如何预防DNA聚合酶的突变

DNA聚合酶是在DNA复制过程中负责将核苷酸碱基添加到生长链中的酶。由于基因组的核苷酸序列决定了特定生物体的发育和功能，因此在DNA复制过程中合成现有基因组的精确复制品至关重要。通常，DNA聚合酶在DNA复制过程中保持高保真度，每添加109个核苷酸仅掺入单个不匹配的核苷酸。因此，如果除了标准互补碱基对之外，含氮碱基之间发生错配，DNA聚合酶将该核苷酸添加到生长链中，从而产生频繁的突变。DNA复制的错误通过两种机制得到纠正，称为校对和链定向错配修复。

校对

校对是指从生长的DNA链中纠正错配碱基对的初始机制，它是由DNA聚合酶进行的。DNA聚合酶分两步进行校对。第一次校对发生在向生长链添加新核苷酸之前。正确核苷酸对DNA聚合酶的亲和力比不正确的核苷酸高许多倍。然而，在传入的核苷酸通过氢键与模板结合之后，但在核苷酸通过DNA聚合酶的作用与生长链结合之前，酶应该经历构象变化。在DNA聚合酶的构象变化过程中，错误碱基的成对核苷酸容易与模板解离。因此，该步骤允许DNA聚合酶在将其永久添加到生长链之前“仔细检查”核苷酸。

校对

第二个校对步骤称为核苷外校对。在极少数情况下，它在将不匹配的核苷酸掺入生长链后立即发生。DNA聚合酶无法在不匹配的核苷酸旁边添加第二个核苷酸。DNA聚合酶的单独催化位点称为3′至5′校对核酸外切酶，从生长链中消化错配的核苷酸。

链定向错配修复

尽管有校对机制，DNA聚合酶在DNA复制过程中仍可能将不正确的核苷酸掺入生长链中。从校对中逃脱的复制错误通过链定向错配修复删除。该系统检测DNA螺旋中由于碱基对不匹配而导致的失真电位。但是，修复系统应在更换不匹配的底座之前从现有底座中识别不正确的底座。通常，大肠杆菌依靠DNA甲基化系统来识别双螺旋中的旧DNA链，因为新合成的链可能不会很快发生DNA甲基化。在大肠杆菌中，GATC的A残基被甲基化。由于链定向错配修复系统的作用，DNA复制的保真度增加了102倍。

在链定向错配修复中，三种复杂的蛋白质穿过新合成的DNA链。第一种称为MutS的蛋白质检测并结合DNA双螺旋中的扭曲。第二种称为MutL的蛋白质检测并与MutS结合，吸引第三种称为MutH的蛋白质，用于区分未甲基化或新合成的链。结合后，MutH切割GATC序列中G残基上游的未甲基化DNA链。核酸外切酶负责下游链的降解到错配。然而，该系统降解少于10个核苷酸的区域，这些核苷酸很容易被DNA聚合酶1重新合成。真核生物的Mut蛋白与大肠杆菌的Mut蛋白同源。