डीएनए (डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड) जीवित पदार्थ के सबसे महत्वपूर्ण घटकों में से एक है। इसके माध्यम से, वंशानुगत जानकारी का पीढ़ी से पीढ़ी तक संरक्षण और संचरण निश्चित सीमाओं के भीतर परिवर्तनशीलता की संभावना के साथ किया जाता है। एक जीवित प्रणाली के लिए आवश्यक सभी प्रोटीनों का संश्लेषण डीएनए मैट्रिक्स के बिना असंभव होगा। नीचे हम प्रोटीन जैवसंश्लेषण में संरचना, गठन, बुनियादी कार्यप्रणाली और डीएनए की भूमिका पर विचार करेंगे।
डीएनए अणु की संरचना
डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड एक मैक्रोमोलेक्यूल है जिसमें दो स्ट्रैंड होते हैं। इसकी संरचना में संगठन के कई स्तर हैं।
डीएनए श्रृंखला की प्राथमिक संरचना न्यूक्लियोटाइड का एक क्रम है, प्रत्येक में चार नाइट्रोजनस आधारों में से एक होता है: एडेनिन, गुआनिन, साइटोसिन या थाइमिन। जंजीर तब बनती है जब एक न्यूक्लियोटाइड की डीऑक्सीराइबोज शर्करा दूसरे के फॉस्फेट अवशेष से जुड़ जाती है। यह प्रक्रिया एक प्रोटीन-उत्प्रेरक - डीएनए लिगेज की भागीदारी से की जाती है।
- डीएनए की द्वितीयक संरचना तथाकथित डबल हेलिक्स (अधिक सटीक, एक डबल स्क्रू) है। मैदान सक्षम हैंएक दूसरे के साथ इस प्रकार जुड़ते हैं: एडेनिन और थाइमिन एक डबल हाइड्रोजन बॉन्ड बनाते हैं, और गुआनिन और साइटोसिन एक ट्रिपल बनाते हैं। यह विशेषता आधार पूरकता के सिद्धांत को रेखांकित करती है, जिसके अनुसार श्रृंखला एक दूसरे से जुड़ी होती है। इस मामले में, दोहरी श्रृंखला का एक पेचदार (अधिक बार दाएं) घुमा होता है।
- एक तृतीयक संरचना एक विशाल अणु की एक जटिल संरचना है जो अतिरिक्त हाइड्रोजन बांड के माध्यम से होती है।
- चतुष्कोणीय संरचना विशिष्ट प्रोटीन और आरएनए के संयोजन में बनती है और इसी तरह डीएनए को कोशिका नाभिक में पैक किया जाता है।
डीएनए कार्य
आइए जीवित प्रणालियों में डीएनए की भूमिका पर विचार करें। यह बायोपॉलिमर एक मैट्रिक्स है जिसमें विभिन्न प्रोटीनों की संरचना का रिकॉर्ड होता है, शरीर द्वारा आवश्यक आरएनए, साथ ही साथ विभिन्न प्रकार की नियामक साइटें। सामान्य तौर पर, ये सभी घटक शरीर के आनुवंशिक कार्यक्रम का निर्माण करते हैं।
डीएनए जैवसंश्लेषण के माध्यम से, आनुवंशिक कार्यक्रम अगली पीढ़ियों को पारित किया जाता है, जिससे जीवन के लिए मूलभूत जानकारी की आनुवंशिकता सुनिश्चित होती है। डीएनए उत्परिवर्तित करने में सक्षम है, जिसके कारण एक जैविक प्रजाति के जीवों की परिवर्तनशीलता उत्पन्न होती है और, परिणामस्वरूप, प्राकृतिक चयन की प्रक्रिया और जीवित प्रणालियों का विकास संभव है।
यौन प्रजनन के दौरान किसी जीव-वंशज का डीएनए पैतृक और मातृ वंशानुगत जानकारी को मिलाकर बनता है। संयुक्त होने पर, विभिन्न विविधताएँ होती हैं, जो परिवर्तनशीलता में भी योगदान देती हैं।
आनुवंशिक कार्यक्रम को कैसे पुन: पेश किया जाता है
पूरक संरचना के कारण डीएनए अणु का मैट्रिक्स स्व-प्रजनन संभव है। इस मामले में, इसमें निहित जानकारी की प्रतिलिपि बनाई जाती है। दो बेटी "डबल हेलिक्स" बनाने के लिए एक अणु के दोहराव को डीएनए प्रतिकृति कहा जाता है। यह एक जटिल प्रक्रिया है जिसमें कई घटक शामिल होते हैं। लेकिन एक निश्चित सरलीकरण के साथ, इसे एक आरेख के रूप में दर्शाया जा सकता है।
प्रतिकृति डीएनए के कुछ क्षेत्रों में एंजाइमों के एक विशेष परिसर द्वारा शुरू की जाती है। उसी समय, दोहरी श्रृंखला खुलती है, एक प्रतिकृति कांटा बनाती है, जहां डीएनए जैवसंश्लेषण की प्रक्रिया होती है - प्रत्येक श्रृंखला पर पूरक न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों का निर्माण।
प्रतिकृति परिसर की विशेषताएं
प्रतिकृति भी एंजाइमों के एक जटिल सेट की भागीदारी के साथ आगे बढ़ती है - प्रतिकृति, जिसमें डीएनए पोलीमरेज़ मुख्य भूमिका निभाता है।
डीएनए जैवसंश्लेषण के दौरान श्रृंखला में से एक नेता है और लगातार बनता है। लैगिंग स्ट्रैंड का निर्माण छोटे अनुक्रमों को जोड़कर होता है - ओकाजाकी टुकड़े। डीएनए लिगेज का उपयोग करके इन टुकड़ों को लिगेट किया जाता है। ऐसी प्रक्रिया को अर्ध-निरंतर कहा जाता है। इसके अलावा, इसे अर्ध-रूढ़िवादी के रूप में जाना जाता है, क्योंकि प्रत्येक नवगठित अणुओं में से एक श्रृंखला माता-पिता होती है, और दूसरी बेटी होती है।
डीएनए प्रतिकृति कोशिका विभाजन के प्रमुख चरणों में से एक है। यह प्रक्रिया नई पीढ़ी को वंशानुगत जानकारी के हस्तांतरण के साथ-साथ जीव के विकास को भी रेखांकित करती है।
प्रोटीन क्या हैं
प्रोटीन हैसभी जीवित जीवों की कोशिकाओं में सबसे महत्वपूर्ण कार्यात्मक तत्व। वे उत्प्रेरक, संरचनात्मक, नियामक, सिग्नलिंग, सुरक्षात्मक और कई अन्य कार्य करते हैं।
एक प्रोटीन अणु एक बायोपॉलिमर है जो अमीनो एसिड अवशेषों के अनुक्रम से बनता है। यह, न्यूक्लिक एसिड अणुओं की तरह, संरचनात्मक संगठन के कई स्तरों की उपस्थिति की विशेषता है - प्राथमिक से चतुर्धातुक तक।
विशाल किस्म के प्रोटीन का निर्माण करने के लिए जीवित प्रणालियों द्वारा उपयोग किए जाने वाले 20 विशिष्ट (कैनोनिकल) अमीनो एसिड होते हैं। एक नियम के रूप में, प्रोटीन अपने आप संश्लेषित नहीं होता है। एक जटिल प्रोटीन अणु के निर्माण में अग्रणी भूमिका न्यूक्लिक एसिड - डीएनए और आरएनए की होती है।
जेनेटिक कोड का सार
तो, डीएनए एक सूचना मैट्रिक्स है जो शरीर के बढ़ने और जीने के लिए आवश्यक प्रोटीन के बारे में जानकारी संग्रहीत करता है। प्रोटीन न्यूक्लियोटाइड से अमीनो एसिड, डीएनए (और आरएनए) से निर्मित होते हैं। डीएनए अणु के कुछ न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम कुछ प्रोटीनों के कुछ अमीनो एसिड अनुक्रमों के अनुरूप होते हैं।
एक कोशिका में 20 प्रकार की प्रोटीन संरचनात्मक इकाइयाँ होती हैं - कैनोनिकल अमीनो एसिड - और डीएनए में 4 प्रकार के न्यूक्लियोटाइड। तो प्रत्येक अमीनो एसिड को डीएनए मैट्रिक्स पर तीन न्यूक्लियोटाइड के संयोजन के रूप में लिखा जाता है - एक ट्रिपलेट, जिसके प्रमुख घटक नाइट्रोजनस बेस होते हैं। पत्राचार के इस सिद्धांत को आनुवंशिक कोड कहा जाता है, और आधार ट्रिपल को कोडन कहा जाता है। जीन isकोडन का एक क्रम जिसमें एक प्रोटीन का रिकॉर्ड और क्षारों के कुछ सेवा संयोजन होते हैं - एक स्टार्ट कोडन, एक स्टॉप कोडन, और अन्य।
जेनेटिक कोड के कुछ गुण
आनुवंशिक कोड लगभग सार्वभौमिक है - बहुत कम अपवादों के साथ, यह बैक्टीरिया से लेकर मनुष्यों तक सभी जीवों में समान है। यह गवाही देता है, सबसे पहले, पृथ्वी पर सभी जीवन रूपों के संबंध के लिए, और दूसरी बात, कोड की पुरातनता के लिए। संभवतः, आदिम जीवन के अस्तित्व के शुरुआती चरणों में, कोड के विभिन्न संस्करण बहुत जल्दी बन गए, लेकिन केवल एक को ही विकासवादी लाभ प्राप्त हुआ।
इसके अलावा, यह विशिष्ट (स्पष्ट) है: विभिन्न अमीनो एसिड एक ही ट्रिपल द्वारा एन्कोड नहीं किए जाते हैं। इसके अलावा, आनुवंशिक कोड को अध: पतन, या अतिरेक की विशेषता है - कई कोडन एक ही अमीनो एसिड के अनुरूप हो सकते हैं।
जेनेटिक रिकॉर्ड लगातार पढ़ा जाता है; विराम चिह्नों का कार्य भी आधारों के त्रिक द्वारा किया जाता है। एक नियम के रूप में, आनुवंशिक "पाठ" में कोई अतिव्यापी रिकॉर्ड नहीं हैं, लेकिन यहां भी अपवाद हैं।
डीएनए की कार्यात्मक इकाइयां
किसी जीव के सभी आनुवंशिक पदार्थों की समग्रता को जीनोम कहते हैं। इस प्रकार, डीएनए जीनोम का वाहक है। जीनोम की संरचना में न केवल कुछ प्रोटीनों को कूटने वाले संरचनात्मक जीन शामिल हैं। डीएनए के एक महत्वपूर्ण हिस्से में विभिन्न कार्यात्मक उद्देश्यों वाले क्षेत्र होते हैं।
तो, डीएनए में शामिल हैं:
- नियामकविशिष्ट आरएनए को कूटबद्ध करने वाले अनुक्रम, जैसे आनुवंशिक स्विच और संरचनात्मक जीन अभिव्यक्ति के नियामक;
- तत्व जो प्रतिलेखन की प्रक्रिया को नियंत्रित करते हैं - प्रोटीन जैवसंश्लेषण का प्रारंभिक चरण;
- छद्म जीन एक प्रकार के "जीवाश्म जीन" होते हैं जो उत्परिवर्तन के कारण एक प्रोटीन को एन्कोड करने या स्थानांतरित होने की अपनी क्षमता खो चुके होते हैं;
- मोबाइल आनुवंशिक तत्व - ऐसे क्षेत्र जो जीनोम के भीतर गति कर सकते हैं, जैसे ट्रांसपोज़न ("जंपिंग जीन");
- टेलोमेरेस गुणसूत्रों के सिरों पर विशेष क्षेत्र होते हैं, जिसकी बदौलत गुणसूत्रों में डीएनए प्रत्येक प्रतिकृति घटना के साथ छोटा होने से सुरक्षित रहता है।
प्रोटीन जैवसंश्लेषण में डीएनए की भागीदारी
डीएनए एक स्थिर संरचना बनाने में सक्षम है, जिसका प्रमुख तत्व नाइट्रोजनी क्षारों का पूरक यौगिक है। डीएनए का डबल स्ट्रैंड सबसे पहले, अणु का पूर्ण प्रजनन प्रदान करता है, और दूसरा, प्रोटीन संश्लेषण के दौरान डीएनए के अलग-अलग वर्गों को पढ़ना। इस प्रक्रिया को प्रतिलेखन कहा जाता है।
प्रतिलेखन के दौरान, एक निश्चित जीन वाले डीएनए के एक हिस्से को घुमाया नहीं जाता है, और एक श्रृंखला पर - टेम्पलेट एक - एक आरएनए अणु को दूसरी श्रृंखला की एक प्रति के रूप में संश्लेषित किया जाता है, जिसे कोडिंग एक कहा जाता है। यह संश्लेषण आधारों के पूरक युग्मों के निर्माण के गुण पर भी आधारित है। गैर-कोडिंग, डीएनए के सेवा क्षेत्र और एंजाइम आरएनए पोलीमरेज़ संश्लेषण में भाग लेते हैं। आरएनए पहले से ही प्रोटीन संश्लेषण के लिए एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है, और डीएनए आगे की प्रक्रिया में शामिल नहीं है।
रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन
लंबे समय से यह माना जाता था कि मैट्रिक्सआनुवंशिक जानकारी की नकल केवल एक दिशा में जा सकती है: डीएनए → आरएनए → प्रोटीन। इस योजना को आणविक जीव विज्ञान की केंद्रीय हठधर्मिता कहा गया है। हालांकि, शोध के दौरान यह पाया गया कि कुछ मामलों में आरएनए से डीएनए में कॉपी करना संभव है - तथाकथित रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन।
आरएनए से डीएनए में आनुवंशिक सामग्री को स्थानांतरित करने की क्षमता रेट्रोवायरस की विशेषता है। ऐसे आरएनए युक्त वायरस का एक विशिष्ट प्रतिनिधि मानव इम्युनोडेफिशिएंसी वायरस है। एक संक्रमित कोशिका के डीएनए में वायरल जीनोम का एकीकरण एक विशेष एंजाइम - रिवर्स ट्रांसक्रिपटेस (रिवर्टेज) की भागीदारी के साथ होता है, जो आरएनए टेम्पलेट पर डीएनए बायोसिंथेसिस के लिए उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है। रिवर्टेज भी वायरल कण का हिस्सा है। नवगठित अणु को सेलुलर डीएनए में एकीकृत किया जाता है, जहां यह नए वायरल कणों का उत्पादन करने का कार्य करता है।
मानव डीएनए क्या है
कोशिका के केंद्रक में निहित मानव डीएनए 23 जोड़े गुणसूत्रों में पैक किया जाता है और इसमें लगभग 3.1 बिलियन युग्मित न्यूक्लियोटाइड होते हैं। परमाणु डीएनए के अलावा, मानव कोशिकाओं, अन्य यूकेरियोटिक जीवों की तरह, माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए होते हैं, जो माइटोकॉन्ड्रियल सेल ऑर्गेनेल की आनुवंशिकता का एक कारक है।
परमाणु डीएनए के कोडिंग जीन (उनमें से 20 से 25 हजार हैं) मानव जीनोम का केवल एक छोटा सा हिस्सा बनाते हैं - लगभग 1.5%। शेष डीएनए को पहले "जंक" कहा जाता था, लेकिन कई अध्ययनों से जीनोम के गैर-कोडिंग क्षेत्रों की महत्वपूर्ण भूमिका का पता चलता है, जिनकी चर्चा ऊपर की गई थी। प्रक्रियाओं का अध्ययन करना भी अत्यंत महत्वपूर्ण हैमानव डीएनए में रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन।
विज्ञान ने मानव डीएनए संरचनात्मक और कार्यात्मक दृष्टि से क्या है, इसकी काफी स्पष्ट समझ पहले ही बना ली है, लेकिन इस क्षेत्र में वैज्ञानिकों के आगे के काम से नई खोजें और नई बायोमेडिकल प्रौद्योगिकियां सामने आएंगी।
