Instandhaltung der Nukleotidpools
Fehler in der Erbsubstanz, der DNA, schränken die Überlebensfähigkeit eines Organismus ein und sind zum Beispiel die molekulare Ursache für Erbkrankheiten und Krebs. Wie Organismen DNA Stränge mit inkorrekt eingebauten Basen reparieren, war Gegenstand intensiver Forschung der letzten Jahrzehnte. Daneben ist es für die Präzision der DNA Synthese aber auch unerlässlich, dass die Bausteine der DNA, die Deoxynukleotid-triphosphate (dNTPs), in genau den richtigen Mengenverhältnissen und in hoher Reinheit vorliegen. Verunreinigungen entstehen z.B. durch Desaminierungs- und Oxidationsprozesse, die zur Veränderung der chemischen Struktur der dNTPs führen. So modifizierte Nukleotide werden bei der DNA Synthese über DNA Polymerasen oft effizient in die DNA integriert und können Mutationen verursachen.
Deoxynukleotid-Stoffwechsel in Organellen
Eine zusätzliche Herausforderung für Pflanzen ist die Bereitstellung von dNTPs für die Synthese von DNA in Chloroplasten und Mitochondrien. Nach der Endosymbionten-Theorie entstanden die Mitochondrien durch die Integration von Alpha-Proteobakterien in eine Wirtszelle. Der Endosymbiont verlor in der Folge viele für die Aufrechterhaltung des Lebens wichtige Biosynthesewege, wodurch er auf den Import von Metaboliten aus dem Zytosol über spezielle Transporter angewiesen ist. Einige dieser Stoffwechselwege blieben jedoch zumindest teilweise in den Mitochondrien erhalten. Zum Beispiel wurde bei Arabidopsis gezeigt, dass Biosynthesegene, die für die Synthese von Thymidylat (der "T"-Base) verantwortlich sind, in den Mitochondrien lokalisiert sind, was darauf hindeutet, dass der T-Stoffwechsel zumindest teilweise in diesen Pflanzenorganellen stattfindet. Ein Mangel an T-Nukleotiden kann z.B. zu einem mitochondrialen DNA-Depletionssyndrom führen, einer schweren Störung beim Menschen. Interessanterweise hat ein Ungleichgewicht der Deoxynukleotidpools einen starken Einfluss auf die ordnungsgemäße Funktion der Chloroplasten.
