A DNS megkettőződés folyamata

Ez a bejegyzés a biológia érettségi vizsgakövetelmények 6.1.1.: Molekuláris genetika – Alapfogalmak pontjához nyújt segítséget.

A DNS replikációja, vagy reduplikációja a DNS megkettőződésének folyamatát, vagyis új DNS régiről történő másolását, szintézisét jelenti. A replikáció sajátossága, hogy egy szemikonzervatív folyamat (“szemi”=fél, valaminek a fele; “konzervatív”=régi/maradi), magyarul olyan folyamat, amelynek eredménye nem egy új és egy régi DNS spirál, hanem két, félig régi, félig új spirál (az egyik száluk régi, a másik új).

Miért van szükség a DNS megkettőződésére?

Ahhoz, hogy a sejt osztódhasson, elengedhetetlen, hogy megkétszerezze örökítőanyagát. E folyamat tehát még a sejtciklus M fázisa előtt, az S (=szintézis) fázisban történik.

A replikáció több tulajdonságban is eltér a pro- és eukariótákban: talán a legfontosabb eltérés, hogy míg prokariótákban csak egy helyen kezdődik el a DNS felnyílása, ahonnan a szintézis kezdetét veszi (ezt nevezzük origónak), addig eukariótákban egyszerre több száz origóból indul meg a folyamat.

Az origók mindig a DNS spirál belsejében, köztes pontokon, nem pedig a végeken találhatók. Úgy jönnek létre, hogy bizonyos enzimek, a helikázok felbontják a nitrogénbázisok közti hidrogénkötéseket.

A DNS polimeráz nem képes a semmiből elkezdeni a szintézist, segítségre van szüksége. Ezt a primáz enzim teszi meg: létrehoz a polimeráz számára egy rövid (kb. 10-15 nukleotidnyi) hosszúságú „kezdő szálat”, amivel a polimeráz már boldogulni tud.

Ez a kezdő szál – angolból átvett kifejezéssel primer RNS-ből áll. A polimeráz elkezdi hosszabbítani a primert a templát (vagyis a minta szál) alapján úgy, hogy létrehozza a templát komplementerét.

Emelt kémia érettségi online tanfolyam

Nézd meg és próbáld ki INGYENESEN a weboldal emelt kémia érettségi online felkészítő tanfolyamát!

Megnézem

Milyen irányban történik a DNS szintézis?

Az új DNS szálak szintézise mindig 5′ –> 3′ irányban történik.

Miért, és mit jelent ez? A nukleinsav szálat nukleotid monomerek alkotják, ezek egy cukorból (pentóz: ribóz vagy dezoxiribóz), a cukor 1. szénatomjához kapcsolódó nitrogénbázisból és a cukor 5. szénatomjához kapcsolódó foszfátcsoportból állnak.

A cukor szénatomjait egy számmal, és egy azt követő felső vesszővel jelöljük. (Felső vessző nélküli számokkal a nitrogénbázis gyűrűjét alkotó atomokat számozzuk).

A nukleotidok a foszfátcsoportjukon keresztül kapcsolódnak egymáshoz, vagyis adott nukleotid úgy vesz részt a nukleinsav-lánc felépítésében, hogy 5′ C-atomjához (a foszfátcsoporton keresztül) kapcsolódik az egyik, 3′ C-atomján át a másik szomszédos nukleotidhoz.

Ez alapján adódik, hogy egy nukleinsav szál egyik vége 3′ vég, a másik 5′ vég. Tudjuk, hogy

a DNS hélix (spirál) két szála egymással antiparallel, vagyis ellentétes lefutású.

Ez azt jelenti, hogy amelyik végen az egyik szál 3′-vel végződik, ott a másik szál 5′ vége található. Mivel a szintézis 5′ – 3′ irányban történik, a leolvasás 3′ – 5′ irányban. Az egyik szál – a vezető szál folytonosan készül, míg a másik szál – a követő szál lefutási iránya miatt csak kis szakaszonként, úgynevezett Okazaki fragmentumok sorozataként készülhet.

A replikáció befejezése

Miután a DNS szál megszintetizálódott, még nem egységes, mivel az RNS primereket el kell távolítani és helyükre DNS-t szintetizálni, ill. a szál eukariótákban egyszerre több origóból szintetizálódik.

Miután az exonukleáz enzim lebontotta a primereket, a helyén a polimeráz befejezi a szál szintézisét, de a különböző origókból kiinduló szál-szakaszok egymáshoz nem kapcsolódnak maguktól, mert köztük hiányzik egy foszfodiészter kötés. Ezt a kötést a ligáz enzim pótolja, vagyis ez köti össze a kisebb szakaszokat egy egész, új DNS-szállá.

A leírást készítette: Nagy Etele

DNS megkettőződés 3D-ben

A DNS megkettőződésének teljes folyamatát a yourgenome látványos 3D animációja kitűnően szemlélteti:

DNS replikáció – 3D