Beszélgessünk kicsit bővebben arról,

hogyan másolja önmagát a DNS,

miként replikálódik,

és hogy milyen szereplők

vesznek részt ebben a folyamatban.

Eközben sokszor emlegetjük 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 már 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.

Ennek a létraszerű molekulának
az egyik oldalán

ebben az irányban rajzolok egy nyilat.

Ez a nyíl a 3'-5' irányt mutatja.

Ez a nyíl 3' vége, ez pedig a nyíl 5' vége.

A nyíl iránya 3'-5'.

Figyeld: ez a foszfátcsoport egy
3' helyzetű atomhoz kötődik,

a következő 5' atom
egy foszfátcsoporthoz,

az egy 3' helyzetű atomhoz,

az pedig...

egy 5' atomon 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,

a két szála párhuzamos,

de ellentétes lefutásúak.

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

Ez nagyon fontos lesz 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.

Ezt a szálat például

csak ebbe az irányba
lehetne hosszabbítani,

fordított irányban nem.

Úgy is mondhatjuk,
hogy az új nukleotidok

csak a 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.

Végigkövethető mindegyik gerinc.

Ez a 3' vég,

innen kiindulva

eljutunk a hozzá tartozó 5' véghez.

Ez a kettő tehát
egyazon szálnak a 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 újraépíthessük

a létra másik oldalát

a különvált szálak mellé.

Olyan ez, mint egy cipzár.

Szétnyitjuk, és kiegészítjük

mindkét fél cipzárt.

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,

hogy szétttekeredjenek,

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 széttekerés,

aztán a helikáz...

illetve a topoizomeráz széttekeri,

aztán a helikáz felszakítja a kötéseket.

Innentől a két szálon
másféleképpen zajlik a folyamat,

mivel, mint említettem,

az új nukleotidok beépülése

csak 5'-3' irányban lehetséges.

Az alsó szálon, az ún. vezető szálon

minden nagyon egyszerű.

Emlékezz, ez itt az 5' vége,

a lánc hosszabbítása tehát

ebben az irányban történik.

Ez az 5'-3' irány.

Az itteni események elindításához

kell egy RNS-primer.

Az RNS-primert
a DNS-primáz -.........

Erről még beszélünk

a követő szál kapcsán.

Ez RNS-t kapcsol...

(ezt más színnel jelölöm)

Ide készít egy RNS-primert.

Amint létrejött a primer,

a DNS-polimeráz elkezdheti

a nukleotidok hozzákapcsolását
a 3' véghez.

Azért egyszerű
a vezető szál hosszabbítása,

mert 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 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.

Tisztázzuk, ez a 3' vég,

erről a szálról beszélek.

Ezt a szálat más színnel rajzolom.

Ennek a szálnak

ez a 3' vége, és ez az 5' vége,

ezért nem lehet errefelé hosszabbítani.

Hogyan oldja meg ezt a dolgot a biológia?

Primerekkel

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 hosszabbítja

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.