If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ha webszűrőt használsz, győződj meg róla, hogy a *.kastatic.org és a *.kasandbox.org nincsenek blokkolva.

Fő tartalom
Pontos idő:0:00Teljes hossz:15:24

DNS replikáció, RNS transzkripció és transzláció

Videóátirat

Már beszéltünk arról, hogy a DNS szerkezete, a csavarodott létrát idéző kettős hélix hogyan teszi alkalmassá a DNS-t arra, hogy az öröklődés molekuláris alapjává váljon. Ebbe a videóban azt szeretnénk elérni, hogy jobban megértsük, milyen okok és milyen mechanizmus állnak e mögött. A fogalmakra összpontosítunk, és nem merülünk el mélyen a biokémiai részletekbe. Csupán fogalmi szinten igyekszünk megérteni az eseményeket. Ez itt a DNS egy darabkája. Nyolc bázispárt ábrázoltunk. Csak hogy tisztázzuk: ahogyan a DNS-t bemutató videóban is elmondtuk, a DNS sokkal több, mint pusztán néhány bázispár. Egy DNS molekula több tízmillió bázispárnyi hosszúságú is lehet. Tehát tekintsük úgy, hogy ez a részlet egy sokkal hosszabb molekulából származik. Egy sokkal hosszabb DNS-szálból, amelyet valószínűleg nem méretarányosan rajzolok ide. Vegyük úgy, hogy ezt a nagyon, nagyon kis részt, amit más színnel jelölök, ezt a pici szakaszt ábrázoltuk felnagyítva. Ez lehet akár olyan molekula részlete is, amely nem hét vagy nyolc, hanem hetvenmillió bázispárból áll. Így. Gondoljuk át, hogy az öröklődés alapját jelentő molekulának milyen követelményeknek kell megfelelnie. Legelőször is legyen másolható, vagy mi legyünk képesek másolni. A sejtosztódás során a két utódsejtbe megegyező örökítő anyagnak kell kerülnie. Hogyan másolódik a DNS? Ennek a folyamatnak a neve replikáció. Ezt is tárgyaltuk a bevezető videóban, de jó, ha a különböző folyamatokat egymás mellett is látjuk. Ezt úgy képzelhetjük el, mintha kettévágnánk ezt a létrát. Csináljuk is meg, „másolás és illesztés” módszerrel. Fogjuk ezt az oldalt, kimásolom, és beillesztem. Így. Az alja kicsit kilóg a képból, de a célnak megfelel. Kimásolom és beillesztem a másik oldalt is. Kiválasztom, másolom és beillesztem. Így. Látható, hogy ha ezeket szétválasztjuk mint egy létra két szárát, bármelyik felét kiegészítve újraépíthetjük a másik felét. Ezzel két új szál keletkezik, amelyeket felhasználva két azonos DNS hozható létre. Lássuk, hogyan megy ez valójában. Bekapcsolom a rajzoló eszközt, megszüntetem a kijelölést, és bekapcsolom az eszközt. Új eszközzel dolgozom, látnom kell, hogy jól megy-e. Tehát erről az oldalról kezdve, a bal oldalból kiindulva, vagy legalábbis abból, ami a bal oldalon látható, újabb másolat készíthető a jobb oldali részről a következő szabályok alapján: A DNS-ben az 'A' párja mindig T. Az adenin párja a timin. A timin párja az adenin. Hadd írjam egy kicsit szebben. A timin párja az adenin, a guanin párja a citozin, a citozin párja a guanin. Ez egy kicsit lecsúszott. Így újra fel tudtam építeni a jobb oldali részt a bal oldal alapján. Az új cukor-foszfát vázat is felrajzolom sárgával. Ugyanezt elvégezhetjük a jobb oldali eredeti szállal. A jobb oldali szál alapján a T párja az 'A', ezt az adenin színével jelölöm. Ez itt adenin és timin, adenin és timin, adenin és timin. A timin párja az adenin, tehát timin és adenin, timin és adenin. A guanin párja a citozin, tehát guanin, guanin, majd a citozin a guanin mellé, tehát citozin. Tehát a létra mindkét fele alapján felépíthető a hiányzó másik fél. Ezzel lényegében lemásoltuk az adott DNS-t. Voltaképpen a fogalmi szinten így zajlik a megkettőződés, mielőtt a sejt osztódik, azaz teljes egészében megduplázódik. Ez tehát a replikáció. Valószínűleg a következő gondolatunk ez lesz: Rendben, jó, hogy képesek vagyunk a megkettőzésre, de mindez haszontalan, ha ezt az információt nem tudjuk felhasználni arra, hogy valamiképpen meghatározzuk, mi történik az élőlényben. Lássuk hát, hogy a DNS-ben lévő gének hogyan fejeződnek ki, azaz expresszálódnak. Ideírom a szót: kifejeződés (expresszió). Itt teszünk egy kis kitérőt, mivel a „DNS”, a „kromoszóma ” és a „gén” szavakat néha azonos értelemben használják. Bár van közük egymáshoz, jó, ha tisztában vagyunk a jelentésükkel. Amikor tehát a DNS-ről beszélünk, akkor pontosan erről a molekuláról van szó, amely cukor-foszfát láncból és sorbarendezett bázispárokból áll, amelyek kettős hélix szerkezetbe rendeződnek. És mindezek együtt alkotják a DNS molekulát. Amikor a DNS molekula más molekulákkal és fehérjékkel összekapcsolódva egy magasabb szintű szerkezetbe rendeződik, akkor kromoszómáról beszélünk, Amikor pedig egy génről van szó, az a DNS egy adott szakaszát jelenti, amely egy tulajdonság kifejeződéséért felel. Más szóval egy adott fehérjét kódol. Tehát ez itt például lehetne egy DNS-szál, de ez a része, amit narancssárga színnel jelölök, ez a narancssárga rész lehetne egy gén. Itt van a génben hordozott információ. Ez meghatározhatna egy fehérjét. Ez a másik szakasz meghatározhatna egy másik fehérjét. Egy-egy gén hossza pár ezer bázistól több millió bázisig terjedhet. Amint látni fogjuk, egy gén kifejeződése, azaz, hogy miként jut el az információ egy DNS-szakaszból egy fehérje szintéziséig, azaz hogyan fejeződik ki, nos mindez egy, a DNS-hez hasonló molekula által megy végbe, ez pedig az RNS. Hadd írjam le. RNS. Az RNS a ribonukleinsav rövidítése. Ezt is ideírom. Ribonukleinsav. Talán emlékszel rá, hogy a DNS dezoxiribonukleinsavat jelent, vagyis az RNS cukorváza nagyon hasonlít hozzá, csak most van benne „oxi” (oxigén). A neve nem dezoxiribonukleinsav, hanem ribonukleinsav. Tisztázzuk az RNS név eredetét! Az R betű után a „nuklein” szó szerepel, innen az N betű, az S pedig savat jelent (angolul A, mint acid). Ezek a „DNS” szóban is benne vannak. Itt van tehát az RNS. Mi a szerepe a DNS-információ kifejeződésében? Nos, a DNS különösen a sejtmagvas sejtekben a sejtmagba bezárva ül, de az információnak valahogyan ki kell jutni a sejtmagból ahhoz, hogy kifejeződjön. Az RNS egyik szerepe az, hogy kijuttassa ezt az üzenetet. Ő a hírvivő, a kapocs a DNS-szakasz és a sejtmagon kívül zajló események között. Az üzenet lefordításakor egy adott fehérje keletkezik. Azt a lépést, amikor az információ a DNS-ről mRNS-re, azaz hírvivő RNS-re kerül, transzkripciónak (átírásnak) nevezzük. Ezt a szót leírom. Transzkripció (átírás). Mi történik az átírás során? Tekintsünk most ismét a DNS molekula egyik oldalára! Vegyük ezt a szálat. Másolom és beillesztem ide. Megvan, de mégsem, nem így akartam csinálni, a másik fele kellett volna. Rossz oldalt választottam, kezdjük újra. Tehát másolom és beillesztem, kész is van. Tehát kiválasztottuk a DNS egyik felét, éppen úgy, mint amikor megkettőztük. De most nem a megkettőzés a cél, hanem hogy létrehozzunk egy mRNS molekulát, amely megfelel ennek a DNS-szakasznak, illetve ennek a génnek. hiszen ez egy gén része is lehetne. (Remélem, jó eszközt használok.) Ez a szakasz egy gén részlete is lehetne a DNS molekulában. Lényegében az átírás nagyon hasonlóan történik: létre akarunk hozni egy RNS-szálat egy hírvivő, azaz mRNS-t, amely kijuttatja az információt a sejtmagból. Tehát nagyon hasonló, azzal a különbséggel, hogy az RNS esetében az adenin a timin helyett most az uracillal alkot párt. Ezt leírom: az adenin most nem a timinnel alkot párt, hanem az uracillal. Az RNS-ben uracil van timin helyett. A citozin továbbra is a guaninnal alkot párt. Tehát az RNS-ben, esetünkben a mRNS-ben, amely elhagyja a sejtmagot, Az 'A' párja az U. U, mint uracil. Uracil, ez a bázis neve, amelyről beszélünk. Hadd írjam ezt is ide. Uracil. A timin mellé most is adenin fog beépülni. A guanin mellé citozin épül be, A citozin pedig a guaninnal alkot párt. Amikor mindez elkészült, a két szál különválik, és megjelenik az egyszálas RNS molekula, jelen esetben a hírvivő RNS, amelybe minden információ átíródott az adott DNS szakaszról. Így ez a molekula elhagyhatja a sejtmagot, és egy riboszómához kapcsolódik. A későbbi videókban még beszélünk arról, hogy ez pontosan hogyan történik. E kód alapján lehetővé válik a fehérjék kódolása. Hogyan történik mindez? Ez a folyamat a transzláció (fordítás), aminek az a lényege, hogy a bázisok sorrendje alapján kialakul az aminosavak sorrendje. A fehérjék sorba rendezett aminosavakból állnak. Ez tehát a transzláció (fordítás). Lássuk tehát az mRNS-t, annak is egy rövid szakaszát. Iderajzolom. Lássuk: az eleje U, A, C, Tehát ideírom: U, A, C, azután U, U, azután A, C, G, rendben? Itt van egy 'A' (vigyázok, hogy jó színnel rajzoljam), Itt egy 'A', azután U, U, A, C, G, ideírok egy C-t Ugyanezt írom le, csak vízszintesen. Itt C van... nem G, hanem C. Végül egy G. És persze ugyanígy folytatódik tovább. Most pedig minden betűhármas... ...nagyon oda kell figyelni a kezdőpontjára, ez a folyamat egyfelől meglepően aprólékos, másfelől azonban megdöbbentően hatékony... ...tehát minden bázishármas egy bizonyos aminosavat kódol. Három bázis együtt, ezek a bázisok itt, akár egy hárombetűs szó, ez a hárombetűs sor alkot egy úgynevezett kodont. Ez itt a következő kodon. A következő kodont még nem fejeztük be, mivel egy kodon felírásához három betű szükséges. Vajon hány kodon lehetséges összesen? Nos, négyféle bázis közül válogathatunk, amelyekből hárombetűs csoportokat alkotunk, így a csoportok száma 4x4x4, ennyi a lehetséges kodonok vagy másképpen szavak száma. 4x4x4 = 64. Azaz 64 kodon lehetséges. Ez így jó, mert a lehetséges aminosavak száma 20. Ezt a kodonok száma jóval meghaladja, így más célokra is jut belőlük. Az is lehetségessé válik, hogy egyazon aminosavat több kodon is kódolhasson. Tehát 64 lehetséges kodon kódol 20 aminosavat. Ez a kodon tehát, itt a riboszómán (később megbeszéljük, hogyan) kódolja az első aminosavat. Ideírom, ez az 1. aminosav. Ezt az aminosavat egy másik fajta RNS szállítja ide, amely ide kapcsolódik... Ez volt az mRNS (hírvivő RNS), ez az mRNS, de van másféle RNS is, a szállító RNS (tRNS). amely összekapcsolja a másik két molekulát. Tehát ez a tRNS. – rajzolok neki valami szerkezetet – nem pontosan így fest, de ide illeszkedik. Van benne egy A, U, G betűsorozat, a másik végével pedig ehhez az aminosavhoz kapcsolódik, így összekapcsolja őket. A következő tRNS amelyhez a 2. aminosav kapcsolódik, (ezt lilával jelölöm) ennek a betűhármasa éppen megfelelő arra, hogy kiegészítse ezeket a betűket, így épp a megfelelő helyre kapcsolódik. Ennek a betűhármasa A, A, U, Így ez a tRNS folytatja az aminosavsorrendet. Ahogyan ezek az aminosavak sorbaállnak, elkészül egy fehérje. A fehérje tehát egy rakás aminosav, a megfelelő sorrendben összekapcsolva. Lényegében ezek a fehérjék azok a molekulák, amelyek a legtöbb életműködést irányítják. Nyilvánvaló, hogy az állati táplálékaink zsírokat, cukrokat és fehérjéket tartalmaz, de a fehérjék végzik a legtöbb működést, akár enzimek, akár szerkezeti fehérjék. Az izmok is fehérjékből állnak. Ilyen szerkezetekből – csak egy rövid szakaszt rajzolok –, amelyek ezernél is több aminosavból állhatnak, hihetetlenül összetett formák és funkciók alakulhatnak ki. Ezek felelősek az élet fenntartásáért. És nagyjából így tárolódik az élet információja.
A biológia tananyag támogatója: Amgen Foundation