डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड (डीएनए): मॉडल, रासायनिक संरचना और परिवर्तन प्रयोग

डीएनए के मॉडल, रासायनिक संरचना और परिवर्तन प्रयोगों के बारे में जानने के लिए इस लेख को पढ़ें!

डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड (डीएनए):

डीएनए कुछ पौधों के वायरस को छोड़कर सभी जीवित जीवों की कोशिकाओं में पाया जाता है। बैक्टीरियोफेज और वायरस में, डीएनए का एक केंद्रीय कोर होता है जो प्रोटीन कोट में संलग्न होता है। बैक्टीरिया में, और माइटोकॉन्ड्रिया और यूकेरियोटिक कोशिकाओं के प्लास्टिड्स में, डीएनए गोलाकार होता है और साइटोप्लाज्म में नग्न होता है।

यूकेरियोटिक कोशिकाओं के नाभिक में, डीएनए लंबे सर्पिल रूप से कुंडलित और बिना-शाखा वाले धागे, गुणसूत्र के रूप में होता है। गुणसूत्रों में, डीएनए में न्यूक्लियोप्रोटीन बनाने वाले प्रोटीन, क्रोमेटिन सामग्री के संयोजन में पाया जाता है। अप्रत्यक्ष सबूतों की कई पंक्तियों ने लंबे समय से सुझाव दिया है कि डीएनए में जीवित जीवों की आनुवंशिक जानकारी शामिल है।

कई अलग-अलग प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं का उपयोग करके प्राप्त किए गए सबसे महत्वपूर्ण परिणामों से पता चला कि अधिकांश डीएनए गुणसूत्रों में स्थित हैं, जबकि आरएनए और प्रोटीन साइटोप्लाज्म में अधिक प्रचुर मात्रा में हैं। इसके अलावा, एक सटीक सहसंबंध प्रति कोशिका डीएनए की मात्रा और प्रति कोशिका गुणसूत्रों के सेट की संख्या के बीच मौजूद है।

उदाहरण के लिए, द्विगुणित जीवों की अधिकांश दैहिक कोशिकाओं में हाप्लोइड जर्म कोशिकाओं या एक ही प्रजाति के युग्मकों के डीएनए की दोगुनी मात्रा होती है। अंत में, जीवों के सभी विभिन्न कोशिकाओं में डीएनए की आणविक संरचना एक ही (दुर्लभ अपवादों के साथ) होती है, जबकि आरएनए और प्रोटीन की संरचना गुणात्मक और मात्रात्मक रूप से एक कोशिका प्रकार से दूसरे में भिन्न होती है। जबकि ये सहसंबंध दृढ़ता से सुझाव देते हैं कि डीएनए आनुवंशिक सामग्री है, वे किसी भी तरह से इसे साबित नहीं करते हैं। प्रत्यक्ष प्रमाणों ने स्थापित किया है कि आनुवंशिक जानकारी डीएनए में एन्कोडेड है।

परिवर्तन प्रयोग:

1928 में फ्रेडरिक ग्रिफिथ द्वारा शुरू में परिवर्तन प्रयोगों का आयोजन किया गया था। उन्होंने न्यूमोकोकस (डिप्लोकॉकस न्यूमोनिया) के दो उपभेदों के मिश्रण को चूहों में इंजेक्ट किया। इन दो उपभेदों में से एक, एस III वायरलेंट था और दूसरा तनाव आर II गैर-वायरल था। हीट ने वायरल स्ट्रेन को मार डाला SIII, जब व्यक्तिगत रूप से इंजेक्शन लगाया गया तो मौत का कारण नहीं बना, यह दर्शाता है कि गर्मी की हत्या के बाद संक्रामकता खो गई है।

RII (जीवित) और S III (हीट मारे गए) के मिश्रण के साथ इंजेक्शन किए गए चूहों की मृत्यु हो गई और इन चूहों से विषाणुजनित न्यूमोकोकी को अलग किया जा सकता है। निष्कर्ष यह था कि मृत SIII कोशिकाओं के कुछ घटक (रूपांतरित सिद्धांत) ने जीवित RII कोशिकाओं को S III में बदल दिया होगा।

1944 में ओटी एवरी, सीएम मैकलेओड और एम। मैकार्थी ने इन विट्रो प्रणाली में ग्रिफ़िथ के प्रयोगों को दोहराया और पहला प्रत्यक्ष प्रमाण दिया कि आनुवंशिक सामग्री प्रोटीन या आरएनए के बजाय डीएनए है। उन्होंने दिखाया कि जीवाणु में परिवर्तन की घटना के लिए जिम्मेदार कोशिका का घटक डिप्लोकॉकस न्यूमोनिया डीएनए है। इन प्रयोगों में डीएनए, आरएनए या प्रोटीन को नीचा दिखाने वाले एंजाइम का उपयोग शामिल था।

अलग-अलग प्रयोगों में, S III कोशिकाओं से अत्यधिक शुद्ध डीएनए का उपचार किया गया:

(1) डीऑक्सीराइबोन्यूक्लेज़ (DNAase) जो डीएनए को ख़राब करता है,

2

(3) प्रोटीज (जो प्रोटीन को नीचा दिखाते हैं) और फिर RII कोशिकाओं को SIII में बदलने की क्षमता के लिए परीक्षण किया गया। डीएनए तैयार करने की बदलती गतिविधियों पर केवल DNAase का कोई प्रभाव नहीं था, इसने सभी परिवर्तनकारी गतिविधि को पूरी तरह से समाप्त कर दिया। इन प्रयोगों ने संकेत दिया कि डीएनए और प्रोटीन या आरएनए आनुवंशिक सामग्री नहीं है।

अतिरिक्त प्रत्यक्ष प्रमाण यह दर्शाते हैं कि डी.एन. हर्शे और एम.जे. चेस द्वारा बैक्टीरियोफेज टी ₂ में डीएनए आनुवंशिक सामग्री है।

डीएनए की रासायनिक संरचना:

रासायनिक विश्लेषणों से पता चला है कि डीएनए तीन अलग-अलग प्रकार के अणुओं से बना है।

1. फॉस्फोरिक एसिड (H ₃ PO ₄ ) में तीन प्रतिक्रियाशील (-OH) समूह होते हैं जिनमें से दो डीएनए के चीनी फॉस्फेट रीढ़ बनाने में शामिल होते हैं।

2. पेन्टोज़ शुगर:

डीएनए में 2 (-deoxy-D-ribose (या बस deoxyribose) होता है जो deoxyribose न्यूक्लिक एसिड नाम का कारण है।

3. जैविक आधार:

कार्बनिक आधार उनके रिंगों में नाइट्रोजन युक्त हेटरोसाइक्लिक यौगिक हैं; इसलिए उन्हें नाइट्रोजनस बेस भी कहा जाता है। डीएनए में आमतौर पर चार अलग-अलग आधार होते हैं जिन्हें एडेनिरी (ए), गुआनिन (जी), थाइमिन (टी) और साइटोसिन (सी) कहा जाता है।

इन चार ठिकानों को उनकी रासायनिक संरचना के आधार पर दो वर्गों में बांटा गया है:

(1) पिरिमिडीन (टी और सी) और

(२) प्यूरीन (ए, जी)।

डीएनए में चार अलग-अलग न्यूक्लियोसाइड पाए जाते हैं। य़े हैं:

(i) डीऑक्सीसाइडीडीन

(ii) डीऑक्सीथि- midine,

(iii) डीऑक्सीडेनोसिन और

(iv) डीऑक्सीगैगोसिन।

इसी तरह डीएनए में चार न्यूक्लियोटाइड हैं:

(i) डीऑक्सीसाइडाइक्लिक एसिड या डीऑक्सी- ycytidylate,

(ii) डीऑक्सीथाइमाइक्लिक एसिड या डीऑक्सीथाइमिडाइलेट,

(iii) डीऑक्सीडेनिलिक एसिड या डीऑक्सीएडाईनाइलेट और

(iv) डीऑक्सीगुएनाइल अम्ल या डीऑक्सीगैन्युलैट।

जब ई। चार्गफ और सहकर्मियों (1950) द्वारा कई अलग-अलग जीवों के डीएनए की संरचना का विश्लेषण किया गया, तो यह देखा गया कि (i) स्रोत की परवाह किए बिना, अणु में प्यूरिन और पिरिमिडीन घटक समान मात्रा में होते हैं (ii) एडेनिन (ए) की मात्रा थाइमिन (टी) की मात्रा के बराबर है और साइटोसिन (सी) ग्वानिन (जी) के बराबर है और (iii) आधार अनुपात A + T / G + C किसी विशेष के लिए स्थिर है प्रजातियों।

वाटसन और क्रिक डबल हेलिक्स मॉडल ऑफ़ डीएनए:

1953 में सबसे पहले डीएनए की संरचना जेडी वॉटसन और एफएच क्रिक द्वारा तैयार की गई थी। शार्गफ के आंकड़ों के आधार पर, विल्किन और फ्रेंकलिन के एक्स-रे विवर्तन निष्कर्ष और अपने स्वयं के मॉडल भवनों से निष्कर्ष, वाटसन और क्रिक ने प्रस्तावित किया कि डीएनए एक डबल हेलिक्स के रूप में मौजूद है। जिसमें दो पोलिन्यूक्लियोटाइड श्रृंखलाएं एक दूसरे के बारे में एक सर्पिल में कुंडलित होती हैं।

प्रत्येक पोलीन्यूक्लियोटाइड श्रृंखला में न्यूक्लियोटाइड का एक क्रम होता है, जो फॉस्फोडाइस्टर बॉन्ड द्वारा एक साथ जुड़ा हुआ है, आसन्न डीऑक्सीराइबोज़ मोएटिस बनाता है। दो पॉली न्यूक्लियोटाइड किस्में एक साथ उनके पेचदार विन्यास में हाइड्रोजन के संबंध में धारियों के विरोध में बेस के बीच होती हैं, जिसके परिणामस्वरूप आधार जोड़े एक सर्पिल सीढ़ी के चरणों की तरह अणु के अक्ष के लिए दो श्रृंखलाओं के बीच ढेर हो जाते हैं।

बेस पेयरिंग विशिष्ट है, एडेनिन को हमेशा थाइमिन के साथ जोड़ा जाता है, और गुआनिन को हमेशा साइटोसिन के साथ जोड़ा जाता है। इस प्रकार, सभी आधार जोड़े में एक प्यूरीन और एक पाइरीमिडीन होता है। बेस युग्मन की विशिष्टता आधारों के हाइड्रोजन संबंध क्षमताओं से उनके सामान्य विन्यास में परिणाम देती है।

उनके सबसे सामान्य संरचनात्मक विन्यासों में, एडेनिन और थाइमिन दो हाइड्रोजन बांड और ग्वानिन और साइटोसिन तीन हाइड्रोजन बांड बनाते हैं। उदाहरण के लिए, साइटोसिन और एडेनिन के बीच अनुरूप हाइड्रोजन संबंध आम तौर पर संभव नहीं है।

एक बार एक डीएनए डबल हेलिक्स के एक कतरा में ठिकानों के अनुक्रम को ज्ञात किया जाता है, दूसरे आधारों में ठिकानों के अनुक्रम को विशिष्ट आधार युग्मन के कारण स्वचालित रूप से भी जाना जाता है। एक डबल हेलिक्स के दो किस्में इस प्रकार पूरक (समान नहीं) कहलाती हैं; यह संपत्ति है, दो किस्में की पूरक है, जो आनुवंशिक जानकारी को संग्रहीत और संचारित करने के लिए डीएनए को विशिष्ट रूप से अनुकूल बनाती है।

डीएनए में बेस जोड़े डबल हेलिक्स के 10 बेस जोड़े प्रति मोड़ (360 °) के साथ 3.4A ° स्टैक किए जाते हैं। दो पूरक किस्में के चीनी-फॉस्फेट रीढ़ एंटीपैरल हैं; कि वे विपरीत रासायनिक ध्रुवीयता है।

जैसा कि एक डीएनए डबल हेलिक्स के साथ यूनिडायरेक्शनल चलता है, एक स्ट्रैंड में फॉस्फोडाइस्टर बॉन्ड एक न्यूक्लियोटाइड के 3 ot कार्बन से आसन्न न्यूक्लियोटाइड के 5 of कार्बन तक जाते हैं जबकि पूरक स्ट्रैंड में वे 5 ′ कार्बन से 3 ′ कार्बन तक जाते हैं। ।

डीएनए का ए, बी और जेड रूप:

जीवित कोशिकाओं के जलीय प्रोटोप्लाज्म में मौजूद डीएनए अणुओं का अधिकांश हिस्सा निश्चित रूप से ऊपर वर्णित वाटसन-क्रिक डबल हेलिक्स रूप में मौजूद है। इसे डीएनए का बी-रूप कहा जाता है और दाएं हाथ से जमा होने को दर्शाता है। इसमें प्रति मोड़ 10.4 आधार जोड़े शामिल हैं (ऊपर उल्लिखित 10 के बजाय)। डीहाइड्रेटेड डीएनए ए-रूप में होता है जो एक दाहिने हाथ का हेलिक्स भी होता है, लेकिन इसमें 11 बेस जोड़े प्रति मोड़ होते हैं।

जेड-फॉर्म में कुछ डीएनए अनुक्रम होते हैं, जो बाएं हाथ के जमाव को दर्शाता है, जिसमें 12 बेस जोड़े प्रति मोड़ होते हैं। जेड-डीएनए में, चीनी-फॉस्फेट रीढ़ एक जिग-ज़ैग्ड पथ का अनुसरण करता है, जो इसे जेड-डीएनए या जेड-फॉर्म नाम देता है।

डीएनए अणु के विशिष्ट खंड बी-फॉर्म से जेड-फॉर्म और इसके विपरीत में परिवर्तन से गुजर सकते हैं; इन परिवर्तनों को कुछ विशिष्ट नियामक प्रोटीन द्वारा लाया जा सकता है। जीन-विनियमन में भूमिका निभाने के लिए Z- फॉर्म डीएनए को पोस्ट किया जाता है।

डीएनए के दोहरे पेचदार संरचना के समर्थन में साक्ष्य:

वास्टन और क्रिक द्वारा दिए गए डीएनए की दोहरी पेचदार संरचना निम्नलिखित साक्ष्य द्वारा समर्थित है।

1. एमएचएफ विल्किंस और उनके सहयोगियों ने एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी द्वारा डीएनए का अध्ययन किया और इसकी दोहरी पेचदार संरचना का समर्थन किया।

2. कोर्नबर्ग और उनके सहयोगियों ने डीएनए के निर्माण ब्लॉकों एंजाइम डीएनए पोलीमरेज़ और न्यूक्लियोटाइड्स की उपस्थिति में डीएनए से मुक्त माध्यम में डीएनए को संश्लेषित करने की कोशिश की। उन्होंने पाया कि एक डीएनए मुक्त माध्यम में सभी आवश्यक यौगिकों के साथ डीएनए संश्लेषण नहीं होता है। केवल जब कुछ डीएनए को एक प्राइमर के रूप में उसी माध्यम से जोड़ा गया था, तो डीएनए संश्लेषण शुरू हुआ।