahlung, mutagener Stoffe, durch Stoffwechselvorgänge hervorgerufene schädliche Moleküle und Fehler bei der DNA-Verdopplung, sowie freie Radikale.

Die Häufigkeit, mit der solche Fehler auftreten, liegt bei bis zu 1 Million je Zelle und Tag. Bei 100 Billionen Zellen eines durchschnittlich großen Erwachsenen ergeben sich 100 Trillionen (eine eins mit zwanzig Nullen) Reparaturen am Tag.

Die Replikationsgenauigkeit liegt bei nur einem Fehler auf 1 .. 10 Milliarden Nucleotiden (Bausteine von Nukleinsäuren).

Technisch bedingt kann man DNA-Reparaturvorgänge bei E.coli (Escherichia coli), gramnegatives Bakterium, Vorkommen u.a. in der natürlichen Darmflora des Menschen) am besten beobachten und einen Einblick in diese Mechanismen erhalten. Eine einzige Reparatur dauert bei E.coli nur rund zwei Sekunden.

Reparatur-Prozesse …

Im Zyklus des Absterbens und Bildens neuer Zellen wird die DNA kopiert, vervielfältigt. Hierbei können, auch ohne äußere Einflüsse, Fehler unterlaufen. Diese Fehler sofort zu entdecken ist Aufgabe verschiedener, auf ihre jeweilige Aufgabe und Wirkung spezialisierte Enzyme. Sie kontrollieren durch Abgleich des korrekten Strangs mit der Kopie, ob die sich paarenden Basen aus den korrekten bestehen. Falsche Basen werden durch die richtigen ersetzt und so der Kopierfehler behoben.

Auch fehlerhafte DNA-Abschnitte können die normale Struktur eines DNA-Moleküls verändern. Darauf abgestimmte Enzyme schneiden die fehlerhaften Abschnitte heraus und ersetzen diese.

Sind beide DNA-Stränge gebrochen, kommen wieder andere Enzyme zum Zuge und setzen die Stränge wieder zusammen. Dabei kann es jedoch vorkommen, dass die DNA-Sequenz nicht mehr vollständig rekonstruiert werden kann. Da eine gebrochene DNA jedoch zu schweren Chromosomenmutationen führt, wird dieses Manko billigend in Kauf genommen. Ist der Bruch allerdings irreparabel, erfolgt eine kontrolliert ablaufende Apoptose, die Selbstzerstörung der Zelle.

… im Detail

Das einfachste, immerhin schon eine viertel Stunde in Anspruch nehmendes, Reparaturverfahren ist das der Basenexzision, das Herausschneiden einer fehlerhaften Base.

Hier werden vier Enzyme benötigt: Die Glykosylase tastet den DNA-Strang ununterbrochen auf fehlerhafte Basen ab. Wird sie fündig, entfernt sie diese. Die nachfolgende Endonuklease erkennt die fehlende Base und entfernt den Nukleotidrest. Die danach aktivierte Polymerase integriert das korrekte Nukleotid und die Ligase verbindet dieses mit den benachbarten Nukleotiden.

Fehler im DNA-Reparatur-Prozess

Da in der DNA alle Baupläne hinterlegt sind, auch die der Reparaturmechanismen, ist ein Fehler im Bauplan eines Reparatur-Prozesses fatal. Sie führen zu Mutationen, die wiederum Krankheiten zur Folge haben.

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