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 (ejtsd: 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 bal oldalon ez a létraszerű molekula
ebben az irányban halad (iderajzolok egy nyilat).
Ez a szál 3'-5' irányban fut.
Ez a 3' vége, ez pedig az 5' vége.
A lefutási iránya 3'-5'.
Ez a foszfátcsoport egy molekula 3' helyzetű atomjához kötődik,
a molekula 5' atomja egy foszfátcsoporthoz,
a foszfátcsoport egy 3' helyzetű atomhoz,
az pedig...
a molekula 5' atomján át egy újabb foszfátcsoporthoz.
A másik szál, mint mondtuk, antiparallel helyzetű.
Párhuzamos az előbbivel, de fordított lefutású.
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,
ez a két szál párhuzamos,
de ellentétes lefutású.
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 tud újabb nukleotidokat kapcsolni.
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 5'-3' irányban haladunk.
Nem haladhatunk 3'-5' irányba.
Az 5' vég nem hosszabbítható polimerázzal.
Mit jelent ez?
Vizsgáljuk meg a fenti ábrát,
ahol egyben látható
a folyamat összes szereplője.
Itt látható a DNS-szál,
a kiindulási formájában, megkettőződés előtt.
Megjelöltük a 3' és az 5' végeit.
Végigkövethetők az egyes gerincek.
Ez a 3' vég,
innen kiindulva
eljutunk a hozzá tartozó 5' véghez.
Ez a kettő tehát egyazon szál két vége.
Ezt a szálat követve pedig ide jutunk.
Ez 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 felépíthessük
a létra másik oldalát
a szétválasztott szálak mellé.
Olyan ez, mint egy cipzár.
Szétnyitjuk, és mindkét fél cipzárt kiegészítjük egy teljes cipzárrá.
A valóságban mindez jóval 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 össze a másikon.
A cipzár felnyitásához
kell egy enzim,
ami széttekeri ezt a szorosan összetekert 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 itt 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 ábrán alul látható szálat
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.
Ez a DNS-primáz.
Erről 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 az DNS-polimeráz...
Ezek persze nem olyan háromszögek, mint ezen a képen,
a valóságban ennél sokkal látványosabbak.
Fent látható az egyik DNS-polimeráz, a másik lent.
Ez a polimeráz
a cipzár szétnyílását 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 másfajta polimerázzal)
hozzákapcsolhatnánk a nukleotidokat,
és ezzel a dolog el lenne intézve.
Sajnos ez nem így működik.
Az 5' véghez nem lehet újabb nukleotidokat kapcsolni
Ez pedig láthatóan a 3' vég
erről a szálról beszélek.
Ezt más színnel rajzolom.
c
Ennek a szálnak
ez a 3' vége, ez pedig az 5' vége,
c
ezért így nem lehet nukleotidokat.
Hogyan oldja meg ezt a dolgot a biológia?
Primereket ad,
ahogy a molekula szétnyílik
a képen látható, hogy a primer nem csak egy nukleotidot
hanem általában többet,
mintegy 10 nukleotidot.
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.
Ha már elkészült az RNS-primer,
a polimeráz hosszabbítja 5'-3' irányban
mindig a 3' végen.
hozzá
így
Úgy képzelhető el a folyamat,
jön a primáz, hozzákapcsolja a primert
és megkezdődik a lánchosszabbítás 5'-3' irányban.
így
aztán egy kis ugrás, és ismétlődik.
Sok rövid szakasz keletkezik
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