Leading and Lagging Strand

00:01 Es ist wichtig zu verstehen, was Leitstrangreplikationen und Folgestrangreplikationen sind und warum sie auftreten. Warum macht es sich die Zelle so schwer? Nun, die Antworten auf das „Warum?“ ist in zwei Dingen verwurzelt.

00:13 Erstens wissen wir, dass die Stränge der DNA antiparallel sind.

00:17 Der obere Strang geht von 5’ in 3’ Richtung und der untere Strang geht von 3’ in 5’ Richtung, okay? Der andere Grund, warum dies wichtig ist, ist, dass DNA-Polymerasen nur in 5’ zu 3’ Richtung funktionieren.

00:32 Das ist wichtig, denn das bedeutet, dass wir zum Beispiel nicht mit der Replikation des oberen Strangs beginnen können und denken Sie daran, dass der obere Strang hier das 3’-Ende auf der linken Seite und das 5’-Ende auf der rechten Seite hat.

00:45 Das bedeutet, wenn die Replikation davon auf antiparallele Weise beginnt, wird der neue Strang am 5’-Ende beginnen.

00:52 Hier ist die Replikation des oberen Strangs und hier ist die Replikation des unteren Strangs, wenn sie in der gleichen Richtung stattfinden würde.

01:00 Nun, es kann jedoch nicht in der gleichen Richtung ablaufen; denn, das würde bedeuten, dass die Polymerase in 3’ zu 5’ Richtung arbeiten müsste.

01:07 Und ich habe bereits die Regel erwähnt, dass die Polymerase nur von 5’ in 3’ Richtung funktioniert.

01:13 Somit kann dieses Schema, das wir hier oben sehen, nicht ablaufen.

01:18 Andernfalls würden wir entweder eine DNA, die nicht antiparallel ist, erhalten oder wir würden die Regel der DNA-Polymerase missachten, dass sie nicht von 3’ in 5’ Primzahlen synthetisieren kann. Es gibt ein Problem.

01:28 Anstatt also, dass das passiert, was ich auf diesem Bildschirm gezeigt habe, muss die Replikation des unteren Strangs mitten drin beginnen und sich dann nach links bewegen und wir werden nun sehen, wie das genau abläuft.

01:40 Wir haben also bereits gesehen, dass der obere Strang, der eigentlich den Leitstrang in diesem Replikationssystem darstellt, dieser obere Strang ist weit vorangeschritten und er hat einige Regionen auf dem unteren Strang in grün offen gelegt.

01:54 Während der obere Strang immer weiter abgelöst wird, liegt mehr vom unteren Strang frei und die Primase, die den Primer hergestellt hat, und die DNA-Polymerase haben begonnen, den Vorgang in diese Richtung zu lenken. Und je weiter die Replikationsgabel vordringt, desto mehr wird vom unteren Strangs freigelegt.

02:13 Je größer die Freilegung, desto mehr Fragmente können entstehen.

02:16 Hier sehen wir also den Leitstrang in einem Stück und hier ist der Folgestrang.

02:21 Übrigens, wie in der Abbildung zu sehen, haben die Fragmente des Folgestrangs einen Namen, sie werden Okazaki-Fragmente genannt, benannt nach der Person, die sie entdeckt hat.

02:31 Während diese Replikation weiter voranschreitet, können wir nun sehen, dass der Leitstrang immer noch in einem Stück bleibt.

02:37 Der Folgestrang muss in den einzelnen Stücken, die sich hier nach links bewegen, aufholen.

02:42 Dies führt letztlich zum fertigen unteren Strang, auch wenn zu Beginn mehrere Stücke vorliegen, die erst zu einem größeren Strang zusammengefügt werden und das geschieht aufgrund dessen, was wir zuvor gesehen haben.

02:57 Die Entfernung der RNA-Primer und das Zusammenfügen der Fragmente durch die DNA-Ligase.

03:02 Diese Ligase spielt also eine wirklich wichtige Rolle bei der Herstellung des zusammenhängenden unteren Okazaki-Fragmentstrangs.

03:11 Und was dann passiert, ist, dass wir letztendlich beide Stränge vollständig repliziert haben und Situation vorfinden, die Sie auf dem Bildschirm sehen.

03:19 Ich haben Ihnen bereits vorher in der Kreislauffigur die Entfernung der Primer gezeigt und das habe ich aus einem bestimmten Grund getan, auch wenn ich ein wenig geschummelt habe, als ich die Replikation demonstriert habe.

03:29 Ich tat dies, um Ihnen ein wichtiges Konzept zu zeigen.

03:33 Dieses wichtige Konzept ist, dass wir, wenn wir um ein zirkuläres DNA-Molekül herumgehen immer wieder an den Ausgangspunkt zurück kommen, auch wenn es ein paar Schritte gedauert hat, dorthin zu gelangen.

03:43 Das heißt, es ist einfach, den Primer zu entfernen und und wenn man den Primer entfernt hat, kann man die Lücke leicht auffüllen und man hat zwei vollständige Stränge.

03:50 Eukaryotische Zellen haben diesen Luxus nicht.

03:53 Die DNA in eukaryotischen Chromosomen ist linear, wie Sie auf dem Bildschirm sehen können.

03:59 Wenn man nun ein lineares System repliziert und mit einem RNA-Primer beginnt, kann man ihn entfernen, aber nicht mehr ersetzen; weil man nichts anderes hat, was einem dabei hilft, okay? Die Sequenzen, die Primer am Ende einer linearen eukaryotischen DNA darstellten, gehen bei jeder Replikationsrunde verloren.

04:22 Das bedeutet also, dass lineare eukaryotische Chromosomen jedes Mal kürzer werden, wenn sie sich replizieren.

04:28 Und das bedeutet, dass die DNA in einer Person wie mir, die wahrscheinlich älter ist als eine Person wie Sie, kürzer ist, eben aufgrund dieses Phänomens. Dies hat enorme Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit.

04:42 Eine wichtige Frage zu den linearen Chromosomen in eukaryontischen Zellen ist: "Warum verschwinden sie nicht?" Um diese Frage zu beantworten, müssen wir ein wenig über die Struktur der eukaryotischen Chromosomen lernen.

04:53 In diesem Diagramm sehen wir eukaryotische lineare Chromosome, die verschiedene Stufen der Replikation durchlaufen haben.

04:59 Das obere Chromosom hat die wenigsten und das untere die meisten Replikationen hinter sich.

05:04 Wie Sie sehen können, wird der blaue Teil des Chromosoms mit jeder Replikationsrunde immer kürzer.

05:11 Dieser Teil des Chromosoms ist ein sehr bedeutsamer Teil von ihm.

05:15 Dieser bedeutsame Teil des Chromosoms ist als Telomer bekannt.

05:19 Und das Telomer ist eigentlich genau dazu gemacht, um kurz zu sein, wie wir sehen werden.