Водещи и изоставащи вериги при ДНК репликация

Нека поговорим малко по-задълбочено

за това как ДНК се копира сама,

как точно се реплицира

и кои са реално

участниците в процеса.

Като обяснявам тези неща, ще споменавам

често 3' и 5' краищата на ДНК молекулата.

Ако ти е напълно непознато,

те насърчавам да изгледаш видеото

за антипаралелната структура на ДНК.

Ще направя бърз преговор на това,

в случай че си го гледал, но е било отдавна.

Това е увеличение на ДНК.

Всъщност е увеличението от същото онова видео.

И когато говорим за 5' и 3' краища,

имаме предвид какво се случва с рибозите,

които формират част от този фосфатно-захариден скелет.

Имаме рибозата ето тук

5-въглероден захарид.

И можем да преброим въглеродите.

Това е 1 прим въглерод, това - 2 прим,

това е 3 прим, този 4 прим,

а този 5 прим въглерод.

Тази страна на стълбата,

образно казано,

върви към...

нека сложа линия тук...

Тя върви в посока 3' към 5'

Този край е 3', а този е 5'.

Върви от 3' към 5'.

Забележи, този фосфат е свързан с 3'.

После отиваме към 5', което се свързва с фосфат.

Това е свързано с 3',

следващото с...

5', който е свързан с фосфат.

Сега от другата страна, наричаме това антипаралелно.

Паралено е, но е ориентирано в другата посока.

Това е 3', това е 5',

това 3', а това 5'.

И точно за това говорим, като

казваме антипаралелна структура.

Тези два гръбнака,

тези две нишки са паралелни една на друга,

но са ориентирани в противоположни посоки.

Това е 3'-краят, а това е 5'-краят.

И това ще бъде много важно

за разбирането на репликацията,

защото ДНК-полимеразата –

нещото, което добавя още и още нуклеотиди,

за да създаде ДНК нишка,

тя може да добавя нуклеотиди само от 3'-края.

Ако отнесем това към схемата,

ще можем да добавяме,

ще можем да добавяме само в тази посока.

Няма да можем да добавяме

от тази страна натам.

Един начин да мислиш за това е, че

можеш да добавяш нуклеотиди само от 3'-края.

Или че можеш да удължиш ДНК веригата само като вървиш от 5' към 3'.

Ако добавяш само от края 3',

тогава ще вървиш в посока от 5' към 3'.

Не можеш да тръгнеш от 3' към 5'.

С полимеразата не можеш да добавяш от страна на 5'.

Какво имам предвид под с полимераза?

Нека разгледаме тази диаграма,

която дава добър общ поглед

над всички участници.

Това е нашата ДНК нишка.

Това е естествената ѝ

нереплицирана форма.

И, виждаш, тук са маркирани 3' и 5' краищата.

Можеш да проследиш един от тези стълбове.

Това 3', ако го проследиш до ето тук,

от другата страна е съответстващият 5 прим край.

Това и това са една и съща нишка.

И този, ако го проследиш,

ако стигнеш до края, е една и съща нишка.

Това е 3'-краят.

3'-краят, а другото е 5'-краят.

Първото нещо...

Говорили сме за това в предни видеа,

където правим преглед на копирането на ДНК.

Основната идея е, че двете страни на нашата спирала,

на двойната спирала, трябва да се разделят.

И тогава можем да построим

другата страна на стълбата,

от всеки един от тези разделени краища.

Можеш да си го представиш като цип.

Разкопчаваш го и после слагаш нови зъбци от другия край.

Но в действителност това

е доста по-сложно от това да кажем:

"Хайде да отворим ципа и да сложим нови зъбци."

Участват един куп ензими и всякакви други неща.

И дори на тази диаграма

не показваме всички участници,

но представяме основните.

Поне онези, които се дискутират, когато

хората говорят за репликация на ДНК.

Първото нещо, което трябва да се случи

ето тук – всичко тук е намотано стегнато.

Нека запиша това.

Стегнато намотано.

И се оказва, че

колкото повече го размотаваме от едната страна,

толкова по-стегнато се завива от другата.

Така че, за да разкопчаем ципа,

имаме нужда от ензим,

който да ни помогне да развинтим здраво намотаната спирала.

И този ензим е топоизомераза.

Начинът, по който работи,

е следният: временно разрушава части от веригите,

така че да може да се развият, и след това отново да се съберат.

Но основната идея е, че я размотава.

След това ензимът хеликаза...

Хеликазата реално не изглежда

като това малко триъгълниче, което прорязва неща.

В действителност те са много по-изумителни.

Ако можеш реално да видиш

молекулната структура на хеликазата.

Но това, което върши тя,

е да разруши тези водородни връзки между

нашите нитрогенни основи.

В този случай имаме аденин тук и тимин.

И тя ще разруши тази водородна връзка между тези двете.

Първо го размотаваш,

после хеликазата...

Топоизомеразата я размотава,

а след това хеликазата я разделя.

След това разглеждаме

тези две влакна по различен начин,

защото можеш

да добавяш нуклеотиди

само вървейки от 5' към 3'.

Тази нишка отдолу ето тук,

която ще наречем водеща верига...

Помниш, че това е

5'-краят ето тук.

така че тя може да

добавя, като се движи в тази посока.

В тази посока ето тук.

Това е от 5' към 3'.

И тук ти трябва нещо, което да стартира процеса.

Трябва ти РНК праймер.

Участникът, който слага РНК праймер

е ДНК-примазата.

Ще говорим повече за тези участници

тук горе при изоставащата верига.

Но те добавят РНК.

Нека го оцветя, за да видиш.

РНК праймерът ще бъде добавен тук.

И като има праймер,

ДНК-полимеразата може да започне да добавя

нуклеотиди от 3'-края.

На водещата верига ѝ е толкова лесно,

заради тази ДНК-полимераза ето тук.

Тази полимераза. Още веднъж –

те не са тези перфектни квадрати като на тази диаграма.

Те са много по-изумителни от това.

Виждаш полимеразата тук горе,

виждаш я и ето тук.

Тази полимераза може просто...

...Можеш да си я представиш като отворен цип.

След това само добавяш

нуклеотиди от 3'-края.

Това изглежда доста праволинейно.

Може би ще с кажеш: "Нямаше ли да е

лесно да можем да добавяме нуклеотиди откъм 5'-края?"

Понеже тогава можем да кажем,

това върви от 3' към 5' –

тогава може би полимеразата или друга полимераза

ще може просто да добавя нуклеотиди по този начин

и всичко ще е лесно.

Оказва се, че случаят не е такъв.

Не можеш да добавяш нуклеотиди от 5'-края.

Нека го изясня. Това е 3' ето тук.

Говоря за тази нишка.

Тази верига ето тук.

Нека го оцветя в различен цвят.

Ето тази верига тук.

Това е 3'-краят, а това – 5'-краят.

Така че не можеш

просто да добавиш нуклеотиди тук.

Тогава как биологията се справя с този проблем?

Това става с добавянето на праймери.

Докато това разкопчаване се случва, се добавят праймери.

Тази диаграма показва праймера като един нуклеотид.

Но типичният праймер е съставен от няколко нуклеотида.

Към 10 нуклеотида.

Значи ще добави околко 10 РНК нуклеорида ето тук.

и това става от ДНК-примазата.

ДНК-примазата върви по изоставащата

верига - тази страна. Горната нишка.

И добавя

РНК праймер.

Който не е само един нуклеотид.

Обикновено са повече.

И като имаш РНК праймер,

полимеразата може да добавя от 5' към 3'.

Може да добавя от 3'-края.

Тогава може да почне да добавя

ДНК по този начин

Можеш да си представиш този процес:

добавяш примазата, някакво количество праймер ето тук,

и започваш да строиш в посоката от 5' към 3'.

Започваш да строиш така

и после пропускаш малко и започваш отново.

Накрая имаш тези фрагменти ДНК.

Те се наричат Фрагменти на Оказаки.

Фрагменти на Оказаки.

Това, което се случва тук на изоставащата верига,

можеш да си го представиш...

Всъщност защо се нарича изоставаща верига?

Ами налага се да добавяш

по не най-оптималния начин

като създаваш тези фрагменти на Оказаки,

докато следваш разтварянето на веригата.

Затова тази страна изостава, забавя се процесът.

Но тогава всички тези нишки могат да се съединят

чрез ДНК-лигазата.

ДНК-лигазата. Не само ще ги съедини,

но ще имаш РНК заменено

с ДНК. И когато целият процес

приключи ще имаш копирана веригата на ДНК.

Създадена ето тук.

Когато всичко приключи, ще имаш две двойни нишки –

една тук горе при изоставащата верига

и една долу при водещата верига.