डीएनए सुपरकोइलिंग | डीएनए पैकेजिंग के लिए एक महत्वपूर्ण तंत्र

डीएनए सुपरकोइलिंग | डीएनए पैकेजिंग के लिए एक महत्वपूर्ण तंत्र

विषय-सूची

सुपरकोलिंग क्या है? | डीएनए सुपरकोइलिंग

एक कोशिका का डीएनए जैसा कि हम सभी जानते हैं, बहुत संकुचित होता है, जो उच्च स्तर के संरचनात्मक संगठन का उल्लेख करता है। डीएनए का फोल्डिंग मैकेनिज्म सेलुलर डीएनए को पैक करता है ताकि डीएनए के अंदर की जानकारी सुलभ रहे।

हमें डीएनए प्रतिकृति और ट्रांसक्रिप्शनल प्रक्रिया को समझने के लिए डीएनए की मूल संरचना की सावधानीपूर्वक जांच करने की आवश्यकता है। हमें डीएनए संरचना की एक महत्वपूर्ण संपत्ति के बारे में पूर्व ज्ञान होना चाहिए जो है सुपर कॉइलिंग.

सुपरकोइलिंग का तात्पर्य एक कुंडलित संरचना के आगे के कोइलिंग से है। उदाहरण के लिए, उदाहरण के लिए, एक टेलीफोन का तार आमतौर पर एक कुंडलित तार होता है। टेलीफोन की बॉडी और रिसीवर के बीच के तार में अक्सर कम से कम एक सुपरकोइल होता है। डीएनए डबल-हेलिकल संरचना का निर्माण करने के लिए दो डीएनए स्ट्रैंड एक दूसरे के चारों ओर लपेटते हैं। डीएनए की धुरी में कुंडलित होने से सुपरकोलिंग होती है। अधिकांश भाग के लिए डीएनए में सुपरकोलिंग, अंतर्निहित संरचनात्मक तनाव का संकेत है। जब कोई परिणामी डीएनए अक्षीय झुकाव नहीं होता है, तो डीएनए को शिथिल अवस्था में माना जाता है।

डीएनए सुपरकोलिंग
चित्र: डीएनए सुपरकोइलिंग, डीएनए में पाए जाने वाले सुपरकोलिंग के स्तर। संक्षेप में, यह टेलीफोन के तार के कोइलिंग जैसा दिखता है
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हमने अनुमान लगाया होगा कि डीएनए के संघनन की प्रक्रिया में कुछ सुपरकोलिंग शामिल हैं। शायद कम आश्चर्य की बात यह है कि डीएनए की प्रतिकृति और प्रतिलेखन अतिरिक्त रूप से प्रभावित करते हैं और सुपरकोलिंग से प्रभावित होते हैं। प्रतिकृति और प्रतिलेखन दोनों के लिए डीएनए स्ट्रैंड की टुकड़ी और डीएनए के पेचदार अनइंडिंग की आवश्यकता होती है।

  • वह डीएनए खुद ही मुड़ जाएगा और कोशिका में कॉम्पैक्ट रूप से पैक डीएनए में सुपरकोल्ड हो जाएगा, उस समय समझदार दिखाई देगा, और शायद महत्वहीन भी।
  • हालांकि, कई गोलाकार डीएनए अणु उनके निष्कर्षण और शुद्धिकरण के बाद भी असाधारण रूप से सुपरकोल्ड रहते हैं।
  • इससे पता चलता है, सुपरकोलिंग डीएनए की आंतरिक संपत्ति है। यह प्रत्येक कोशिका डीएनए में होता है और प्रत्येक कोशिका द्वारा असाधारण रूप से नियंत्रित किया जाता है।
  • सुपरकोलिंग के विभिन्न मापन योग्य गुणों को मानकीकृत किया गया है, और सुपरकोइलिंग की जांच ने डीएनए की संरचना और इसके कार्य में कई अंतर्दृष्टि दी है।
  • यह जांच टोपोलॉजी के विचारों और किसी वस्तु के गुणों की जांच पर आधारित है जो गतिशील परिस्थितियों में नहीं बदलती है।

डीएनए के लिए, लगातार विकृतियों में थर्मल गति या प्रोटीन इंटरेक्शन या अन्य रासायनिक एजेंटों के कारण गठनात्मक परिवर्तन शामिल होते हैं; आंतरायिक विकृतियों में डीएनए स्ट्रैंड टूटना शामिल है। एक वृत्ताकार डीएनए के लिए टोपोलॉजिकल गुण डीएनए स्ट्रैंड में संरचनात्मक परिवर्तनों से प्रभावित नहीं होते हैं यदि स्ट्रैंड ब्रेक मौजूद नहीं हैं। टोपोलॉजिकल गुण विशेष रूप से शुगर-फॉस्फेट रीढ़ की हड्डी के टूटने और डीएनए स्ट्रैंड में से किसी एक के फिर से जुड़ने से परेशान होते हैं। वर्तमान में हम सुपरकोलिंग की मूलभूत विशेषताओं और भौतिक आधार की जांच करते हैं।

अधिकांश सेलुलर डीएनए अंडरवाउंड है

सुपरकोलिंग को पहचानने के लिए, हमें शुरू में छोटे वृत्ताकार डीएनए जैसे छोटे वायरल डीएनए और प्लास्मिड की विशेषताओं पर ध्यान देना चाहिए। यदि डीएनए किसी भी स्ट्रैंड में टूटता नहीं है, तो इसे एक बंद गोलाकार डीएनए माना जाता है। मान लीजिए कि एक गोलाकार डीएनए अणु का डीएनए बी-फॉर्म संरचना बनाने के लिए बारीकी से संरेखित होता है, जैसा कि वाटसन-क्रिक ने उल्लेख किया है। बी-डीएनए के एक मोड़ में १०.५ बीपी होते हैं; फिर, डीएनए सुपरकोल्ड के बजाय शिथिल हो जाता है।

सुपरकोलिंग तब देखी जाती है जब डीएनए संरचनात्मक तनाव के अधीन होता है। शुद्ध गोलाकार डीएनए बहुत कम ही आराम की स्थिति में पाया जाता है, चाहे इसकी उत्पत्ति कुछ भी हो। इसके अलावा, डीएनए के स्रोत या उत्पत्ति के आधार पर सुपरकोलिंग की एक विशिष्ट डिग्री होती है। डीएनए संरचना तनावपूर्ण है ताकि यह सुपरकोलिंग से गुजर सके। लगभग हर घटना में, तनाव गोलाकार डबल-हेलिकल डीएनए के अंडरवाइंडिंग का परिणाम है।

  • कहने का तात्पर्य है, और डीएनए में बी-डीएनए संरचना की तुलना में कम पेचदार मोड़ होते हैं।
  • बी-डीएनए में एक बारी में 10.5 बेस पेयर (बीपी) होते हैं।
  • तो, एक आराम से वृत्ताकार डीएनए के 84 बीपी के टुकड़े में आठ पेचदार मोड़ होंगे। या प्रत्येक 10.5 बीपी के लिए एक मोड़।
  • यदि इनमें से एक मोड़ को हटा दिया जाता है, तो बी-डीएनए में पाए जाने वाले 84 के बजाय (7 बीपी)/12.0 = 10.5 बीपी प्रति मोड़ होगा।

यह डीएनए संरचना के सबसे स्थिर रूप से विचलन है, और डीएनए अणु थर्मोडायनामिक रूप से तदनुसार तनावग्रस्त है। आमतौर पर, सुपरकोइल को फ्रेम करने के लिए डीएनए अक्ष को अपने आप पर कोइल करके बहुत अधिक तनाव दर्ज किया जाएगा, इस 84 बीपी सेक्शन में तनाव का एक हिस्सा बड़े डीएनए कण की अनियंत्रित संरचना में बिखर जाएगा)।

बुनियादी स्तर पर, दो डीएनए स्ट्रैंड को लगभग दस बीपी की दूरी के लिए अलग करके तनाव को प्रेरित किया जा सकता है।

सर्कुलर डीएनए में, अंडरवाइंडिंग द्वारा प्रस्तुत तनाव आमतौर पर स्ट्रैंड अलगाव के बजाय सुपरकोलिंग द्वारा दर्ज किया जाता है, क्योंकि डीएनए की धुरी में कोइलिंग को आमतौर पर पूरक आधार जोड़े के बीच हाइड्रोजन बॉन्ड को तोड़ने की तुलना में कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। 

महत्वपूर्ण नोट: इस बात के बावजूद कि विवो में डीएनए की अंडरवाइंडिंग डीएनए स्ट्रैंड को अलग करना आसान बनाती है, जिससे उनमें निहित आनुवंशिक जानकारी तक पहुंच की पेशकश होती है।

प्रत्येक कोशिका अपने डीएनए को एंजाइमी चक्रों की मदद से लगातार कम करती है, और बाद में तनावग्रस्त अवस्था एक प्रकार की संग्रहीत ऊर्जा का निर्माण करती है। कोशिकाएं डीएनए को अंडरवाउंड रूप में रखती हैं ताकि यह आसानी से कुंडलित हो सके। डीएनए मेटाबोलाइजिंग एंजाइमों के लिए डीएनए की अंडरवाइंडिंग गंभीर रूप से महत्वपूर्ण है, जिन्हें उनके कार्य के एक घटक के रूप में स्ट्रैंड सेपरेशन की आवश्यकता होती है।

अंडरवाउंड अवस्था को केवल बंद गोलाकार डीएनए के मामले में ही रखा जाता है, या इसे प्रोटीन (हिस्टोन) से बांधा जाना चाहिए ताकि स्ट्रैंड एक दूसरे के चारों ओर न लिपटें। यदि एक गोलाकार डीएनए का किनारा टूट जाता है जो अलग हो जाता है और गैर-प्रोटीन बाध्य होता है, तो बिंदु पर मुक्त गति या घुमाव से अंडरवाउंड डीएनए तुरंत अपनी आराम की स्थिति में वापस आ जाएगा। गोलाकार डीएनए में, पेचदार घुमावों की संख्या सुपरकोलिंग की डिग्री प्रदान करती है।

टोपोलॉजिकल लिंकिंग नंबर डीएनए अंडरवाइंडिंग को परिभाषित करता है

टोपोलॉजी विभिन्न विचार देता है जो इस बातचीत में सहायक होते हैं, विशेष रूप से संख्या को जोड़ने का विचार। लिंकिंग नंबर डबल हेलिकल डीएनए की टोपोलॉजिकल विशेषताओं पर आधारित एक संपत्ति है क्योंकि यह डीएनए के विकृत होने या बिना टूटे मुड़ने पर नहीं बदलता है। लिंकिंग नंबर (Lk) में प्रदर्शित किया गया है।

हमें एक दोहरे पेचदार वृत्ताकार डीएनए के दो स्ट्रैंड के अलगाव को चित्रित करके शुरू करना चाहिए। यदि दो स्ट्रैंड जुड़े हुए हैं, तो वे एक टोपोलॉजिकल बॉन्ड के माध्यम से उत्पादक रूप से जुड़े हुए हैं। सभी बेस स्टैकिंग इंटरैक्शन और हाइड्रोजन बॉन्ड के बावजूद, टोपोलॉजिकल बॉन्ड अभी भी दो स्ट्रैंड में शामिल होता है।

यदि हम एक गोलाकार डीएनए के एक स्ट्रैंड को सतह (उदाहरण के लिए, एक साबुन फिल्म) के रूप में मानते हैं, तो लिंकिंग नंबर को दूसरे स्ट्रैंड के कारण सतह के प्रवेश की संख्या के रूप में चित्रित किया जाता है। एक गोलाकार डीएनए के लिए, लिंकिंग संख्या हमेशा एक पूर्णांक मान होती है।

परंपरागत रूप से, लिंकिंग संख्या सकारात्मक होती है जब डीएनए डबल हेलिक्स के तार दाएं हाथ के हेलिक्स में इंटरवाउंड करते हैं। यदि डीएनए डबल हेलिक्स के स्ट्रैंड बाएं हाथ के हेलिक्स में इंटरवाउंड करते हैं, तो लिंकिंग नंबर नकारात्मक निकलता है। डीएनए में नेगेटिव लिंकिंग नंबर व्यावहारिक रूप से सामने नहीं आते हैं।

जब वृत्ताकार डीएनए अणु को शिथिल किया जाता है, तो लिंकिंग संख्या को डीएनए अणु में कई बेस जोड़े द्वारा बेस पेयर प्रति टर्न (~ 10.5) द्वारा आसानी से निर्धारित किया जा सकता है। २१०० बीपी वाले एक गोलाकार डीएनए के लिए, यह २०० की एक लिंकिंग संख्या प्रदर्शित करेगा।

लिंकिंग संख्या की गणना उन डीएनए अणुओं के लिए की जाती है जो किसी भी डीएनए स्ट्रैंड में नहीं टूटते हैं। स्ट्रैंड के टूटने की स्थिति में, टोपोलॉजिकल बॉन्ड मौजूद नहीं होते हैं; इसलिए लिंकिंग नंबर अपरिभाषित रहता है।

अब हम लिंकिंग संख्या परिवर्तन के परिणामस्वरूप डीएनए अंडरवाइंडिंग को चित्रित करने में सक्षम हैं। आराम से डीएनए में कनेक्टिंग नंबर, Lk0, परिप्रेक्ष्य (संदर्भ) के स्रोत के रूप में उपयोग किया जाता है। एक लिंकिंग संख्या वाले डीएनए अणु के लिए = 200 (Lk .)0 = 200), यदि इस डीएनए अणु से दो मोड़ निकाले या निकाले जाते हैं, तो Lk = 198। समीकरण परिवर्तन को चित्रित कर सकता है:

एलके = एलके - एलके0

एलके = 198 - 200 = -2

लिंकिंग संख्या में परिवर्तन को विशिष्ट लिंकिंग अंतर (σ) या सुपरहेलिकल घनत्व (यह मात्रा डीएनए की लंबाई पर निर्भर नहीं करती है) के संदर्भ में व्यक्त करना बेहतर है। विशिष्ट लिंकिंग संख्या को गणितीय रूप से परिभाषित किया जाता है कि हटाए गए घुमावों की संख्या (लिंकिंग संख्या में परिवर्तन) को डीएनए की आराम की स्थिति में मौजूद कई मोड़ों से विभाजित किया जाता है।

= Lk/Lk0

इसलिए, 200 की लिंकिंग संख्या वाले डीएनए अणु के लिए, यदि इसमें से दो मोड़ हटा दिए जाते हैं, तो विशिष्ट लिंकिंग अंतर बन जाता है

= -2/200 = -0.01 

यह दर्शाता है कि बी-डीएनए अणु में मौजूद कुल पेचदार घुमावों में से 2 में से 200 (1%) हटा दिए जाते हैं।

सकारात्मक सुपरकोइलिंग | नकारात्मक सुपरकोइलिंग

सेलुलर डीएनए की अंडरवाइंडिंग की डिग्री आम तौर पर 5% से 7% है; यानी -0.05 से -0.07। यह ऋणात्मक चिन्ह दर्शाता है कि लिंकिंग संख्या में परिवर्तन के कम होने या डीएनए के अंडरवाइंडिंग के कारण अपेक्षित है। अंडरवाइंडिंग द्वारा ट्रिगर की गई सुपरकोलिंग को इस तरह से नकारात्मक सुपरकोलिंग के रूप में जाना जाता है। वैकल्पिक रूप से, कुछ शर्तों के तहत, सकारात्मक सुपरकोलिंग लाकर डीएनए को ओवरवाउंड किया जा सकता है।

महत्वपूर्ण नोट: सकारात्मक सुपरकोलिंग (ओवरवाउंड डीएनए) के कारण डीएनए अक्ष में घुमा का मार्ग नकारात्मक सुपरकोलिंग (अंडरवाउंड डीएनए) के कारण डीएनए अक्ष को घुमाने की दर्पण छवि है।

सुपरकोइलिंग निश्चित रूप से एक मनमानी बातचीत नहीं है; सुपरकोलिंग आमतौर पर बी-डीएनए की लिंकिंग संख्या को बढ़ाकर या घटाकर डीएनए पर प्रदान किए गए टॉर्सनल स्ट्रेन द्वारा निर्देशित होती है। 

एक डीएनए स्ट्रैंड के टूटने से एक-एक करके संख्या में परिवर्तन होता है, एक छोर को 360 . से मोड़ता हैo स्ट्रैंड (अखंड) के बारे में और बी-डीएनए के टूटे हुए सिरों को फिर से जोड़ना।

यह परिवर्तन वृत्ताकार डीएनए में आधार जोड़े या परमाणुओं की संख्या को विचलित नहीं करता है। दो प्रकार के वृत्ताकार डीएनए जो एक टोपोलॉजिकल प्रॉपर्टी (उदाहरण के लिए, लिंकिंग नंबर) में भिन्न होते हैं, कहलाते हैं टोपोइज़ोमर्स.

डीएनए सुपरकोइलिंग | डीएनए पैकेजिंग के लिए एक महत्वपूर्ण तंत्र
चित्र: डीएनए में सकारात्मक और नकारात्मक सुपरकोइलिंग का प्रतिनिधित्व https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/98/Subhash_nucleoid_06.png

लिंकिंग नंबर को दो प्राथमिक घटकों में विभाजित किया जा सकता है जिन्हें ट्विस्ट (ट्व) और राइट (डब्ल्यूआर) के रूप में जाना जाता है। लिंकिंग नंबर की तुलना में इन्हें चित्रित करना कठिन है। फिर भी, राइट को पेचदार अक्ष के कोइलिंग का एक कार्य माना जा सकता है और ट्विस्ट को पड़ोसी आधार जोड़े और स्थानीय घुमा के स्थानिक संबंध के रूप में निर्धारित किया जाता है। इस बिंदु पर, लिंकिंग संख्या में परिवर्तन के परिणामस्वरूप तनाव के अनुपात में परिवर्तन होता है जो सामान्य रूप से रिट (सुपरकोइलिंग) द्वारा और ट्विस्ट में कुछ भिन्नताओं द्वारा बनाया जाता है, इसके बाद समीकरण होता है:

Lk Tw Wr

जरूरी नहीं कि Tw और Wr पूर्णांक हों। राइट और ट्विस्ट टोपोलॉजिकल गुणों के बजाय ज्यामितीय गुण हैं क्योंकि विकृतियां उन्हें वृत्ताकार डीएनए में बदल सकती हैं।

वे सुपरकोलिंग का कारण बनते हैं और स्ट्रैंड अलगाव को बहुत सरल बनाते हैं। डीएनए का अंडरवाइंडिंग सर्कुलर डीएनए में कई अन्य संरचनात्मक परिवर्तनों के साथ संयुग्मन में काम करता है। ये कम शारीरिक महत्व के हैं लेकिन अंडरवाइंडिंग के प्रभावों को दिखाने में मदद करते हैं।

एक क्रूसिफ़ॉर्म में आमतौर पर कई अयुग्मित आधार होते हैं; डीएनए अंडरवाइंडिंग आवश्यक स्ट्रैंड पृथक्करण को बनाए रखने में सहायता करता है। दाएं हाथ के दोहरे पेचदार डीएनए अंडरवाइंडिंग के परिणामस्वरूप जेड-डीएनए के साथ संगत न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम वाले स्थानों पर बाएं हाथ के जेड-डीएनए के छोटे पैच का निर्माण होता है।

टोपोइज़ोमेरेज़ | लिंकिंग नंबर में बदलाव | नकारात्मक सुपरकोइलिंग का परिचय

डीएनए सुपरकोलिंग एक प्रक्रिया है जो डीएनए चयापचय को प्रभावित करती है। प्रत्येक कोशिका में विशिष्ट एंजाइम होते हैं जिनमें डीएनए डबल हेलिक्स को कम करने या संभावित रूप से आराम करने की एकमात्र क्षमता होती है। एंजाइम जो डीएनए अंडरवाइंडिंग में कमी या वृद्धि का कारण बनते हैं उन्हें टोपोइज़ोमेरेज़ के रूप में जाना जाता है; वे आमतौर पर सुपरकोलिंग को बनाए रखने के लिए डीएनए की लिंकिंग संख्या को बदलते हैं।

डीएनए सुपरकोइलिंग | डीएनए पैकेजिंग के लिए एक महत्वपूर्ण तंत्र
चित्र: क्रिया का तंत्र और टोपोइज़ोमेरेज़ का निषेध
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Topoisomerase_DNA.gif#/media/File:Topoisomerase_DNA.gif

ये एंजाइम डीएनए पैकेजिंग और डीएनए की प्रतिकृति की प्रक्रिया में विशेष रूप से महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। मोटे तौर पर टोपोइज़ोमेरेज़ को दो प्रमुख प्रकारों में वर्गीकृत किया गया है:

  • टाइप I टोपोइज़ोमेरेज़ डबल हेलिकल डीएनए से एक स्ट्रैंड को तोड़ता है। यह अटूट डीएनए स्ट्रैंड को गैप से गुजारता है और टूटे हुए सिरे को बांधता है; टाइप I टोपोइज़ोमेरेज़ 1 की वृद्धि से Lk में परिवर्तन लाता है। 
  • टाइप II टोपोइज़ोमेरेज़ डबल हेलिकल डीएनए डबल हेलिक्स के दोनों स्ट्रैंड को तोड़ते हैं और Lk को 2 की वृद्धि से बदलते हैं।

डीएनए की टोपोलॉजी पर टोपोइज़ोमेरेज़ के प्रभाव को जेल वैद्युतकणसंचलन (एग्रोसे) द्वारा वर्णित किया जा सकता है। समान लिंकिंग संख्या वाले समान प्लास्मिड डीएनए की आबादी वैद्युतकणसंचलन के दौरान एक असंतत बैंड के रूप में यात्रा करती है। इस तकनीक द्वारा कम से कम 1 Lk मान वाले टोपोइज़ोमर्स को अलग किया जा सकता है, इसलिए टोपोइज़ोमेरेज़ द्वारा प्रेरित लिंकिंग संख्या में परिवर्तन को आसानी से पहचाना जा सकता है।

ई. कोलाई में चार विशिष्ट व्यक्तिगत टोपोइज़ोमेरेज़ (I से IV) होते हैं। प्रकार I (टोपोइज़ोमेरेज़ I और III शामिल हैं): 

आमतौर पर डीएनए डबल हेलिक्स को नकारात्मक सुपरकोल्स को खत्म करके आराम देता है (इस प्रकार, एलके मान में वृद्धि)। बैक्टीरियल टाइप I टोपोइज़ोमेरेज़ लिंकिंग संख्या को कैसे बढ़ाते हैं, इसमें समझाया गया है। एक प्रकार II बैक्टीरियल टोपोइज़ोमेरेज़ या डीएनए गाइरेज़, नकारात्मक सुपरकोइल को प्रेरित करने और अंततः Lk मान को कम करने में सक्षम है।

इसे प्राप्त करने के लिए यह एटीपी की ऊर्जा का उपयोग करता है। डीएनए डबल हेलिक्स की लिंकिंग संख्या को बदलने के लिए, टाइप II टोपोइज़ोमेरेज़ डीएनए डबल हेलिक्स के दो स्ट्रैंड को अलग करते हैं, और बाद में यह ब्रेक के माध्यम से दूसरे डुप्लेक्स को पार करने की अनुमति देता है। जीवाणु डीएनए के सुपरकोइलिंग का स्तर पूरी तरह से टोपोइज़ोमेरेज़ I और II विनियमन के तहत है। यूकेरियोट्स में टाइप I और टाइप II दोनों प्रकार के टोपोइज़ोमेरेज़ होते हैं।

टोपोइज़ोमेरेज़ I और III प्रकार I एंजाइम के वर्ग से संबंधित हैं; जबकि टाइप II एंजाइम में टोपोइज़ोमेरेज़ II-α और II-β शामिल हैं। यूकेरियोटिक प्रकार II टोपोइज़ोमेरेज़ डीएनए को कम नहीं कर सकते (नकारात्मक सुपरकोलिंग को प्रेरित करते हैं), फिर भी वे नकारात्मक और सकारात्मक सुपरकोलिंग को आराम कर सकते हैं।

डीएनए सुपरकोइलिंग | डीएनए पैकेजिंग के लिए एक महत्वपूर्ण तंत्र
चित्र: डीएनए में नकारात्मक सुपरकोइलिंग का प्रेरण https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Subhash_nucleoid_04.png#/media/File:Subhash_nucleoid_04.png

हम अपनी बाद की चर्चा में क्रोमैटिन की बातचीत में यूकेरियोटिक कोशिकाओं में नकारात्मक सुपरकोइल की शुरुआत की संभावना पर विचार करेंगे।

डीएनए संघनन के लिए सुपरकोलिंग की आवश्यकता होती है

सुपरकोल्ड डीएनए डबल हेलिक्स विभिन्न मामलों में एक समान है। सुपरकोइलिंग एक डीएनए अणु में दाएं हाथ से होता है जो नकारात्मक रूप से सुपरकोल्ड होता है, और वे कई शाखाओं के साथ एक कॉम्पैक्ट संरचना को प्रदर्शित करने के बजाय संकीर्ण और विस्तारित होते हैं। इस सुपरहेलिकल घनत्व पर जो आमतौर पर कोशिकाओं में अनुभव किया जाता है, शाखाओं के साथ सुपरकोलिंग की धुरी की लंबाई, कुल डीएनए लंबाई का लगभग 40% है।

इस प्रकार की सुपरकोइलिंग को पल्टोनेमिक सुपरकोइलिंग के रूप में जाना जाता है (यह ग्रीक शब्द "प्लेक्टोस" का अर्थ है "घुमावदार" और "नेमा" का अर्थ है "स्ट्रिंग")।

यह शब्द किसी भी डिजाइन पर लागू होता है जिसमें नियमित रूप से जुड़े हुए तार होते हैं, और यह पेलेक्टोनेमिक सुपरकोइलिंग में सुपरकोल्ड डीएनए की समग्र संरचना का एक सभ्य वर्णन है। प्रयोगशाला में पृथक डीएनए में दिखाई गई संरचना पैक्ड सेलुलर डीएनए को पर्याप्त संघनन प्रदान नहीं करती है। दूसरे प्रकार का सुपरकोइलिंग, जिसे सोलनॉइडल के रूप में जाना जाता है, एक अंडरवाउंड डीएनए द्वारा निर्मित किया जा सकता है।

डीएनए सुपरकोइलिंग | डीएनए पैकेजिंग के लिए एक महत्वपूर्ण तंत्र
चित्र: डीएनए में मिला सोलेनोइडल सुपरकोइलिंग का एक उदाहरण https://en.wikipedia.org/wiki/File:Solenoid_30_nm_fibre_structure_closer_and_farther_away.png

पेलेटोनेमिक रूप के विपरीत (विस्तारित दाएं हाथ के सुपरकोइलिंग द्वारा विशेषता), सोलनॉइडल सुपरकोइलिंग को बाएं हाथ के तंग मोड़ों की विशेषता है। भले ही उनकी संरचनाएं एक-दूसरे से काफी भिन्न हों, सोलेनोइडल और पेलेक्टोनेमिक दो प्रकार के नकारात्मक सुपरकोइलिंग हैं जो कि अंडरवाउंड डीएनए का एक समान टुकड़ा ले सकता है।

दो संरचनाएं अक्सर परस्पर परिवर्तनीय होती हैं। हालांकि, पेलेक्टोनेमिक संरचना अधिक स्थिर है। लेकिन सोलनॉइडल संरचना अक्सर प्रोटीन बाइंडिंग द्वारा स्थिर होती है, जो कि क्रोमैटिन में पाई जाने वाली संरचना है। यह बहुत अधिक उच्च स्तर का संघनन देता है। सोलेनोइडल सुपरकोइलिंग में, अंडरवाइंडिंग डीएनए संघनन में योगदान देता है।

निष्कर्ष

इस लेख में हमने डीएनए के सुपरकोइलिंग के तंत्र और सुपरकोलिंग प्रक्रिया में शामिल एंजाइमों और प्रोटीनों के बारे में गहन चर्चा की। हम आगामी पोस्टों में डीएनए के और पहलुओं पर चर्चा करना जारी रखेंगे। डीएनए की संरचना के बारे में जानने के लिए यहां क्लिक करे

साक्षात्कार प्रश्नोत्तर

Q1 सकारात्मक सुपरकोलिंग क्यों महत्वपूर्ण है?

उत्तर: सकारात्मक डीएनए सुपरकोलिंग हिस्टोन से डीएनए को खोलने की सुविधा देता है और इन विट्रो में न्यूक्लियोसोम संरचना को बदल देता है; इसके विपरीत, न्यूक्लियोसोम जल्दी से नकारात्मक डीएनए सुपरकोल्ड बनाते हैं। इस प्रकार, यह माना जाता है कि प्रतिलेखन की प्रत्येक घटना में, आरएनए पोलीमरेज़ के बाद सकारात्मक सुपरकोलिंग को धक्का दिया जाता है। संचित सकारात्मक मरोड़ तनाव न्यूक्लियोसोम में परिवर्तन को ट्रिगर करता है और ऐसी स्थिति बनाता है जिसमें पोलीमरेज़ पूरे न्यूक्लियोसोमल सरणी के माध्यम से कुशलता से प्रसारित होता है।

Q2 सुपरकोलिंग अच्छा है या बुरा?

उत्तर: डीएनए का सुपरकोइलिंग महत्वपूर्ण है क्योंकि डीएनए एक बहुत लंबा अणु है, और इसे माइक्रोमीटर के क्रम के त्रिज्या वाले सेल में फिट होना होता है। इसे फिट करने के लिए वाइंडिंग के लूप के भीतर बार-बार लूप की आवश्यकता होती है, इस प्रकार की वाइंडिंग को सुपरकोइलिंग के रूप में जाना जाता है। यह प्रतिलेखन और प्रतिकृति प्रक्रिया को भी नियंत्रित करता है। 

Q3 DNA की धनात्मक सुपरकोलिंग कैसे बढ़ती है?

उत्तर: डीएनए की सकारात्मक सुपरकोलिंग तब होती है जब डीएनए का दायां हाथ, डबल हेलिक्स बहुत अधिक तंग (दाएं दिए गए डिज़ाइन में विपरीत) तब तक मुड़ा होता है जब तक कि हेलिक्स गाँठना शुरू नहीं कर देता।

Q4 बैक्टीरिया में नकारात्मक सुपरकोलिंगco

उत्तर: बैक्टीरियल डीएनए आमतौर पर बैक्टीरिया कोशिकाओं में नकारात्मक सुपरकोलिंग प्रदर्शित करता है क्योंकि इसमें पेचदार घुमावों की कमी होती है। इसकी बी-डीएनए संरचना में, डीएनए डबल हेलिक्स की किस्में प्रत्येक 10.5 बेस जोड़े के बाद एक पूर्ण मोड़ बनाती हैं। घुमावों की संख्या बढ़ने से डीएनए डबल हेलिक्स सख्त हो जाता है और डीएनए डबल हेलिक्स में अक्षीय कॉइलिंग के कारण झुर्रीदार हो जाता है। डुप्लेक्स को अंडरवाइंडिंग के माध्यम से खत्म करने से विपरीत प्रभाव पड़ता है, जिससे डुप्लेक्स राइट नकारात्मक हो जाता है।

Q5 नेगेटिव सुपरकोलिंग क्यों महत्वपूर्ण है?

उत्तर: नकारात्मक सुपरकोइलिंग में प्रतिकृति और प्रतिलेखन के दौरान डीएनए के स्ट्रैंड अलगाव का एक महत्वपूर्ण प्राकृतिक कार्य है। स्ट्रैंड सेपरेशन नकारात्मक सुपरकोल्ड डीएनए में मरोड़ वाले तनाव को कम करता है। इस तरह, आराम से डीएनए की तुलना में नकारात्मक सुपरकोल्ड डीएनए में किस्में को अलग करना ऊर्जावान रूप से कम खर्चीला है, और ऊर्जा में अंतर डीएनए छूट द्वारा प्रस्तुत किया जाता है।

Q6 सकारात्मक सुपरकोलिंग डीएनए उच्च तापमान में डीएनए को अधिक स्थिर क्यों बनाता है?

उत्तर: सकारात्मक डीएनए सुपरकोलिंग दो डीएनए स्ट्रैंड के बीच लिंक की संख्या को बढ़ाता है। एक संरचना जो डीएनए डबल हेलिक्स को गर्मी-प्रेरित विकृतीकरण के खिलाफ प्रतिरोध देती है, इसे हाइपर-थर्मोफिलिक स्थितियों के तहत स्थिर बनाती है। हाइपर-थर्मोफिलिक परिस्थितियों में रहने वाले जीवाणु से पृथक प्लास्मिड ने इन परिस्थितियों में नहीं रहने वाले जीवाणु से पृथक प्लास्मिड की तुलना में एक उच्च लिंकिंग संख्या प्रदर्शित की।

Q7 सुपरकोइल प्लास्मिड डीएनए दूसरे फॉर्म एक्स लीनियर की तुलना में कम से कम प्रतिरोध के साथ agarose के माध्यम से क्यों पलायन करता है?

उत्तर: इसकी सुपरकोल्ड प्रकृति के कारण, डीएनए के टुकड़े आकार में छोटे हो जाते हैं और इस प्रकार जेल से कम घर्षण बाधा का अनुभव करते हैं - इसके परिणामस्वरूप डीएनए के इस रूप की गति अन्य रूपों की तुलना में तेज होती है।

Q8 विवश और अप्रतिबंधित डीएनए सुपरकोलिंग में क्या अंतर है?

उत्तर: टोपोलॉजिकल स्ट्रेन के कारण "फ्री" डीएनए में सुपरकोलिंग को चित्रित करने के लिए "अप्रतिबंधित" शब्द का उपयोग किया जाता है। यह यूकेरियोट्स में इसके लायक होने के लिए समर्थित या प्रोटीन पर निर्भर नहीं है, जहां डीएनए के लगभग 147 बेस जोड़े न्यूक्लियोसोम के चारों ओर घुमाए जाते हैं, जो अनिवार्य रूप से 2 यूनिट हिस्टोन एच 2 ए, एच 2 बी, एच 3 और एच 4 से बना एक हिस्टोन ऑक्टेमर है। इस प्रकार के सुपरकोइलिंग को "विवश" के रूप में वर्गीकृत किया गया है क्योंकि न्यूक्लियोसोम संरचना इसे बाधित करती है।

Q9 कौन सा एंजाइम डीएनए डुप्लेक्स के एक स्ट्रैंड को काटने में मदद करता है ताकि दो स्ट्रैंड की कॉइलिंग को मुक्त किया जा सके?

उत्तर: टोपोइज़ोमेरेज़ स्ट्रैंड में कटौती करता है और कॉइलिंग छोड़ता है। टाइप I टोपोइज़ोमेरेज़ डबल हेलिकल डीएनए से एक स्ट्रैंड को तोड़ता है। यह अटूट डीएनए स्ट्रैंड को गैप से गुजारता है और टूटे हुए सिरे को बांधता है; टाइप I टोपोइज़ोमेरेज़ 1 की वृद्धि से Lk में परिवर्तन लाता है। टाइप II टोपोइज़ोमेरेज़ डबल हेलिकल डीएनए डबल हेलिक्स के दोनों स्ट्रैंड को तोड़ता है और Lk को 2 की वृद्धि से बदल देता है।

Q10 क्या बैक्टीरियल प्लास्मिड गोल होते हैं, या वे सुपरकोल्ड होते हैं?

उत्तर: कई प्रजातियों में, जीवाणु डीएनए गोलाकार और नकारात्मक रूप से सुपरकोल्ड होता है। मध्य-विकास (घातीय) चरण में एस्चेरिचिया कोलाई से शुद्ध किया गया एक प्लास्मिड = −0.06 की डिग्री तक सुपरकोल्ड होता है। सेल के अंदर, अप्रतिबंधित सुपरकोलिंग इस मूल्य का लगभग आधा है।

डॉ अब्दुल्ला अरसलानी के बारे में

डीएनए सुपरकोइलिंग | डीएनए पैकेजिंग के लिए एक महत्वपूर्ण तंत्रमैं 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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