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.

Ha még sohasem hallottál erről,

akkor nézd meg a videót

a DNS antiparallel szerkezetéről.

Ismételjük át egy kicsit,

ha már régen láttad utoljára.

Ez itt 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 benne a szénatomokat!

Ez a szénatom 1' helyzetű, ez 2' helyzetű,

ez a 3', ez a 4',

ez pedig az 5' helyzetű szénatomja.

E létraszerű molekula mellé

ebben az irányban húzok egy nyilat.

Ez a nyíl a 3'-5' irányt jelöli.

Ez a 3' vége, ez pedig az 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 erre van a 3' vég,

erre 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 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
polimeráz enzimmel.

Mit jelent ez?

Vizsgáljuk meg a fenti ábrát,

ahol egyben látható

a folyamat összes szereplője.

Itt látható a DNS-szál,

a kiindulási formájában,
a megkettőződés előtt.

Megjelöltük a 3' és az 5' végeit.

Kövessük végig az egyik gerincét!

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.

Ennek hatására

ideiglenesen felhasadnak
a szerkezet egyes kötései,

így az széttekeredik.

Később ezek a kötések újra kialakulnak,

de a lényeg az, 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,

mielőtt a helikáz...

tehát a topoizomeráz széttekeri
a molekulát,

aztán a helikáz felszakítja a kötéseket.

Innentől kezdve a két szálon
másféleképpen zajlik a folyamat,

mivel, mint említettem,

az új nukleotidok beépítése

csak 5'-3' irányban lehetséges.

Az alsó szálon, az ún. vezető szálon

minden nagyon egyszerű.

Emlékezz, ez itt az 5' vég,

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 építi be.

Erről még beszélünk

a követő szál kapcsán.

Ez beépít egy RNS-t

(ezt más színnel jelölöm)

ide épít be egy RNS-primert.

Amint beépült a primer,

a DNS-polimeráz elkezdheti

a nukleotidok hozzáadását a 3' véghez.

A vezető szál hosszabbítása
azért egyszerű,

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
épít be a 3' végen.

Ez tehát elég egyszerű.

Nyilván könnyű lenne

ugyanígy beépíteni a nukleotidokat

az 5' végen is,

hiszen akkor 3'-5' irányban haladva

(mondjuk egy másfajta polimerázzal)

beépíthetnénk 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
ebben az irányban hosszabbítani.

Hogyan oldható meg ez a biológiai feladat?

A megoldás a primerek beépítése,

a molekula szétnyílását követve.

Ezen a képen a primert
csak egyetlen nukleotid képviseli,

de általában több nukleotidból áll,

a hosszuk mintegy 10 nukleotid.

Tehát kb. 10 RNS nukleotidot

épít be ide a DNS primáz.

A DNS-primáz tehát
végighalad a követő szálon,

ezen az oldalon, felül,

és beépít egy RNS-primert,

nem csak egyetlen nukleotidot,

hanem sok.

Ha elkészült az RNS-primer,

a polimeráz meghosszabbítja
5'-3' irányban,

mindig a 3' végét.

Most már elkezdődhet
az új DNS-szál beépítése.

A folyamat menete tehát:

elsőként a primáz beépíti a primert,

majd megkezdődik a lánchosszabbítás
5'-3' irányban, így, ni.

Aztán ugrás előre, és kezdjük újra.

Végül keletkezik egy rakás
rövid DNS-töredék,

amelyeket Okazaki-fragmenteknek nevezünk.

Ezek az Okazaki-fragmentek.

A követő/kullogó szálon folyó munka
kicsit bénának tűnik.

Ezért is hívják követő szálnak

mintha tökéletlen volna

ezeket az Okazaki-fragmenteket

ahogy a felnyílás irányába haladva.

így kullog, ez a folyamat lassúbb

de a töredékek végül összekapcsolódnak

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.