Beszélgessünk kicsit bővebben arról,

hogy a DNS hogyan másolja önmagát,

miként replikálódik,

és hogy mely szereplők

vesznek részt ebben a folyamatban.

Eközben sokszor említjük majd

a DNS molekula 3' és 5' végeit
(ún. 3 vessző és 5 vessző).

Ha még sohasem hallottál erről,

akkor nézd meg a videót

a DNS antiparallel szerkezetéről.

Ismételjük át egy kicsit,

ha régen láttad utoljára.

Itt van a DNS részletes ábrája

az előbb említett videóból.

Az 5' és a 3' jelölés

az atomok helyzetét jelzi
azokban a ribózmolekulákban,

amik a molekula
foszfát-cukor gerincét alkotják.

Ez itt egy ribóz,

ami egy öt szénatomos cukor.

Számozzuk meg a szénatomokat:

ez az 1' helyzetű szénatom, ez a 2',

ez a 3', ez a 4',

ez pedig az 5' helyzetű szénatom.

A létrának ezen az oldalán

az úgynevezett
haladási irány...

(iderajzolok egy vonalat)

3'-5' irányban fut.

Ez a 3' vég, ez pedig az 5' vég.

A lefutási iránya 3'-5'.

Ez a foszfátcsoport
az egyik gyűrű 3' atomjához csatlakozik,

ennek az 5' atomja
egy foszfátcsoporthoz,

az pedig
a következő gyűrű 3' atomjához,

az pedig...

az 5' atomján át
egy újabb foszfátcsoporthoz.

A másik szál, mint mondtuk,
antiparallel helyzetű.

Párhuzamos az előbbivel,
de fordított irányban fut.

Tehát ez az atom 3' helyzetű,
ez 5' helyzetű,

ez 3', ez pedig 5' helyzetű.

Ezt jelenti tehát

az antiparallel szerkezet.

A molekula két gerince,

vagyis ez a két szál
egymással párhuzamos,

de ellentétes irányultságú.

Tehát ez a 3' vég, ez pedig az 5' vég.

Ez nagyon fontos ahhoz,

hogy megértsük a replikációt,

mivel a DNS-polimeráz,

amely a soron következő
nukleotidokat építi be

az újonnan készülő DNS-szálba,

csak a 3' véghez tudja
hozzákapcsolni az újabb nukleotidokat.

Itt például

a hosszabbítás csak
ebben az irányban történhet,

a másik irányban nem.

Úgy is mondhatjuk,
hogy az új nukleotidok

csak 3' véghez kapcsolhatók,

vagyis a DNS hosszabbítása

csak 5'-3' irányban történhet.

Ha csak a 3' véget hosszabbítjuk,

akkor csak 5'-3' irányban haladhatunk.

Nem haladhatunk 3'-5' irányba.

Nem hosszabbíthatjuk az 5' véget
polimeráz közreműködésével.

Mi az, hogy "polimeráz közreműködésével"?

Vizsgáljuk meg a fenti ábrát,

ahol egyben látható

a folyamat összes szereplője.

Itt látható a DNS-szál,

az eredeti formájában,
a megkettőződése előtt.

Megjelöltük a 3' és az 5' végeit.

Végigkövethetők az egyes gerincek.

Ez a 3' vég, innen végighaladva

eljutunk a hozzá tartozó 5' véghez.

Ez a kettő tehát
egyazon szál két vége.

Ezt a szálat követve pedig ide jutunk.

Ez tehát a lánc 3' vége,

ez pedig az 5' vége.

Elsőként, ahogy a korábbi
videókban említettük,

ahol áttekintettük a replikációt,

a hélix két felének

a kettős hélix két DNS-szálának

szét kell válnia,

hogy aztán melléjük épülhesen

a létra másik oldala,

a szétvált szálaknak megfelelően.

Olyan ez, mint egy cipzár.

Szétnyitjuk, és mindkét felét
kiegészítjük egy újabb cipzárrá.

A valóságban mindez sokkal bonyolultabb,

mint egy szétnyitott cipzár,

amiből két újat csinálunk.

Kell egy rakás enzim, és más egyebek.

Még ezen az ábrán sem látható

az összes résztvevő,

csak a legfontosabbak,

amik szóba kerülnek

a DNS-replikáció kapcsán.

Először is, ez a rész

szorosan fel van tekeredve.

Ezt ide is írom.

Szorosan fel van tekeredve.

Ha belegondolunk,

minél jobban széttekeredik
az egyik oldalon,

annál szorosabban
tekeredik fel a másik oldalon.

A cipzár felnyitásához tehát

szükséges egy enzim,

ami segít széttekerni
ezt a szorosan feltekert hélixet.

Ez az enzim a topoizomeráz.

Úgy működik,

hogy időlegesen felhasítja
a gerincek egyes pontjait,

amik így szétttekerednek,
majd újra összekapcsolódnak.

A lényeg, hogy széttekeri őket,

hogy aztán a helikáz enzim...

A helikáz persze nem olyan,

mint ez a kis háromszög,
ami vagdossa a kötéseket.

A valóságban elképesztő látványt nyújtana

a helikáz molekuláris szerkezete.

A helikáznak az a feladata,

hogy felszakítsa a hidrogénkötéseket

a nitrogéntartalmú bázisok között.

Itt épp egy adenin és egy timin közt

szakítja fel a hidrogénkötéseket.

Első tehát a széttekeredés,

aztán a helikáz...

a topoizomeráz széttekeri,

aztán a helikáz felszakítja a kötéseket.

Innentől kezdve
külön tárgyaljuk a két szálat,

mivel, mint említettem,

az új nukleotidok beépülése

csak 5'-3' irányban lehetséges.

Az alsó szálat tehát

vezető szálnak nevezzük.

Ezen minden nagyon egyszerűen történik.

Emlékezz, ez az 5' vége,

a lánc hosszabbítása tehát

ebben az irányban folytatódhat.

Ez az 5'-3' irány.

Annyi kell a folyamat elindításához,

hogy legyen itt egy RNS-primer

illetve egy enzim,
amelyik létrehozza az RNS-primert,

vagyis a DNS-primáz.

Ezekről még beszélünk

a követő szál kapcsán.

Ezek RNS-t kapcsolnak...

(ezt más színnel jelölöm)

egy RNS-primert kapcsolnak ide.

Miután a primer idekapcsolódott,

a DNS-polimeráz elkezdheti

a nukleotidok hozzáadását a 3' véghez.

Azért egyszerű
a vezető szál hosszabbítása,

mert ez a DNS-polimeráz...

Ezek persze nem olyan háromszögek,
mint ezen a képen,

a valóságban ennél sokkal látványosabbak.

Fent látható az egyik DNS-polimeráz,
a másik itt lent.

Ez a polimeráz

a szétnyíló cipzárt követve

újabb és újabb nukleotidokat
kapcsol a 3' véghez.

Ez elég egyszerű.

Nyilván könnyű lenne

ugyanígy kapcsolni a nukleotidokat

az 5' véghez is,

hiszen akkor 3'-5' irányban haladva,

mondjuk egy másik fajta polimeráz

hozzákapcsolhatná a nukleotidokat,

és ezzel a dolog el lenne intézve.

Sajnos kiderült, hogy ez nem így működik.

Az 5' véghez nem lehet újabb nukkleotidokat kapcsolni

Ez pedig láthatóan a 3' vég

erről a szálról beszélek.c

Másik színnel rajzolom.

c

Ezen a szálon

ez a 3' vég, ez pedig az 5' vég,

c

ezért így nem lehet nukleotidokat.

Hogyan oldja meg ezt a dolgot a biológia?

Primereket ad,

ahogy a szétnyílás megtörténik

a képen látható, hogy a primer nem csak egy nukleotid

hanem általában több

mintegy 10 nukleotid

Tehát kb. 10 RNS nukleotidot ad

ezt a DNS primáz végzi.

A DNS-primáz tehát a követő szálon

ezen az oldalon, felül,

és ad.

Bekapcsolja az RNS-primert,

ami nem csak egy nukleotid

hanem sok

Amint megvan az RNS-primer

a polimeráz hozzákapcsolhat 5'-3' irányban

mindig a 3' véghez.

hozzá

így

Úgy képzelhető el a folyamat

jön a promáz, hozzákapcsolja a primert

és megkezdődik a lánchosszabbítás 5'-3' irányban.

így

aztán egy kis ugrás, és ismétlődik.

Keletkezik egy sor kis szakasz

amelyeket Okazaki-fragmenteknek nevezünk.

Okazaki-fragmentek,

a követő szálon

d

miért hívják követő szálnak

s

mintha tökéletlen volna

ezeket az Okazaki-fragmenteket

ahogy a felnyílás irányába haladva.

így kullog, ez a folyamat lassúbb

de a végén minden összekapcsolható

a DNS-ligáz segítségével.

A DNS-ligáz nem csak összekapcsolja a töredékekeket

hanem az RNS-t is

kicseréli DNS-re.

Így mindezek után van egy másolat

d

A végére tehát létrejön
a két kettős szál.

Egy itt fent, a követő szálon,

a másik lent a vezető szálon