डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड - डीएनए - अगली पीढ़ियों को जीवित जीवों द्वारा प्रेषित वंशानुगत जानकारी के वाहक के रूप में कार्य करता है, और प्रोटीन के निर्माण और विकास और जीवन की प्रक्रियाओं में शरीर द्वारा आवश्यक विभिन्न नियामक कारकों के लिए एक मैट्रिक्स के रूप में कार्य करता है। इस लेख में, हम इस बात पर ध्यान देंगे कि डीएनए संरचना के सबसे सामान्य रूप क्या हैं। हम इस बात पर भी ध्यान देंगे कि ये रूप कैसे बनते हैं और जीवित कोशिका के अंदर डीएनए किस रूप में रहता है।
डीएनए अणु के संगठन के स्तर
इस विशाल अणु की संरचना और आकारिकी को निर्धारित करने वाले चार स्तर हैं:
- प्राथमिक स्तर, या संरचना, श्रृंखला में न्यूक्लियोटाइड्स का क्रम है।
- द्वितीयक संरचना प्रसिद्ध "डबल हेलिक्स" है। यह वाक्यांश है जो बस गया है, हालांकि वास्तव में ऐसी संरचना एक पेंच जैसा दिखता है।
- तृतीयक संरचना इस तथ्य के कारण बनती है कि कमजोर हाइड्रोजन बांड डीएनए के डबल-स्ट्रैंडेड ट्विस्टेड स्ट्रैंड के अलग-अलग वर्गों के बीच उत्पन्न होते हैं,अणु को एक जटिल स्थानिक संरचना देना।
- चतुष्कोणीय संरचना पहले से ही कुछ प्रोटीन और आरएनए के साथ डीएनए का एक जटिल परिसर है। इस विन्यास में, डीएनए को कोशिका के केंद्रक में गुणसूत्रों में पैक किया जाता है।
प्राथमिक संरचना: डीएनए के घटक
जिन ब्लॉकों से डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड का मैक्रोमोलेक्यूल बनाया गया है, वे न्यूक्लियोटाइड हैं, जो यौगिक हैं, जिनमें से प्रत्येक में शामिल हैं:
- नाइट्रोजनस बेस - एडेनिन, गुआनिन, थाइमिन या साइटोसिन। एडेनिन और ग्वानिन प्यूरीन बेस के समूह से संबंधित हैं, साइटोसिन और थाइमिन पाइरीमिडीन से संबंधित हैं;
- पांच कार्बन मोनोसैकेराइड डीऑक्सीराइबोज;
- ऑर्थोफॉस्फोरिक एसिड अवशेष।
पॉलीन्यूक्लियोटाइड श्रृंखला के निर्माण में, एक गोलाकार चीनी अणु में कार्बन परमाणुओं द्वारा गठित समूहों के क्रम द्वारा एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई जाती है। न्यूक्लियोटाइड में फॉस्फेट अवशेष डीऑक्सीराइबोज के 5'-समूह ("पांच प्राइम" पढ़ें) से जुड़ा है, यानी पांचवें कार्बन परमाणु से। श्रृंखला विस्तार अगले न्यूक्लियोटाइड के फॉस्फेट अवशेषों को मुक्त 3'-डीऑक्सीराइबोज के समूह से जोड़कर होता है।
इस प्रकार, डीएनए की प्राथमिक संरचना पॉलीन्यूक्लियोटाइड श्रृंखला के रूप में 3'- और 5'-सिरों वाली होती है। डीएनए अणु की इस संपत्ति को ध्रुवता कहा जाता है: एक श्रृंखला का संश्लेषण केवल एक दिशा में जा सकता है।
माध्यमिक संरचना निर्माण
डीएनए के संरचनात्मक संगठन का अगला चरण नाइट्रोजनी क्षारों की पूरकता के सिद्धांत पर आधारित है - एक दूसरे के साथ जोड़े में जुड़ने की उनकी क्षमताहाइड्रोजन बांड के माध्यम से। पूरकता - पारस्परिक पत्राचार - इसलिए होता है क्योंकि एडेनिन और थाइमिन एक दोहरा बंधन बनाते हैं, और ग्वानिन और साइटोसिन एक ट्रिपल बॉन्ड बनाते हैं। इसलिए, एक दोहरी श्रृंखला बनाते समय, ये आधार एक दूसरे के विपरीत खड़े होते हैं, जिससे संबंधित जोड़े बनते हैं।
पॉलीन्यूक्लियोटाइड अनुक्रम द्वितीयक संरचना में एंटीपैरलल स्थित होते हैं। इसलिए, यदि कोई एक जंजीर 3' - AGGZATAA - 5' जैसी दिखती है, तो विपरीत इस तरह दिखाई देगी: 3' - TTATGTST - 5'।
जब एक डीएनए अणु बनता है, तो डबल पोलीन्यूक्लियोटाइड श्रृंखला मुड़ जाती है, और लवण की सांद्रता, जल संतृप्ति, और मैक्रोमोलेक्यूल की संरचना स्वयं निर्धारित करती है कि किसी दिए गए संरचनात्मक कदम पर डीएनए किस रूप में ले सकता है। ऐसे कई रूप ज्ञात हैं, जिन्हें लैटिन अक्षरों ए, बी, सी, डी, ई, जेड द्वारा दर्शाया गया है।
कॉन्फ़िगरेशन सी, डी और ई वन्यजीवों में नहीं पाए जाते हैं और केवल प्रयोगशाला स्थितियों में देखे गए हैं। हम डीएनए के मुख्य रूपों को देखेंगे: तथाकथित विहित ए और बी, साथ ही साथ जेड विन्यास।
ए-डीएनए एक सूखा अणु है
ए-आकृति एक दाहिने हाथ का पेंच है जिसमें प्रत्येक मोड़ में 11 पूरक आधार जोड़े होते हैं। इसका व्यास 2.3 एनएम है, और सर्पिल के एक मोड़ की लंबाई 2.5 एनएम है। युग्मित आधारों से बनने वाले तलों में अणु के अक्ष के सापेक्ष 20° का ढाल होता है। पड़ोसी न्यूक्लियोटाइड जंजीरों में सघन रूप से व्यवस्थित होते हैं - उनके बीच केवल 0.23 एनएम होता है।
डीएनए का यह रूप कम जलयोजन और सोडियम और पोटेशियम की बढ़ी हुई आयनिक सांद्रता के साथ होता है। यह विशिष्ट हैऐसी प्रक्रियाएं जिनमें डीएनए आरएनए के साथ एक कॉम्प्लेक्स बनाता है, क्योंकि बाद वाला अन्य रूप लेने में सक्षम नहीं होता है। इसके अलावा, ए-फॉर्म पराबैंगनी विकिरण के लिए अत्यधिक प्रतिरोधी है। इस विन्यास में कवक बीजाणुओं में डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक अम्ल पाया जाता है।
गीला बी-डीएनए
कम नमक सामग्री और उच्च स्तर के जलयोजन के साथ, यानी सामान्य शारीरिक स्थितियों के तहत, डीएनए अपना मुख्य रूप बी ग्रहण करता है। प्राकृतिक अणु, एक नियम के रूप में, बी-रूप में मौजूद होते हैं। यह वह है जो शास्त्रीय वाटसन-क्रिक मॉडल को रेखांकित करती है और इसे अक्सर दृष्टांतों में दर्शाया जाता है।
यह रूप (यह दाएं हाथ का भी है) न्यूक्लियोटाइड्स (0.33 एनएम) के कम कॉम्पैक्ट प्लेसमेंट और एक बड़े स्क्रू पिच (3.3 एनएम) की विशेषता है। एक मोड़ में 10.5 आधार जोड़े होते हैं, उनमें से प्रत्येक का रोटेशन पिछले एक के सापेक्ष लगभग 36 ° होता है। जोड़े के विमान "डबल हेलिक्स" की धुरी के लगभग लंबवत हैं। ऐसी डबल चेन का व्यास ए-फॉर्म के व्यास से छोटा होता है - यह केवल 2 एनएम तक पहुंचता है।
गैर-विहित जेड-डीएनए
विहित डीएनए के विपरीत, Z-प्रकार का अणु एक बाएं हाथ का पेंच है। यह सबसे पतला है, जिसका व्यास केवल 1.8 एनएम है। इसकी कुंडलियां, 4.5 एनएम लंबी, लम्बी लगती हैं; डीएनए के इस रूप में प्रति मोड़ 12 युग्मित आधार होते हैं। आसन्न न्यूक्लियोटाइड के बीच की दूरी भी काफी बड़ी है - 0.38 एनएम। तो Z-आकार में सबसे कम मोड़ है।
यह उन क्षेत्रों में बी-प्रकार के विन्यास से बनता है जहां प्यूरीनऔर पाइरीमिडीन क्षार, विलयन में आयनों की सामग्री में परिवर्तन के साथ। जेड-डीएनए का निर्माण जैविक गतिविधि से जुड़ा है और यह एक बहुत ही अल्पकालिक प्रक्रिया है। यह रूप अस्थिर है, जो इसके कार्यों के अध्ययन में कठिनाइयाँ पैदा करता है। अभी तक, वे बिल्कुल स्पष्ट नहीं हैं।
डीएनए प्रतिकृति और इसकी संरचना
डीएनए की प्राथमिक और द्वितीयक दोनों संरचनाएं प्रतिकृति नामक एक घटना के दौरान उत्पन्न होती हैं - माता-पिता मैक्रोमोलेक्यूल से दो समान "डबल हेलिक्स" का निर्माण। प्रतिकृति के दौरान, मूल अणु खुल जाता है, और पूरक आधार जारी एकल श्रृंखलाओं पर बनते हैं। चूंकि डीएनए आधा समानांतर है, यह प्रक्रिया अलग-अलग दिशाओं में उन पर आगे बढ़ती है: मूल श्रृंखला के संबंध में 3'-छोर से 5'-अंत तक, यानी 5' → 3' दिशा में नई श्रृंखलाएं बढ़ती हैं। प्रतिकृति कांटे की ओर अग्रणी स्ट्रैंड को लगातार संश्लेषित किया जाता है; लैगिंग स्ट्रैंड पर, कांटे से संश्लेषण को अलग-अलग वर्गों (ओकाज़ाकी टुकड़े) में किया जाता है, जिसे बाद में एक विशेष एंजाइम, डीएनए लिगेज द्वारा एक साथ सिल दिया जाता है।
जबकि संश्लेषण जारी रहता है, बेटी अणुओं के पहले से बने सिरे पेचदार घुमा से गुजरते हैं। फिर, प्रतिकृति पूर्ण होने से पहले, नवजात अणु सुपरकोइलिंग नामक प्रक्रिया में एक तृतीयक संरचना बनाने लगते हैं।
सुपर ट्विस्टेड अणु
डीएनए का सुपरकोल्ड रूप तब होता है जब एक डबल-स्ट्रैंडेड अणु एक अतिरिक्त मोड़ बनाता है। यह दक्षिणावर्त (सकारात्मक) हो सकता है याखिलाफ (इस मामले में कोई नकारात्मक सुपरकोलिंग की बात करता है)। अधिकांश जीवों का डीएनए नकारात्मक रूप से सुपरकोल्ड होता है, जो कि "डबल हेलिक्स" के मुख्य घुमावों के खिलाफ होता है।
अतिरिक्त लूपों के निर्माण के परिणामस्वरूप - सुपरकॉइल्स - डीएनए एक जटिल स्थानिक विन्यास प्राप्त करता है। यूकेरियोटिक कोशिकाओं में, यह प्रक्रिया परिसरों के निर्माण के साथ होती है जिसमें डीएनए हिस्टोन प्रोटीन परिसरों के चारों ओर नकारात्मक रूप से कुंडलित होता है और न्यूक्लियोसोम मोतियों के साथ एक धागे का रूप ले लेता है। धागे के मुक्त वर्गों को लिंकर्स कहा जाता है। गैर-हिस्टोन प्रोटीन और अकार्बनिक यौगिक भी डीएनए अणु के सुपरकोल्ड आकार को बनाए रखने में भाग लेते हैं। इस प्रकार क्रोमेटिन बनता है - क्रोमोसोम का पदार्थ।
न्यूक्लियोसोमल मोतियों के साथ क्रोमैटिन स्ट्रैंड क्रोमेटिन संघनन नामक प्रक्रिया में आकृति विज्ञान को और जटिल बनाने में सक्षम हैं।
डीएनए का अंतिम संघनन
नाभिक में, डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड मैक्रोमोलेक्यूल का आकार अत्यंत जटिल हो जाता है, जो कई चरणों में संकुचित होता है।
- सबसे पहले, फिलामेंट को एक विशेष सोलनॉइड-प्रकार की संरचना में कुंडलित किया जाता है - एक क्रोमैटिन फाइब्रिल 30 एनएम मोटा। इस स्तर पर, डीएनए अपनी लंबाई को 6-10 गुना मोड़कर छोटा कर देता है।
- इसके अलावा, विशिष्ट स्कैफोल्ड प्रोटीन की मदद से फाइब्रिल ज़िगज़ैग लूप बनाता है, जो डीएनए के रैखिक आकार को पहले से ही 20-30 गुना कम कर देता है।
- अगले स्तर पर घने पैक वाले लूप डोमेन बनते हैं, जिनमें अक्सर पारंपरिक रूप से "लैंप ब्रश" नामक एक आकृति होती है। वे इंट्रान्यूक्लियर प्रोटीन से जुड़ते हैंआव्यूह। ऐसी संरचनाओं की मोटाई पहले से ही 700 एनएम है, जबकि डीएनए को लगभग 200 गुना छोटा किया जाता है।
- रूपात्मक संगठन का अंतिम स्तर गुणसूत्र होता है। लूप डोमेन को इस हद तक संकुचित किया जाता है कि कुल 10,000 बार छोटा किया जा सके। यदि खिंचे हुए अणु की लंबाई लगभग 5 सेमी है, तो गुणसूत्रों में पैक होने के बाद यह घटकर 5 माइक्रोन हो जाता है।
डीएनए के रूप की जटिलता का उच्चतम स्तर समसूत्री विभाजन की मेटाफेज की स्थिति में पहुंचता है। यह तब होता है जब यह एक विशिष्ट रूप प्राप्त करता है - एक कसना-सेंट्रोमियर से जुड़े दो क्रोमैटिड, जो विभाजन की प्रक्रिया में क्रोमैटिड्स के विचलन को सुनिश्चित करते हैं। इंटरफेज़ डीएनए को डोमेन स्तर तक व्यवस्थित किया जाता है और बिना किसी विशेष क्रम में सेल न्यूक्लियस में वितरित किया जाता है। इस प्रकार, हम देखते हैं कि डीएनए की आकृति विज्ञान अपने अस्तित्व के विभिन्न चरणों से निकटता से संबंधित है और जीवन के लिए इस सबसे महत्वपूर्ण अणु के कामकाज की विशेषताओं को दर्शाता है।
