Beszélgessünk kicsit bővebben arról,
hogyan másolja önmagát a DNS,
miként replikálódik,
és hogy mi minden vesz részt
ebben a folyamatban.
Eközben sokat 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' végek alapján
tudunk tájékozódni a dezoxiribózok atomjai között
a molekula foszfát-cukor gerince mentén.
Ez itt egy dezoxiribóz molekula,
ami egy öt szénatomos cukor.
Számozzuk meg a szénatomjait!
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 3'-5' irányba mutat.
Ez a 3' vége, ez pedig az 5' vége.
A nyíl iránya 3'-5'.
Figyeld meg: 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 újabb és újabb nukleotidokat épít be
a készülő DNS-szálba,
csak a 3' véget tudja hosszabbítani.
A bal oldali szálat például
csak a képen lefelé haladva képes hosszabbítani,
a jobb oldali szálat pedig csak felfelé, viszont lefelé 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 szálnak a 3' vége,
ez pedig az 5' vége.
Elsőként, ahogy a korábbi videókban említettük,
ahol áttekintettük a replikációt,
a hélix két oldalának
a kettős hélix két DNS-szálának
szét kell válnia,
hogy aztán kiegészíthessük
a létra hiányzó oldalát
a különvált szálaknak megfelelően.
Olyan ez, mint egy cipzár.
Szétnyitjuk, és kiegészítjük
mindkét fél cipzárt.
A valóságban ez 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.
Könnyen belátható,
hogy minél jobban széttekerjük 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 most széttekerednek,
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
szakítaná fel a hidrogénkötéseket.
Első tehát a széttekeredés,
mielőtt a helikáz...
illetve a topoizomeráz széttekeri a molekulát,
aztán a helikáz felszakítja a kötéseket.
Innentől kezdve a két szálon eltérően zajlik a folyamat,
mivel, mint említettem,
az új nukleotidok beépítése
csak 5'-3' irányban lehetséges.
Az alul képződő szál,
az úgynevezett vezető szál képződése
nagyon egyszerű folyamat.
Emlékezz, ez itt az 5' vége,
a lánc hosszabbítása tehát
ebben az irányban történik.
Ez az 5'-3' irány.
Az események elindításához csupán
egy RNS-primer szükséges.
Az RNS-primert a DNS-primáz építi be.
Később még beszélünk
ezekről a molekulákról itt fenn, a követő szálon.
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 ez a DNS-polimeráz...
ezek persze nem olyan négyszögek, 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 tehát elég egyszerű.
Milyen könnyű is lenne
ugyanígy kapcsolni a nukleotidokat
az 5' véghez,
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
erre van a 3' vége, és erre az 5' vége,
így ezt a végét nem lehet hosszabbítani.
Hogyan oldható meg ez a biológiai fejtőrő?
A megoldás a primerek beépítése
a felnyílt szakasz szomszédságában.
Ezen az ábrán a primert csak egyetlen nukleotid képviseli,
de általában több nukleotidból állnak,
ez mintegy 10 nukleotidot jelent.
Tehát kb. 10 RNS nukleotidot
épít be ide a DNS-primáz.
A DNS-primáz tehát elindul
ezen az oldalon, a legfelső szálon,
és beépíti mellé az RNS-primert,
ami nem csak egyetlen nukleotid,
hanem jóval több.
Az elkészült RNS-primert
a polimeráz tovább tudja építeni 5'-3' irányban,
a 3' végét hosszabbítva.
Így tudja beépíteni az új DNS-szakasz elemeit.
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 szálat a működése miatt
okkal nevezik „kullogó” szálnak is,
hiszen elég szerencsétlen ötletnek tűnik
egy rakás Okazaki-fragmentummal bajlódni
a felnyílás irányát követve.
A folyamat tehát kullog, késlekedik,
de a töredékek végül összekapcsolódnak
a DNS-ligáz segítségével.
A DNS-ligáz nem csak összekapcsolja a töredékeket,
hanem az RNS-szakaszokat is kicseréli DNS-ekre.
Így végül elkészül a kiegészítő DNS-szál.
A végére tehát létrejön a két kettős lánc,
egyik itt fent, a követő szállal,
a másik lent a vezető szállal kiegészítve.