न्यूक्लिक एसिड, विशेष रूप से डीएनए, विज्ञान में काफी प्रसिद्ध हैं। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि वे कोशिका के पदार्थ हैं, जिस पर इसकी वंशानुगत जानकारी का भंडारण और संचरण निर्भर करता है। डीएनए, जिसकी खोज 1868 में एफ. मिशर द्वारा की गई थी, एक अणु है जिसमें स्पष्ट अम्लीय गुण होते हैं। वैज्ञानिक ने इसे ल्यूकोसाइट्स के नाभिक से अलग किया - प्रतिरक्षा प्रणाली की कोशिकाएं। अगले 50 वर्षों में, न्यूक्लिक एसिड का अध्ययन छिटपुट रूप से किया गया, क्योंकि अधिकांश जैव रसायनज्ञ प्रोटीन को मुख्य कार्बनिक पदार्थ मानते थे, अन्य बातों के अलावा, वंशानुगत लक्षणों के लिए।
1953 में वाटसन और क्रिक द्वारा डीएनए की संरचना की व्याख्या के बाद से, गंभीर शोध शुरू हुआ, जिसमें पता चला कि डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड एक बहुलक है, और न्यूक्लियोटाइड डीएनए मोनोमर्स के रूप में काम करते हैं। उनके प्रकार और संरचना का अध्ययन हम इस कार्य में करेंगे।
न्यूक्लिओटाइड्स वंशानुगत जानकारी की संरचनात्मक इकाइयों के रूप में
जीवित पदार्थ के मूलभूत गुणों में से एक कोशिका और पूरे जीव दोनों की संरचना और कार्यों के बारे में जानकारी का संरक्षण और संचरण है।आम तौर पर। यह भूमिका डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड द्वारा निभाई जाती है, और डीएनए मोनोमर्स - न्यूक्लियोटाइड एक प्रकार की "ईंटें" हैं जिनसे आनुवंशिकता के पदार्थ की अनूठी संरचना का निर्माण होता है। आइए विचार करें कि न्यूक्लिक एसिड सुपरकोइल बनाते समय वन्यजीवों को किन संकेतों द्वारा निर्देशित किया गया था।
न्यूक्लियोटाइड कैसे बनते हैं
इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए हमें कार्बनिक रसायन विज्ञान के बारे में कुछ ज्ञान की आवश्यकता है। विशेष रूप से, हम याद करते हैं कि प्रकृति में मोनोसेकेराइड्स - पेंटोस (डीऑक्सीराइबोज या राइबोज) के साथ संयुक्त नाइट्रोजन युक्त हेट्रोसायक्लिक ग्लाइकोसाइड्स का एक समूह है। उन्हें न्यूक्लियोसाइड कहा जाता है। उदाहरण के लिए, एडेनोसाइन और अन्य प्रकार के न्यूक्लियोसाइड कोशिका के साइटोसोल में मौजूद होते हैं। वे ऑर्थोफोस्फोरिक एसिड अणुओं के साथ एक एस्टरीफिकेशन प्रतिक्रिया में प्रवेश करते हैं। इस प्रक्रिया के उत्पाद न्यूक्लियोटाइड होंगे। प्रत्येक डीएनए मोनोमर, और चार प्रकार के होते हैं, एक नाम होता है, जैसे कि ग्वानिन, थाइमिन और साइटोसिन न्यूक्लियोटाइड।
डीएनए के प्यूरीन मोनोमर्स
जैव रसायन में, एक वर्गीकरण अपनाया जाता है जो डीएनए मोनोमर्स और उनकी संरचना को दो समूहों में विभाजित करता है: उदाहरण के लिए, एडेनिन और ग्वानिन न्यूक्लियोटाइड प्यूरीन हैं। इनमें प्यूरीन का व्युत्पन्न होता है, एक कार्बनिक पदार्थ जिसका सूत्र C5H4N44 है. डीएनए मोनोमर, एक ग्वानिन न्यूक्लियोटाइड, में बीटा कॉन्फ़िगरेशन में एन-ग्लाइकोसिडिक बॉन्ड द्वारा डीऑक्सीराइबोज से जुड़ा एक प्यूरीन नाइट्रोजनस बेस भी होता है।
पाइरीमिडीन न्यूक्लियोटाइड्स
नाइट्रोजनस बेस,साइटिडीन और थाइमिडीन कहा जाता है, कार्बनिक पदार्थ पाइरीमिडीन के व्युत्पन्न हैं। इसका सूत्र C4H4N2 है। अणु एक छह-सदस्यीय तलीय विषमचक्र है जिसमें दो नाइट्रोजन परमाणु होते हैं। यह ज्ञात है कि थाइमिन न्यूक्लियोटाइड के बजाय, राइबोन्यूक्लिक एसिड अणु, जैसे आरआरएनए, टीआरएनए और एमआरएनए, में एक यूरैसिल मोनोमर होता है। प्रतिलेखन के दौरान, डीएनए जीन से एमआरएनए अणु में सूचना के हस्तांतरण के दौरान, थाइमिन न्यूक्लियोटाइड को एडेनिन द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, और एडेनिन न्यूक्लियोटाइड को संश्लेषित एमआरएनए श्रृंखला में यूरैसिल द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। यानी निम्न अभिलेख निष्पक्ष होंगे: ए - यू, टी - ए।
चारगफ नियम
पिछले खंड में, हम पहले ही आंशिक रूप से डीएनए श्रृंखलाओं में मोनोमर्स और जीन-एमआरएनए कॉम्प्लेक्स में पत्राचार के सिद्धांतों पर चर्चा कर चुके हैं। प्रसिद्ध बायोकेमिस्ट ई। चारगफ ने डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड अणुओं की एक पूरी तरह से अनूठी संपत्ति स्थापित की, अर्थात्, इसमें एडेनिन न्यूक्लियोटाइड की संख्या हमेशा थाइमिन के बराबर होती है, और ग्वानिन - साइटोसिन के बराबर होती है। चारगफ के सिद्धांतों का मुख्य सैद्धांतिक आधार वाटसन और क्रिक का शोध था, जिन्होंने स्थापित किया कि कौन से मोनोमर्स डीएनए अणु बनाते हैं और उनके पास कौन सा स्थानिक संगठन है। एक अन्य पैटर्न, जिसे चारगफ द्वारा व्युत्पन्न किया गया और पूरकता का सिद्धांत कहा जाता है, प्यूरीन और पाइरीमिडीन आधारों के रासायनिक संबंध और एक दूसरे के साथ बातचीत करते समय हाइड्रोजन बांड बनाने की उनकी क्षमता को इंगित करता है। इसका मतलब यह है कि दोनों डीएनए स्ट्रैंड में मोनोमर्स की व्यवस्था सख्ती से निर्धारित होती है: उदाहरण के लिए, पहले डीएनए स्ट्रैंड के विपरीत ए हो सकता हैकेवल T भिन्न है और उनके बीच दो हाइड्रोजन बंध उत्पन्न होते हैं। ग्वानिन न्यूक्लियोटाइड के विपरीत, केवल साइटोसिन स्थित हो सकता है। इस मामले में, नाइट्रोजनस आधारों के बीच तीन हाइड्रोजन बांड बनते हैं।
आनुवंशिक कोड में न्यूक्लियोटाइड की भूमिका
राइबोसोम में होने वाले प्रोटीन जैवसंश्लेषण की प्रतिक्रिया को अंजाम देने के लिए, पेप्टाइड के अमीनो एसिड संरचना के बारे में जानकारी को mRNA न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम से अमीनो एसिड अनुक्रम में स्थानांतरित करने के लिए एक तंत्र है। यह पता चला कि तीन आसन्न मोनोमर्स 20 संभावित अमीनो एसिड में से एक के बारे में जानकारी रखते हैं। इस घटना को आनुवंशिक कोड कहा जाता है। आणविक जीव विज्ञान में समस्याओं को हल करने में, इसका उपयोग पेप्टाइड की अमीनो एसिड संरचना दोनों को निर्धारित करने और प्रश्न को स्पष्ट करने के लिए किया जाता है: कौन से मोनोमर्स डीएनए अणु बनाते हैं, दूसरे शब्दों में, संबंधित जीन की संरचना क्या है। उदाहरण के लिए, जीन में एएए ट्रिपलेट (कोडन) प्रोटीन अणु में एमिनो एसिड फेनिलएलनिन को एन्कोड करता है, और आनुवंशिक कोड में यह एमआरएनए श्रृंखला में यूयूयू ट्रिपल के अनुरूप होगा।
डीएनए के दोहराव की प्रक्रिया में न्यूक्लियोटाइड्स की बातचीत
जैसा कि पहले पता चला था, संरचनात्मक इकाइयाँ, डीएनए मोनोमर्स न्यूक्लियोटाइड हैं। जंजीरों में उनका विशिष्ट क्रम डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड के बेटी अणु के संश्लेषण की प्रक्रिया के लिए टेम्पलेट है। यह घटना सेल इंटरफेज़ के एस-चरण में होती है। एक नए डीएनए अणु के न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम को डीएनए पोलीमरेज़ एंजाइम की कार्रवाई के तहत मूल श्रृंखला पर इकट्ठा किया जाता है, सिद्धांत को ध्यान में रखते हुएपूरकता (ए - टी, डी - सी)। प्रतिकृति मैट्रिक्स संश्लेषण की प्रतिक्रियाओं को संदर्भित करता है। इसका मतलब यह है कि डीएनए मोनोमर्स और मूल श्रृंखला में उनकी संरचना आधार के रूप में काम करती है, यानी इसकी चाइल्ड कॉपी के लिए मैट्रिक्स।
क्या न्यूक्लियोटाइड की संरचना बदल सकती है
वैसे, मान लें कि डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड कोशिका नाभिक की एक बहुत ही रूढ़िवादी संरचना है। इसके लिए एक तार्किक व्याख्या है: नाभिक के क्रोमैटिन में संग्रहीत वंशानुगत जानकारी को अपरिवर्तित और बिना विरूपण के कॉपी किया जाना चाहिए। खैर, सेलुलर जीनोम लगातार पर्यावरणीय कारकों की "बंदूक के नीचे" है। उदाहरण के लिए, शराब, ड्रग्स, रेडियोधर्मी विकिरण जैसे आक्रामक रासायनिक यौगिक। ये सभी तथाकथित उत्परिवर्तजन हैं, जिसके प्रभाव में कोई भी डीएनए मोनोमर अपनी रासायनिक संरचना को बदल सकता है। जैव रसायन में इस तरह की विकृति को बिंदु उत्परिवर्तन कहा जाता है। कोशिका जीनोम में उनके होने की आवृत्ति काफी अधिक होती है। उत्परिवर्तन को सेलुलर मरम्मत प्रणाली के अच्छी तरह से काम करने वाले कार्य द्वारा ठीक किया जाता है, जिसमें एंजाइमों का एक सेट शामिल होता है।
उनमें से कुछ, उदाहरण के लिए, प्रतिबंधित न्यूक्लियोटाइड्स, "कट आउट" क्षतिग्रस्त न्यूक्लियोटाइड, पोलीमरेज़ सामान्य मोनोमर्स के संश्लेषण प्रदान करते हैं, लिगैस जीन के बहाल वर्गों को "सीवे" करते हैं। यदि, किसी कारण से, ऊपर वर्णित तंत्र कोशिका में काम नहीं करता है और दोषपूर्ण डीएनए मोनोमर इसके अणु में रहता है, तो उत्परिवर्तन मैट्रिक्स संश्लेषण की प्रक्रियाओं द्वारा उठाया जाता है और फीनोटाइपिक रूप से बिगड़ा हुआ गुणों वाले प्रोटीन के रूप में प्रकट होता है। उनमें निहित आवश्यक कार्यों को करने में असमर्थ हैंसेलुलर चयापचय। यह एक गंभीर नकारात्मक कारक है जो कोशिका की व्यवहार्यता को कम करता है और उसके जीवनकाल को छोटा करता है।
