Beszélgessünk kicsit bővebben arról,
hogyan másolja önmagát a DNS,
miként replikálódik,
és hogy milyen 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
a szénatomok helyzetét jelöli azokban a ribózmolekulákban,
amik a molekula foszfát-cukor gerincét alkotják.
Ez itt egy ribózmolekula,
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 lefutási irány...
(iderajzolok egy vonalat)
3'-5' irányba mutat.
Ez a 3' vég, ez pedig az 5' vég.
A lefutási iránya 3'-5'.
Ez a foszfátcsoport egy 3' helyzetű atomhoz kapcsolódik,,
a következő 5' atom egy foszfátcsoporthoz,
az pedig egy 3' atomhoz,
az pedig...
az 5' atomján át egy újabb foszfátcsoporthoz.
A másik szál, mint mondtuk, antiparallel helyzetű.
Párhuzamos az előbbivel, de fordított lefutású.
Tehát ez az atom a 3' helyzetű, ez az 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,
a kiindulási 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 haladhat.
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 hozzákapcsolását 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