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 egyértelmű.
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 itt 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 felnyitási hellyel szomszédos szakasz mellé..
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 a követő szál mentén haladva,
ezen az oldalon, a legfelső szálon,
és beépít egy RNS-primert,
ami nem csak egyetlen nukleotid,
hanem jóval több.
Az elkészült az RNS-primert,
a polimeráz már képes hosszabbítani 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.
Aztán ugrás előre, és kezdjük újra.
Így végül keletkezik egy rakás rövid DNS-szakasz,
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.