डीएनए संरचना | सभी महत्वपूर्ण पहलुओं के साथ एक विस्तृत अंतर्दृष्टि

डीएनए संरचना | सभी महत्वपूर्ण पहलुओं के साथ एक विस्तृत अंतर्दृष्टि

विषय-सूची

डीएनए संरचना: प्रमुख तथ्य

  • फॉस्फोडिएस्टर लिंकेज से जुड़ी शर्करा की श्रृंखला को न्यूक्लिक एसिड बैकबोन माना जाता है। 
  • हालांकि चीनी-फॉस्फेट रीढ़ डीएनए और आरएनए में सुसंगत है, न्यूक्लियोटाइड आधार एक मोनोमर से दूसरे में भिन्न होते हैं। 
  • न्यूक्लियोटाइड बेस प्यूरीन गुआनिन (जी) और एडेनिन (ए) से प्राप्त होते हैं, जबकि अन्य दो पाइरीमिडीन यूरैसिल (यू, आरएनए जस्ट) या थाइमिन (टी, डीएनए जस्ट) और साइटोसिन (सी) से प्राप्त होते हैं।
  • पाइरीमिडीन का N-1 या प्यूरीन का N-9 चीनी के C-1 से जुड़ा होता है।
  • एक डीएनए स्ट्रैंड में पॉलीपेप्टाइड (कार्बोक्सी और अमीनो टर्मिनल) के समान टर्मिनल या छोर भी होते हैं। डीएनए स्ट्रैंड के एक छोर या टर्मिनल में एक मुक्त 5′ - हाइड्रॉक्सिल (या फॉस्फेट समूह से जुड़ा 5′-हाइड्रॉक्सिल समूह) होता है। विपरीत टर्मिनल या सिरे में 3 - हाइड्रॉक्सिल समूह होता है। कोई भी सिरा दूसरे न्यूक्लियोटाइड से जुड़ा नहीं है। 
  • न्यूक्लियोटाइड बेस पेयरिंग डीएनए को दो-स्ट्रैंड पेचदार संरचना में व्यवस्थित करने में परिणाम देता है।
  • इरविन चार्गफ ने प्रस्तावित किया कि ग्वानिन का साइटोसिन और एडेनिन से थाइमिन का अनुपात लगभग सभी प्रजातियों में समान था, जिन्हें ध्यान में रखा गया था। 
  • प्रतिकृति प्रक्रिया को डीएनए के लिए अर्ध-रूढ़िवादी कहा जाता है।
  • सरल स्टेम-लूप संरचना तब देखी जाती है जब एक न्यूक्लिक एसिड के अणु के भीतर पूरक अनुक्रम होते हैं और एक एकल न्यूक्लिक एसिड अणु से डबल-हेलिकल संरचनाएं बनाने के लिए इंट्रा-आणविक आधार युग्मन बनाता है।

डीएनए की संरचना क्या है

पेंटोस शुगर डीऑक्सीराइबोज डीएनए संरचना (डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड) में मौजूद होता है। इसका उपसर्ग डीओक्सी दर्शाता है कि डीऑक्सीराइबोज चीनी के 2' कार्बन परमाणु में ऑक्सीजन परमाणु नहीं होता है जो राइबोज चीनी के 2' कार्बन अणु (राइबोन्यूक्लिक एसिड, या आरएनए में चीनी) के साथ मौजूद होता है, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है। न्यूक्लिक एसिड में पेन्टोज शर्करा फॉस्फोडाइस्टर लिंकेज द्वारा एक दूसरे से बंधे होते हैं।

डीएनए संरचना | सभी महत्वपूर्ण पहलुओं के साथ एक विस्तृत अंतर्दृष्टि
चित्र: आरएनए और डीएनए में क्रमशः राइबोज और डीऑक्सीराइबोज शर्करा की संरचना https://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_difference_between_ribose_and_deoxyribose.png

विशेष रूप से, एक न्यूक्लियोटाइड के राइबोज शुगर का 3' हाइड्रॉक्सिल (3 - OH) समूह फॉस्फेट के साथ एक एस्टर बॉन्ड बनाता है, यह फॉस्फेट समूह पड़ोसी न्यूक्लियोटाइड के आसन्न राइबोज शुगर के 5' OH समूह से भी जुड़ा होता है। फॉस्फोडिएस्टर लिंकेज से जुड़ी शर्करा की श्रृंखला को न्यूक्लिक एसिड बैकबोन माना जाता है। 

हालांकि चीनी-फॉस्फेट रीढ़ डीएनए और आरएनए में सुसंगत है, न्यूक्लियोटाइड आधार एक मोनोमर से दूसरे में भिन्न होते हैं। 

दो न्यूक्लियोटाइड बेस प्यूरीन गुआनिन (जी) और एडेनिन (ए) से प्राप्त होते हैं, जबकि अन्य दो पाइरीमिडीन यूरैसिल (यू, आरएनए जस्ट) या थाइमिन (टी, डीएनए जस्ट) और साइटोसिन (सी) से प्राप्त होते हैं। न्यूक्लियोटाइड्स के बारे में अधिक जानने के लिए यहां क्लिक करे

डीएनए की आणविक संरचना

प्राथमिक संरचनात्मक अंतर्दृष्टि: न्यूक्लिक एसिड न्यूक्लियोटाइड बेस पेयरिंग, संरचना और डीएनए और आरएनए के विभिन्न अन्य आवश्यक पहलुओं पर 3-डी विवरण प्रदान करते हैं। 

एक पेन्टोज चीनी से जुड़े आधार की सबसे छोटी इकाई को न्यूक्लियोसाइड कहा जाता है। RNA में चार प्रकार की न्यूक्लियोसाइड इकाइयाँ होती हैं, अर्थात्:

साइटिडीन, यूरिडीन, ग्वानोसिन, और एडेनोसिन, जबकि डीएनए में उन्हें डीऑक्सीसाइटिडाइन, डीऑक्सीगुआनोसिन, डीऑक्सीडेनोसिन और थाइमिडीन कहा जाता है (हां, थाइमिडीन, आपने इसे सही सुना। चूंकि यह आरएनए में मौजूद नहीं है, इसलिए डीऑक्सी को उपसर्ग के रूप में लिखने की आवश्यकता नहीं है) . 

पाइरीमिडीन का N-1 या प्यूरीन का N-9 चीनी के C-1 से जुड़ा होता है। जब डिजाइन को एक मानक दिशा और अभिविन्यास से देखा जाता है, तो नाइट्रोजनस बेस को पेंटोस शुगर के तल पर रखा जाता है; इस प्रकार की एन-ग्लाइकोसिडिक लिंकेज व्यवस्था को β कहा जाता है। 

एक न्यूक्लियोटाइड एक न्यूक्लियोसाइड है जो एस्टर लिंकेज के माध्यम से कम से कम एक फॉस्फेट समूह में शामिल हो जाता है। एस्टरीफिकेशन और फॉस्फेट समूह लगाव की सबसे व्यापक रूप से मान्यता प्राप्त साइट आमतौर पर पेंटोस चीनी का सी -5 ओएच समूह है। 

न्यूक्लियोटाइड अस्तित्व में आया जब एक फॉस्फेट समूह न्यूक्लियोसाइड में मौजूद चीनी के सी -5 से बांधता है। इस प्रकार, इसे 5 - न्यूक्लियोटाइड या न्यूक्लियोसाइड 5 - फॉस्फेट के रूप में जाना जाता है। मान लीजिए, उदाहरण के लिए, एटीपी को एडेनोसिन 5 - ट्राइफॉस्फेट कहा जाता है, और 3 - डीजीएमपी को डीऑक्सीगुआनोसिन 3 - मोनोफॉस्फेट के रूप में जाना जाता है। 

यह न्यूक्लियोटाइड एटीपी से इस मायने में अलग है कि इसमें एडेनिन के बजाय ग्वानिन होता है। इसमें राइबोज के बजाय डीऑक्सीराइबोज होता है (उपसर्ग "डी" द्वारा प्रदर्शित)। इसमें तीन के बजाय एक फॉस्फेट समूह शामिल है। इसमें फॉस्फेट को 3′ स्थिति के बजाय 5′ OH समूह के लिए एस्ट्रिफ़ाइड किया गया है।

न्यूक्लियोटाइड मोनोमर होते हैं जो आरएनए और डीएनए को संश्लेषित करने के लिए आपस में जुड़ते हैं। डीएनए में पाई जाने वाली न्यूक्लियोटाइड इकाइयाँ चार प्रकार की होती हैं, अर्थात्:  

deoxycytidylate, deoxyguanylate, deoxyadenylate, और deoxythymidylate (या thymidylate)। 

महत्वपूर्ण लेख: थाइमिडाइलेट में डीऑक्सीराइबोज होता है। लेकिन, उपसर्ग डीओक्सी नहीं जोड़ा गया है क्योंकि थाइमिन न्यूक्लियोटाइड आरएनए में नहीं पाए जाते हैं या काफी कम पाए जाते हैं। 

पीएसीजी या पीएपीसीपीजी जैसे संक्षिप्ताक्षर डीएनए के एक ट्रिन्यूक्लियोटाइड को दर्शाते हैं जिसमें डीऑक्सीएडेनाइलेट मोनोफॉस्फेट, डीओक्सीसाइटिडाइलेट मोनोफॉस्फेट, और डीओक्सीग्यूनिलेट मोनोफॉस्फेट शामिल होते हैं जो फॉस्फोडाइस्टर बॉन्ड से जुड़े होते हैं, यहां "पी" का अर्थ फॉस्फेट समूह है। 

5′ सिरे पर आमतौर पर 5-हाइड्रॉक्सिल समूह से जुड़ा फॉस्फेट होता है। 

महत्वपूर्ण लेख: एक डीएनए स्ट्रैंड में पॉलीपेप्टाइड (कार्बोक्सी और अमीनो टर्मिनल) के समान टर्मिनल या छोर भी होते हैं। 

डीएनए स्ट्रैंड के एक छोर या टर्मिनल में एक मुक्त 5′ - हाइड्रॉक्सिल (या फॉस्फेट समूह से जुड़ा 5′-हाइड्रॉक्सिल समूह) होता है। विपरीत टर्मिनल या सिरे में 3 - हाइड्रॉक्सिल समूह होता है। कोई भी सिरा दूसरे न्यूक्लियोटाइड से जुड़ा नहीं है। 

एक नियम के रूप में, न्यूक्लिक एसिड का न्यूक्लियोटाइड बेस अनुक्रम 5′ से 3′ की दिशा में लिखा जाता है। 

इसलिए, अनुक्रम एसीजी से पता चलता है कि मुक्त 5'-हाइड्रॉक्सिल समूह डीऑक्सीएडेनाइलेट पर मौजूद है, जबकि मुक्त 3; -हाइड्रोक्सिल समूह डीऑक्सीग्यूनिलेट पर मौजूद है। इस ध्रुवता के कारण, एसीजी और जीसीए को अनुक्रमों के एक अलग सेट के रूप में माना जाता है।

DNA की संरचना की खोज किसने की?

डीएनए के 3-डी डिजाइन को तय करने के लिए समन्वित अध्ययन के दौरान पूरक बेस पेयरिंग की उपस्थिति पाई गई। रोजालिंड फ्रैंकलिन और मौरिस विल्किंस को डीएनए के स्ट्रैंड्स की एक्स-रे विवर्तन छवियां मिलीं।

डीएनए संरचना | सभी महत्वपूर्ण पहलुओं के साथ एक विस्तृत अंतर्दृष्टि
चित्र: डीएनए की एक्स-रे विवर्तन छवि https://commons.wikimedia.org/wiki/File:ABDNAxrgpj.jpg#/media/File:ABDNAxrgpj.jpg

विवर्तन के इन पैटर्न की विशेषताओं ने प्रदर्शित किया कि डीएनए दो श्रृंखलाओं से बना था जो एक मानक पेचदार डिजाइन में एक दूसरे के साथ लिपटे हुए थे। इस और अतिरिक्त प्रासंगिक जानकारी से, जेम्स वाटसन और फ्रांसिस क्रिक ने डीएनए के लिए एक प्राथमिक मॉडल का निर्माण किया जो विवर्तन डिजाइन का प्रतिनिधित्व करता था और इसके अतिरिक्त डीएनए के संरचनात्मक गुणों में ज्ञान की कुछ आश्चर्यजनक अंतर्दृष्टि का स्रोत था। 

डीएनए संरचना
चित्र: डीएनए संरचना का वाटसन और क्रिक मॉडल
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA_scale_model.png

विवर्तन डिजाइनों से व्याख्या किए गए डीएनए के वाटसन-क्रिक मॉडल की मुख्य विशेषताएं हैं: 

  1. डबल-हेलिकल पॉलीन्यूक्लियोटाइड स्ट्रैंड्स को एक ही अक्ष के चारों ओर लूप किया जाता है। पॉलीन्यूक्लियोटाइड श्रृंखलाएं समानांतर-विरोधी या विपरीत दिशाओं में चलती हैं। 
  2. चीनी और फॉस्फेट से बनी रीढ़ डीएनए की बाहरी सतह पर मौजूद होती है, और इस तरह, प्यूरीन और पाइरीमिडीन को डीएनए डबल हेलिक्स के अंदर रखा जाता है। 
  3. नाइट्रोजनस आधारों को पेचदार अक्ष के लगभग लंबवत रखा जाता है, और बाद के आदेशों को 3.4 से अलग किया जाता है। इस प्रकार, सर्पिल संरचना का एक मोड़ प्रत्येक 34 के बाद पूरा होता है। इस प्रकार, एक हेलिक्स के प्रति मोड़ दस आधार (३४ प्रति मोड़/३.४ प्रति आधार)। इसलिए प्रत्येक बाद के आधार निगमन के बाद 34 डिग्री प्रति आधार (प्रत्येक कुल मोड़ के लिए 3.4 डिग्री / प्रत्येक मोड़ के लिए 36 आधार) का एक मोड़ अनुभव किया जाता है। 
  4. 4. डीएनए डबल हेलिक्स के दो स्ट्रैंड के बीच की दूरी 20 है।

डीएनए संरचना और प्रतिकृति

डीएनए और आरएनए लंबे (आमतौर पर रैखिक) पॉलिमर होते हैं जिन्हें आमतौर पर न्यूक्लिक एसिड के रूप में जाना जाता है, जो माता-पिता से संतान को आनुवंशिक (या वंशानुगत) जानकारी स्थानांतरित करने के लिए जिम्मेदार होते हैं। इन बायोमैक्रोमोलेक्यूल्स में कई जुड़े हुए न्यूक्लियोटाइड होते हैं, जिनमें से प्रत्येक एक पेंटोस शुगर, एक फॉस्फेट समूह और एक नाइट्रोजनस बेस से बना होता है। फॉस्फेट समूहों से जुड़े राइबोज शर्करा डीएनए की एक विशिष्ट और सामान्य रीढ़ बनाते हैं। डीएनए में मौजूद नाइट्रोजनस बेस चार बुनियादी प्रकार के होते हैं। आनुवंशिक आनुवंशिक जानकारी पोलीन्यूक्लियोटाइड (न्यूक्लिक एसिड) स्ट्रैंड में न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम में संग्रहीत होती है।

ठिकानों में एक अतिरिक्त असाधारण संपत्ति होती है: वे स्पष्ट रूप से एक दूसरे के साथ जुड़ते हैं जो हाइड्रोजन बांड जैसे गैर-सहसंयोजक इंटरैक्शन द्वारा स्थिर और व्यवस्थित होते हैं। 

न्यूक्लियोटाइड बेस पेयरिंग डीएनए को दो-स्ट्रैंड पेचदार संरचना में व्यवस्थित करने में परिणाम देता है। ये न्यूक्लियोटाइड आधार जोड़े टेम्पलेट न्यूक्लिक एसिड स्ट्रैंड में मौजूद वंशानुगत (आनुवंशिक) जानकारी को नए संश्लेषित न्यूक्लिक एसिड स्ट्रैंड में दोहराने का रास्ता देते हैं। 

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चित्र: डीएनए प्रतिकृति का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:0323_DNA_Replication.jpg

हालांकि आरएनए ने संभवतः वंशानुगत सामग्री के रूप में काफी पहले काम किया था, विकासवादी इतिहास के अनुसार, कई वायरस और कोशिकाओं के जीन डीएनए से बने होते हैं। डीएनए पोलीमरेज़ डीएनए के संश्लेषण (प्रतिकृति) के लिए जिम्मेदार है। ये स्पष्ट रूप से स्पष्ट एंजाइम डीएनए टेम्प्लेट से न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों की नकल करते हैं, जिसमें 1 मिलियन न्यूक्लियोटाइड बेस में से 100 की गलती गति होती है।

डीएनए की डबल हेलिक्स संरचना

न्यूक्लिक एसिड की संरचना एक न्यूक्लिक एसिड श्रृंखला के साथ न्यूक्लियोटाइड आधारों की व्यवस्था के रूप में आनुवंशिक जानकारी को संप्रेषित करने की उनकी क्षमता का प्रतिनिधित्व करती है। न्यूक्लिक एसिड का एक अन्य गुण प्रतिकृति है, जो है 

एक टेम्पलेट के रूप में उपयोग करके एक ही प्रति से न्यूक्लिक एसिड के दो डुप्लिकेट का संश्लेषण। ये विशेषताएँ न्यूक्लिक एसिड में पाए जाने वाले न्यूक्लियोटाइड बेस के प्रकारों पर निर्भर करती हैं, जो दो स्ट्रैंड वाले पेचदार डिज़ाइन के संश्लेषण के लिए पूरक बेस पेयरिंग बनाती हैं। इस प्रकार, डीएनए डबल हेलिक्स संरचना वंशानुगत सामग्री की प्रतिकृति को बढ़ावा देती है।

पाइरीमिडीन और प्यूरीन के विभिन्न आकार और आकार को देखते हुए, आधारों के एक आत्म-मुखर अनुक्रम को समायोजित करने के लिए एक उल्लेखनीय नियमित निर्माण कैसे तैयार है? इस प्रश्न का उत्तर देने के प्रयास में, वॉटसन और क्रिक ने पाया कि ग्वानिन को साइटोसिन के साथ जोड़ा जा सकता है, और एडेनिन थाइमिन के साथ मिलकर बेस पेयरिंग को फ्रेम कर सकता है जिसका आकार समान है। 

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चित्र: डीएनए में नाइट्रोजनयुक्त क्षारों की जोड़ी https://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA_chemical_structure.svg

ये न्यूक्लियोटाइड आधार जोड़े गैर-सहसंयोजक बलों द्वारा एक साथ रखे जाते हैं जो हाइड्रोजन बांड होते हैं। इस आधार-मिलान योजना को विभिन्न प्रजातियों से डीएनए की आधार संरचना की पूर्व जांच द्वारा सही ठहराया गया था। 

1950 में, इरविन चारगफ ने प्रस्तावित किया कि ग्वानिन का साइटोसिन और एडेनिन से थाइमिन का अनुपात लगभग सभी प्रजातियों में समान था, जिसे ध्यान में रखा गया था। 

इन समकक्षों का महत्व तब तक स्पष्ट नहीं था जब तक वाटसन-क्रिक मॉडल नहीं दिया गया था जब यह स्पष्ट हो गया कि वे डीएनए संरचना के एक मौलिक पहलू को संबोधित करते हैं। 

निम्नलिखित आधार युग्मों के बीच लगभग 3.4 का पृथक्करण द्वि-पेचदार डीएनए के विवर्तन पैटर्न में बहुत स्पष्ट है। 

न्यूक्लियोटाइड आधारों का ढेर डीएनए संरचना को दोहरे तरीके से अतिरिक्त स्थिरता प्रदान करता है।

सबसे पहले, पड़ोसी आधार जोड़े वैन डेर वाल्स बलों के माध्यम से एक दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं। हालांकि, वैन डेर वाल्स बल न्यूनतम हैं, इस हद तक कि ये संघ 0.5 से 1.0 किलो कैलोरी प्रति परमाणु प्रति मोल तक योगदान करते हैं। 

डीएनए डबल हेलिक्स में, किसी भी मामले में, अनगिनत परमाणु वैन डेर वाल्स बलों के प्रभाव में हैं, और इन परमाणुओं पर जोड़ा गया शुद्ध प्रभाव महत्वपूर्ण है। इसके अलावा, डीएनए डबल हेलिक्स भी हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन द्वारा स्थिर होता है जिसके परिणामस्वरूप संरचना के इंटीरियर में डीएनए डबल हेलिक्स और हाइड्रोफोबिक समूहों की सतह पर ध्रुवीय समूहों का संपर्क होता है। 

डीएनए में बेस स्टैकिंग को चीनी-फॉस्फेट बैकबोन में मौजूद कठोर पांच-सदस्यीय रिंगों के अनुरूप पसंद किया जाता है। शर्करा की कठोर प्रकृति डीएनए के एकल-फंसे और साथ ही दोहरे-फंसे दोनों संरचनाओं को प्रभावित करती है।

डीएनए और आरएनए के बीच संरचनात्मक अंतर

आरएनए, डीएनए के समान, एक लंबा और अशाखित बहुलक है जिसमें 3' 5' फॉस्फोडाइस्टर लिंकेज से जुड़े न्यूक्लियोटाइड होते हैं। 

आरएनए का सहसंयोजक डिजाइन दो मामलों में डीएनए के विपरीत है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है और जैसा कि इसके नाम से दिखाया गया है, आरएनए में चीनी उप-इकाइयां डीऑक्सीराइबोज के विपरीत राइबोज हैं। दूसरा, राइबोज में 2' ओएच समूह होता है, जो डीऑक्सीराइबोज में मौजूद नहीं होता है। 

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चित्र: डीएनए और आरएनए के बीच संरचनात्मक अंतर को दर्शाने के लिए छवि
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Difference_DNA_RNA-EN.svg

नतीजतन, मानक 3' 5' फॉस्फोडाइस्टर लिंकेज के साथ, आरएनए के लिए एक और 2' 5' फॉस्फोडाइस्टर लिंकेज संभव है। यह 2' 5' फॉस्फोडाइस्टर लिंकेज इंट्रोन्स के निष्कासन और परिपक्व एमआरएनए की व्यवस्था के लिए एक्सॉन के जुड़ने में महत्वपूर्ण है। 

दूसरा विपरीत यह है कि आरएनए में पाए जाने वाले चार न्यूक्लियोटाइड आधारों में से एक थाइमिन (टी) के बजाय यूरैसिल (यू) है। 

महत्वपूर्ण लेख: प्रत्येक फॉस्फोडाइस्टर लिंकेज पर ऋणात्मक आवेश होता है। यह ऋणात्मक आवेश न्यूक्लियोफिलिक प्रजातियों को प्रतिकर्षित करता है, उदाहरण के लिए, 

हाइड्रॉक्साइड आयन; बाद में, कार्बोक्जिलिक एसिड के एस्टर जैसे अन्य एस्टर की तुलना में फॉस्फोडाइस्टर लिंकेज हाइड्रोलाइटिक हमले के प्रति काफी कम प्रतिक्रियाशील होते हैं। 

न्यूक्लिक एसिड में संग्रहीत आनुवंशिक जानकारी की अखंडता को बनाए रखने के लिए यह बाधा महत्वपूर्ण है। इसके अलावा, डीएनए में 2'-हाइड्रॉक्सिल गुच्छा हाइड्रोलिसिस से अपनी सुरक्षा को और मजबूत करता है। 

डीएनए की अधिक बेहतर स्थिरता संभवतः आरएनए के बजाय हर एक कोशिका और अधिकांश वायरस में आनुवंशिक सामग्री के रूप में इसके उपयोग का प्रतिनिधित्व करती है।

एक न्यूक्लिक एसिड में चार प्रकार के क्षार होते हैं जो एक चीनी-फॉस्फेट रीढ़ से जुड़े होते हैं

आरएनए और डीएनए अपने सहसंयोजक निर्माणों को नियोजित करने वाली आनुवंशिक जानकारी के ट्रांसपोर्टर के रूप में काम करने के लिए उपयुक्त हैं। ये मैक्रोमोलेक्यूल्स (पॉलिमर) उनकी मोनोमेरिक इकाइयों के एंड-टू-एंड कनेक्शन से विकसित होते हैं। बहुलक (न्यूक्लिक एसिड: डीएनए या आरएनए) के अंदर प्रत्येक मोनोमेरिक इकाई (न्यूक्लियोटाइड) में तीन मूलभूत घटक होते हैं: एक नाइट्रोजनस बेस, एक पेंटोस शुगर और एक फॉस्फेट समूह। आधारों की व्यवस्था असाधारण रूप से एक न्यूक्लिक एसिड को चित्रित करती है और आनुवंशिक जानकारी के रैखिक रूप को संबोधित करती है।

जीन कोशिकाओं द्वारा आवश्यक प्रोटीन के प्रकार का अनुवाद करते हैं। हालांकि, डीएनए प्रोटीन के संश्लेषण के लिए तत्काल टेम्पलेट नहीं है। 

प्रोटीन के संश्लेषण के लिए तत्काल टेम्पलेट आरएनए (राइबोन्यूक्लिक एसिड) है। विशेष रूप से, आरएनए का एक वर्ग, जिसे मैसेंजर आरएनए (एमआरएनए) के रूप में जाना जाता है, प्रोटीन को संश्लेषित करने के लिए सूचना वाहक के रूप में कार्य करता है। अन्य आरएनए, जैसे राइबोसोमल आरएनए (आरआरएनए) और ट्रांसफर आरएनए (टीआरएनए), भी प्रोटीन संश्लेषण में एक आवश्यक भूमिका निभाते हैं। आरएनए पोलीमरेज़ डीएनए टेम्प्लेट से निर्देश लेने के लिए सभी प्रकार के सेलुलर आरएनए को संश्लेषित करते हैं। एमआरएनए प्रतिलेखन घटनाओं के जवाब में उत्पन्न होता है, जबकि यह एमआरएनए अनुवाद के लिए एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है, जिसके परिणामस्वरूप अंततः प्रोटीन का निर्माण होता है।

आनुवंशिक जानकारी की यह प्रगति पूरी तरह से आनुवंशिक कोड पर निर्भर है, जो डीएनए में न्यूक्लियोटाइड बेस अनुक्रम (या लिखित एमआरएनए में) और प्रोटीन में एमिनो एसिड अनुक्रम के बीच संबंध की विशेषता है। 

आनुवंशिक कोड पूरे जीवन रूपों में लगभग समान है: तीन आधारों का समूह, जिसे कोडन कहा जाता है, एक एमिनो एसिड निर्धारित करता है। एमआरएनए में कोडन टीआरएनए अणुओं द्वारा लगातार देखे जाते हैं, जो राइबोसोम पर प्रोटीन के संश्लेषण के दौरान एक एडेप्टर अणु के रूप में कार्य करते हैं। 

राइबोसोम आरआरएनए और लगभग 50 अन्य प्रकार के प्रोटीन के जटिल संघ हैं। 

अंतिम विषय पर विचार किया जाना यूकेरियोट्स में पाए जाने वाले अधिकांश जीनों की बाधित संपत्ति है; वे एक्सॉन और इंट्रॉन प्रदर्शित करते हैं, जो न्यूक्लिक एसिड अनुक्रमों के मोज़ेक के रूप में कार्य करते हैं। एक्सॉन और इंट्रॉन दोनों डीएनए के माध्यम से संचरित होते हैं। हालांकि, परिपक्व एमआरएनए अणुओं से इंट्रोन्स हटा दिए जाते हैं। इस प्रकार, प्रोटीन विकास में इंट्रोन्स और एक्सॉन की उपस्थिति का महत्वपूर्ण महत्व है।

डीएनए की आनुवंशिक जानकारी वहन करने की क्षमता

डीएनए स्ट्रैंड या टुकड़े की एक खास विशेषता इसकी लंबाई है। एक डीएनए स्ट्रैंड में जीव के लिए महत्वपूर्ण आनुवंशिक जानकारी को संप्रेषित करने के लिए कई न्यूक्लियोटाइड शामिल होने चाहिए। उदाहरण के लिए, का डीएनए 

पॉलीओमावायरस, जो कई सूक्ष्मजीवों में घातकता पैदा कर सकता है, इसका डीएनए 5100 न्यूक्लियोटाइड तक लंबा है। 

हम न्यूक्लिक एसिड की क्षमता को एक साथ तरीके से बताने वाली आनुवंशिक जानकारी की गणना कर सकते हैं। 

डीएनए डबल हेलिक्स में प्रत्येक स्थिति न्यूक्लियोटाइड आधारों की एक जोड़ी होती है, जो इसे सूचना के दो बिट्स (22 = 4) से संबंधित करती है। 

यदि, एक न्यूक्लिक एसिड श्रृंखला में 5100 न्यूक्लियोटाइड हैं, तो यह 2 × 5100 = 10,200 बिट्स की जानकारी से संबंधित है 

या 1275 बाइट्स की जानकारी (1 बाइट = 8 बिट) के रूप में

ई. कोलाई का जीनोम एक एकल गोलाकार गुणसूत्र के रूप में एक डीएनए अणु है। इसमें 4.6 मिलियन न्यूक्लियोटाइड की दो श्रृंखलाएं शामिल हैं जो 9.2 मिलियन बिट्स या 1.15 मेगाबाइट डेटा से संबंधित हैं। 

उच्च कशेरुकियों में डीएनए बहुत बड़े अणु होते हैं। उदाहरण के लिए, मानव जीनोम में लगभग 3 बिलियन न्यूक्लियोटाइड शामिल हैं, जो विभिन्न आकारों के 24 गुणसूत्रों [22 ऑटोसोम, एक्स और वाई एलोसोम (सेक्स क्रोमोसोम)] के बीच विभाजित हैं। 

सबसे महत्वपूर्ण ज्ञात डीएनए अणुओं में से एक एशियाई हिरण (भारतीय मंटक) है। इसका जीनोम मानव जीनोम जितना ही विस्तृत है फिर भी केवल तीन गुणसूत्रों में मौजूद है। 

इनमें से सबसे बड़े गुणसूत्रों में 1 बिलियन से अधिक न्यूक्लियोटाइड होते हैं। यदि इस तरह के डीएनए कण को ​​​​पूरी तरह से विस्तारित किया जा सकता है, तो यह लंबाई में 1 फुट से अधिक का विस्तार करेगा। कुछ पौधों में काफी बड़े डीएनए कण भी होते हैं।

आनुवंशिक जानकारी का संचरण

डीएनए डबल-हेलिकल संरचना और न्यूक्लियोटाइड बेस जोड़े की उपस्थिति आनुवंशिक सामग्री की प्रतिकृति की प्रक्रिया को दर्शाती है। डीएनए डबल हेलिक्स के एक स्ट्रैंड का न्यूक्लियोटाइड बेस अनुक्रम दूसरे स्ट्रैंड के न्यूक्लियोटाइड बेस अनुक्रम को तय करता है; पूरक रज्जुक का आधार युग्म चारगफ के नियम का पालन करते हुए होता है। इस तरह, 

डीएनए डबल हेलिक्स के स्ट्रैंड्स का पृथक्करण दो नए स्ट्रैंड्स को संश्लेषित करने के लिए एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है। इन नवगठित स्ट्रैंड्स का अनुक्रम मूल डीएनए के समान होता है क्योंकि दोनों स्ट्रैंड प्रतिकृति से गुजरते हैं।

इसके बाद, चूंकि डीएनए को संश्लेषित (प्रतिकृति) किया जाता है, प्रत्येक बेटी डीएनए की श्रृंखला में से एक मूल डीएनए से होगी, और दूसरी श्रृंखला नव संश्लेषित होती है। एक अर्ध-रूढ़िवादी डीएनए प्रतिकृति तंत्र माता-पिता के डीएनए किस्में के इस प्रसार को पूरा करता है। 

फ्रेंकलिन स्टाल और मैथ्यू मेसेल्सन ने 1958 में इस सिद्धांत का एक परिचयात्मक परीक्षण किया। सबसे पहले, उन्होंने मूल डीएनए को 15N, नाइट्रोजन के एक भारी समस्थानिक के साथ टैग किया, ताकि संश्लेषित डीएनए सामान्य डीएनए की तुलना में सघन हो जाए। इसके बाद, लेबल किए गए डीएनए को ई. कोलाई द्वारा निर्मित किया गया था, जो केवल नाइट्रोजन स्रोत के रूप में 15NH4Cl युक्त माध्यम में बढ़ रहा था। भारी नाइट्रोजन का उपयोग करने वाले प्रतिकृति चरण के समाप्त होने के बाद, ई. कोलाई कोशिकाओं को एक ऐसे माध्यम में ले जाया गया जिसमें 14N, नाइट्रोजन का मानक समस्थानिक था। 

अभी हर मन में एक सामान्य प्रश्न है: बाद के प्रतिकृति चक्रों के बाद डीएनए कणों में 14N और 15N का प्रसार क्या है? 

घनत्व ढाल सेंट्रीफ्यूजेशन या अवसादन की रणनीति द्वारा 14N और 15N की व्यवस्था को उजागर किया गया था। सबसे पहले, डीएनए की मोटाई के करीब घनत्व (1.7 ग्राम सेमी 3) के एक केंद्रित सीज़ियम क्लोराइड समाधान में डीएनए की एक छोटी मात्रा को घुलनशील किया गया था। 

इस समाधान को बाद में अपकेंद्रित्र और संतुलित किया गया था। संतुलन और प्रसार ने सेंट्रीफ्यूज ट्यूब में सीज़ियम क्लोराइड सांद्रता का एक ढाल बनाया, जिसके परिणामस्वरूप घनत्व ढाल (1.66 - 1.76 ग्राम सेमी 3) का निर्माण हुआ।

सीज़ियम क्लोराइड घनत्व प्रवणता युक्त अपकेंद्रित्र ट्यूब में डीएनए के टुकड़े उनके संबंधित घनत्व के अनुसार (केन्द्रापसारक बल के प्रभाव में) चलते हैं।

डीएनए ने संचित किया और एक संकीर्ण बैंड का गठन किया जिसे पराबैंगनी प्रकाश को अवशोषित करने की अपनी आंतरिक संपत्ति से पहचाना गया। 14N डीएनए और 15N डीएनए स्ट्रैंड के हाइब्रिड ने एक असतत बैंड दिखाया क्योंकि इसमें 14N डुप्लेक्स और 15 N डुप्लेक्स के बीच घनत्व है। 

15N से 14N युक्त विकास माध्यम में जाने के बाद अलग-अलग समय पर ई. कोलाई कोशिकाओं से डीएनए प्राप्त किया गया और फिर सेंट्रीफ्यूज किया गया। 

डीएनए नमूनों की जांच से पता चला कि एक पीढ़ी के बाद हाइब्रिड डीएनए का एक बैंड देखा गया। बैंड 14N डीएनए और 15N डीएनए घनत्व बैंड के बीच कहीं पाया गया था। 15N डीएनए बैंड की अनुपस्थिति दर्शाती है कि प्रतिकृति के दौरान माता-पिता के डीएनए को पूरी तरह से संरक्षित नहीं किया गया था। 

इसके अलावा, 14N डीएनए बैंड की अनुपस्थिति से पता चलता है कि सभी बेटी डीएनए में 15N डीएनए का एक किनारा शामिल है। यह अनुपात आधा होना चाहिए क्योंकि डीएनए हाइब्रिड बैंड का घनत्व 14N डीएनए और 15N डीएनए के घनत्व के बीच कहीं था। 

बैक्टीरिया में दो विभाजनों के बाद, डीएनए बैंड के बराबर मात्रा में थे। एक डीएनए हाइब्रिड का बैंड था, और दूसरा बैंड 14N डीएनए था। स्टाल और मेसेल्सन ने इन जांचों से व्याख्या की "डीएनए अणु में नाइट्रोजन का समान विभाजन होता है और प्रत्येक बेटी अणु को एक डीएनए स्ट्रैंड 14 एन और दूसरा 15 एन के साथ प्राप्त होता है। इस प्रकार, प्रतिकृति प्रक्रिया को डीएनए के लिए अर्ध-रूढ़िवादी कहा जाता है।

मेसेलसन और स्टाल के प्रयोग के परिणाम वाटसन और क्रिक द्वारा प्रस्तावित डीएनए प्रतिकृति मॉडल का अनुसरण कर रहे हैं।

डीएनए संरचना | सभी महत्वपूर्ण पहलुओं के साथ एक विस्तृत अंतर्दृष्टि
चित्र: मेसेल्सन और स्टाल के प्रयोग का प्रायोगिक डिजाइन
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:OSC_Microbio_11_02_MesStahl.jpg

डीएनए की तृतीयक संरचना

कुछ डीएनए अणु गोलाकार और सुपरकोल्ड होते हैं

मानव गुणसूत्रों में डीएनए संरचना में रैखिक होता है। हालांकि, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी जैसे अध्ययनों से पता चला है कि कुछ जीवों में गोलाकार डीएनए अणु भी पाए जाते हैं। 

महत्वपूर्ण लेख: सर्कुलर शब्द का प्रयोग डीएनए अणु की निरंतरता का उल्लेख करने के लिए किया जाता है, न कि इसकी रूपात्मक उपस्थिति के लिए।

सेलुलर वातावरण में मौजूद डीएनए अणु आमतौर पर न्यूनतम और कॉम्पैक्ट आकार में पाया जाता है।

नोट:  ई. कोलाई का एक पूर्ण रूप से फैला हुआ गुणसूत्र अपने व्यास का लगभग 1000 गुना होता है। 

एक और अनूठी विशेषता तब सामने आई जब डीएनए रैखिक से गोलाकार रूप में परिवर्तित हो गया। पेचदार अक्ष एक सुपर-हेलिक्स बनाने के लिए मुड़ जाता है। 

एक गोलाकार डीएनए अणु जिसमें कोई सुपरहेलिकल मोड़ नहीं होता है उसे आराम से गोलाकार डीएनए अणु कहा जाता है। 

सुपरकोइलिंग एक जैविक घटना है जो निम्नलिखित दो कारणों से होती है:

- सुपरकोल्ड डीएनए आराम से डीएनए की तुलना में अधिक कॉम्पैक्ट है। 

- दूसरा, सुपरकोलिंग डीएनए डबल हेलिक्स की अनइंडिंग और इंटरेक्शन क्षमताओं को नियंत्रित करता है।

एकल फंसे डीएनए का संरचनात्मक विश्लेषण

न्यूक्लिक एसिड के एकल-फंसे अणु आमतौर पर विभिन्न संरचनाओं को अपनाने के लिए अंतर-आणविक अतिव्यापी प्रदर्शित करते हैं। इस प्रकार, विकास के दौरान, न्यूक्लिक एसिड ने अपने संचरण के लिए विभिन्न संरचनाओं और अनुरूपताओं को अनुकूलित किया और आनुवंशिक जानकारी, विशेष रूप से आरएनए अणुओं को संग्रहीत किया। 

ये पुष्टिकरण और संरचनाएं उच्च जीवों के लिए भी आवश्यक हैं, जैसे राइबोसोम, जो आरएनए और प्रोटीन का एक जटिल संघ हैं और प्रोटीन को संश्लेषित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। 

यह अक्सर देखा जाता है कि एक साधारण स्टेम-लूप संरचना तब देखी जाती है जब एक न्यूक्लिक एसिड के अणु के भीतर पूरक अनुक्रम होते हैं और एक एकल न्यूक्लिक एसिड अणु से डबल-हेलिकल संरचनाएं बनाने के लिए इंट्रा-आणविक आधार युग्मन बनाता है।

आम तौर पर, ये डबल-पेचदार संरचनाएं वाटसन-क्रिक बेस पेयरिंग पैटर्न के बाद बनाई जाती हैं। हालाँकि, इन संरचनाओं में कुछ बेजोड़ आधार (उभड़ा हुआ क्षेत्र के रूप में दिखाई देते हैं) और बेमेल आधार जोड़े भी होते हैं।

यह बेमेल मानक संरचना से विचलन को प्रेरित करके और न्यूक्लिक एसिड की स्थानीय संरचना को अस्थिर करके डीएनए डबल हेलिक्स के कामकाज और उच्च-क्रम के तह को प्रभावित करता है।

सिंगल-स्ट्रैंड न्यूक्लिक एसिड एक दूसरे से दूर स्थित ठिकानों के साथ बातचीत करके स्टेम-लूप की तुलना में बहुत अधिक जटिल संरचनाएं प्राप्त कर सकते हैं। इस प्रयोजन के लिए, इन संरचनाओं के स्थिरीकरण के साथ कम से कम तीन आधार संबद्ध हो सकते हैं। 

डीएनए संरचना | सभी महत्वपूर्ण पहलुओं के साथ एक विस्तृत अंतर्दृष्टि
चित्र: स्टेम-लूप संरचना आमतौर पर न्यूक्लिक एसिड में पाई जाती है
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Stem-loop.svg

ऐसे मामलों में, हाइड्रोजन बॉन्ड स्वीकर्ता और दाता जो आमतौर पर वाटसन-क्रिक बेस पेयरिंग में भाग लेते हैं, वे गैर-मानक बेस पेयर में हाइड्रोजन बॉन्डिंग में भी भाग ले सकते हैं। इसके अलावा, मैग्नीशियम (Mg2+) जैसी मजबूत धातुओं के आयन इन संरचनाओं को स्थिर करने में सक्रिय रूप से शामिल होते हैं।

निष्कर्ष

इस लेख में हमने डीएनए और आरएनए की संरचना और संरचना में बेहतर अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए डीएनए संरचना के बारे में विस्तार से चर्चा की है। उच्च क्रम संरचना के बारे में अधिक जानने के लिए यहां क्लिक करे

डॉ अब्दुल्ला अरसलानी के बारे में

डीएनए संरचना | सभी महत्वपूर्ण पहलुओं के साथ एक विस्तृत अंतर्दृष्टिमैं अब्दुल्ला अरसलान हूं, जैव प्रौद्योगिकी में मेरी पीएचडी पूरी की। मेरे पास 7 साल का शोध अनुभव है। मैंने ४.५ के औसत प्रभाव कारक के साथ अंतरराष्ट्रीय ख्याति की पत्रिकाओं में अब तक ६ पेपर प्रकाशित किए हैं और कुछ और विचार में हैं। मैंने विभिन्न राष्ट्रीय और अंतर्राष्ट्रीय सम्मेलनों में शोध पत्र प्रस्तुत किए हैं। मेरी रुचि का विषय जैव प्रौद्योगिकी और जैव रसायन विज्ञान है जिसमें प्रोटीन रसायन विज्ञान, एंजाइमोलॉजी, इम्यूनोलॉजी, बायोफिजिकल तकनीक और आणविक जीव विज्ञान पर विशेष जोर दिया गया है।

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