डीएनए प्रतिकृति: डीएनए प्रतिकृति के तंत्र

डीएनए प्रतिकृति के कुछ सबसे महत्वपूर्ण तरीके इस प्रकार हैं!

यूकेरियोट्स में डीएनए प्रतिकृति अर्धचालक, अर्ध-विच्छिन्न और द्विदिश है जैसा कि अर्धवृत्ताकार, द्विदिश और प्रोकैरियोट्स में निरंतर है।

छवि सौजन्य: dbriers.com/tutorials/wp-content/uploads/2012/12/DNA_replication_split.png

कोशिका चक्र के एस-चरण के दौरान डीएनए प्रतिकृति होती है। यह एक मल्टीस्टेप जटिल प्रक्रिया है जिसमें एक दर्जन से अधिक एंजाइम और प्रोटीन कारकों की आवश्यकता होती है। यह एक विशेष स्थान पर शुरू होता है जिसे प्रतिकृति या ओरी की उत्पत्ति कहा जाता है। बैक्टीरियल और वायरल डीएनए में प्रतिकृति की एक ही उत्पत्ति होती है। यह एकल प्रतिकृति इकाई या प्रतिकृति के रूप में कार्य करता है।

यूकेरियोटिक डीएनए में प्रतिकृति की उत्पत्ति के एक नंबर हैं। इसके कई रेप्लिकेटिंग सेगमेंट या प्रतिकृतियां हैं, यानी, मल्टीप्लीकोनिक। ओरी की अनुपस्थिति में, प्रतिकृति उत्पन्न नहीं होगी। पुनः संयोजक डीएनए प्रौद्योगिकी के लिए एक वेक्टर की आवश्यकता प्रतिकृति की उत्पत्ति प्राप्त करना है।

डीएनए की प्रतिकृति ऊर्जावान रूप से अत्यधिक महंगी है। डीएनए प्रतिकृति का मुख्य एंजाइम डीएनए पर निर्भर डीएनए पोलीमरेज़ है। डीएनए प्रतिकृति काफी तेज है। ई। कोलाई के डीएनए की प्रतिकृति 4.6 x 10 ⁶ बीपी के साथ 19 मिनट की आवश्यकता होती है।

प्रत्येक दिशा में आधारों के पोलीमराइजेशन की औसत दर 2000 बीपी प्रति सेकंड है। प्रतिकृति को प्रचुर मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है जो डीऑक्सीराइबोन्यूक्लियोटाइड्स के ट्राइफॉस्फेट के टूटने से आती है।

प्रतिकृति निम्नानुसार होती है:

1. डीऑक्सीराइबोन्यूक्लियोटाइड्स का सक्रियण:

डीऑक्सीराइबोन्यूक्लियोटाइड्स या डीऑक्सीराइबोन्यूक्लोसाइड मोनोफॉस्फेट न्यूक्लियोप्लाज्म के अंदर स्वतंत्र रूप से होते हैं। वे चार प्रकार के होते हैं- डीएएमपी (डीऑक्सीएडेनोसिन मोनोफॉस्फेट), डीजीएमपी (डीऑक्सीगैनोसिन मोनोफॉस्फेट), डीपीसीपी (डीऑक्सीसाइडाइन मोनोफॉस्फेट) और डीटीपी (डीऑक्सीथाइमीन मोनोफोस्फेट)। वे पहले phos- phorylated और सक्रिय रूपों में परिवर्तित हो जाते हैं जिनमें एक के बजाय तीन फॉस्फेट अवशेष होते हैं। ऊर्जा के साथ-साथ एंजाइम फॉस्फोरिलस की आवश्यकता होती है।

फॉस्फोराइलेटेड न्यूक्लियोटाइड्स डीएटीपी (डीऑक्सीएडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट), डीजीटीपी (डीऑक्सीगैनोसिन ट्राइफॉस्फेट), डीसीटीपी (डीओक्सीसाइडाइन ट्राइफॉस्फेट) और डीटीटीपी (डीओक्सीथाइमिडाइन ट्राइफॉस्फेट) हैं। ठिकानों के ये ट्राइफॉस्फेट दोहरे उद्देश्य से काम करते हैं। वे सब्सट्रेट के साथ-साथ न्यूक्लियोटाइड के पोलीमराइजेशन के लिए ऊर्जा प्रदान करते हैं।

2. डीएनए स्ट्रैंड्स का एक्सपोजर:

एंजाइम हेलिकेज़ (ब्रेडेज़) ओरी साइट पर काम करता है और हाइड्रोजन बॉन्ड को नष्ट करके डीएनए के दो स्ट्रैंड्स को खोल देता है। पृथक स्ट्रैंड्स को एकल स्ट्रैंडेड बाइंडिंग प्रोटीन (एसएस बीपी) या हेलिक्स स्थिर प्रोटीन के माध्यम से स्थिर किया जाता है। अनवॉइंडिंग अधिक uncoils बनाकर uncoiled भाग में तनाव पैदा करता है। तनाव एंजाइम टॉइज़ोमोरेसिस द्वारा जारी किया जाता है।

वे डीएनए स्ट्रैंड से बाहर निकलने और रहने का कारण बनते हैं। टोपोइज़ोमेरेज़ के साथ, बैक्टीरिया के पास डीएनए गाइरेज़ नामक एक अन्य एंजाइम होता है जो नकारात्मक सुपरकोइल का परिचय दे सकता है (पुराने श्रमिकों का मानना ​​था कि गाइरेस हेलिकेज़ और टोपोइज़ोमेरेस दोनों के लिए कार्य करता है)।

विभिन्न एंजाइमों की मदद से प्रतिकृति के लिए डीएनए के दोनों किस्में खुली हो जाती हैं। हालाँकि, बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता के कारण एक खिंचाव में पूरा डीएनए नहीं खुलता है। अलगाव की बात दोनों दिशाओं की ओर धीरे-धीरे बढ़ती है। प्रत्येक दिशा में, यह वाई-आकार की संरचना को प्रतिकृति फोर्क (छवि 6.13 और 6.14) नाम देता है।

3. आरएनए प्राइमर:

नई डीएनए श्रृंखलाओं की शुरुआत के लिए यह आवश्यक है। आरएनए प्राइमर आरएनए का एक छोटा किनारा होता है जिसे डीएनए विशिष्ट आरएनए पोलीमरेज़ एंजाइम की मदद से नए डीएनए स्ट्रैंड के 5 er छोर पर संश्लेषित किया जाता है। आरएनए प्राइमर एक स्ट्रैंड के फ्री एंड पर और दूसरे स्ट्रैंड के फोर्क एंड पर बनता है। आरएनए प्राइमर का गठन डीएनए संश्लेषण की दीक्षा चरण का गठन करता है क्योंकि आरएनए प्राइमर की उपस्थिति के बिना, डीएनए पॉलीमरेज़ न्यूक्लियोटाइड्स जोड़ नहीं सकते हैं।

एक अधिक जटिल एंजाइम जिसे प्राइमो कुछ कहा जाता है, उसे फेज विज़ एक्स 174 और कुछ अन्य प्रोकैरियोटिक प्रणालियों में आवश्यक होता है। यूकेरियोट्स में, प्राइमेज का कार्य एंजाइम डीएनए पोलीमरेज़ α द्वारा किया जाता है। यह ~ 10 बेस आरएनए और डीएनए के 20-30 बेस (लेविन, 2004) का निर्माण करता है। न्यूक्लियोटाइड श्रृंखला की शुरुआत के बाद, आरएनए प्राइमर को हटा दिया जाता है और यूकेरियोट्स में प्रोकैरियोट्स और डीएनए पोलीमरेज़ DNA में डीएनए पोलीमरेज़ I द्वारा अंतराल को भर दिया जाता है।

4. डीएनए पोलीमरेज़:

प्रोकैरियोट्स में तीन प्रमुख प्रकार के डीएनए सिंथेसाइजिंग एंजाइम होते हैं, जिन्हें डीएनए पोलीमरेज़ III, II और I कहा जाता है। ये सभी न्यूक्लियोटाइड्स को 5 '-> 3 on दिशा पर 3> -> 5 of पैरेंट स्ट्रैंड के खिंचाव में जोड़ते हैं। उनके पास 3 '-> 5 ′ एक्सो-न्यूक्लियस गतिविधि भी है। जबकि डीएनए पोलीमरेज़ III मुख्य रूप से डीएनए प्रतिकृति (नए आधारों के अलावा और पोलीमराइज़ेशन) में शामिल है, पोलीमरेज़ I प्रमुख मरम्मत एंजाइम है। पॉलिमरेज़ II मामूली मरम्मत एंजाइम है।

डीएनए पोलीमरेज़ I में 5 -> 3 एक्सोन्यूक्लिज़ गतिविधि भी है। यूकेरियोट्स में पाँच प्रकार के डीएनए पोलीमरेज़ पाए जाते हैं- α, γ, five, five, और five, लेकिन प्रमुख तीन α, δ और e हैं। पॉलिमरेज़ 8 प्रमुख स्ट्रैंड की प्रतिकृति में शामिल है। पॉलीमरेज़ अन्य भूमिकाओं के साथ लैगिंग स्ट्रैंड के संश्लेषण में मदद कर सकता है। पॉलिमरेज़ α डीएनए की प्रतिकृति का सबसे बड़ा और मुख्य एंजाइम है। सभी डीएनए पोलीमरेज़ों में एक तरफ अंगूठे के साथ हाथ पकड aे का विन्यास होता है, दूसरी ओर उंगलियां और हथेली जैसे अवतल उत्प्रेरक साइट के लिए टेम्पलेट और बेस जोड़े होते हैं।

5. आधार जोड़ी:

दो अलग डीएनए किस्में प्रतिकृति कांटा समारोह में टेम्पलेट्स के रूप में। डीऑक्सीराइबोन्यूक्लॉइड ट्राइफॉस्फेट, उजागर डीएनए टेम्प्लेट के नाइट्रोजन आधारों के विपरीत स्थित होते हैं - डीटीटीपी ए के विपरीत, डीसीटीपी विपरीत जी, डीएटीपी विपरीत टी और डीजीटीपी सी के विपरीत।

न्यूक्लियोफिलिक हमला ट्राईफास्फेट से एक पाइरोफॉस्फेट (पीपीआई) को अलग करता है। फॉस्फोडिएस्टर लिंकेज स्थापित हैं। एंजाइम पायरोफॉस्फेट द्वारा पाइरोफॉस्फेट के हाइड्रोलिसिस से ऊर्जा निकलती है। डीऑक्सीराइबोनोसाईड ट्राइफॉस्फेट → डीऑक्सीराइबोनोसाईसाइड मोनोफॉस्फेट + पीपीआई

ऊर्जा का उपयोग नाभिकों के मुक्त न्यूक्लियोटाइड्स और नाइट्रोजन आधारों के बीच हाइड्रोजन बंध स्थापित करने में किया जाता है।

6. श्रृंखला गठन:

प्रोकैरियोट्स में डीएनए पोलीमरेज़ III (कोर्नबर्ग, 1956) और यूकेरियोट्स में पोलीमरेज़ δ / III की आवश्यकता होती है। डीएनए पोलीमरेज़ III एक जटिल एंजाइम है जिसमें सात सबयूनिट्स (ए, a, a, a, €, a, a) होते हैं। एमजी ²⁺, एटीपी (जीटीपी), टीपीपी और डीएनए पोलीमरेज़ III की उपस्थिति में, प्रत्येक टेम्पलेट डीएनए स्ट्रैंड के नाइट्रोजन आधारों से जुड़े आसन्न न्यूक्लियोटाइड फॉस्फोडिएस्टर बॉन्ड स्थापित करते हैं और तैयार डीएनए स्ट्रैंड से जुड़े होते हैं।

प्रतिकृति आय के रूप में, माता-पिता डीएनए डुप्लेक्स के नए क्षेत्र अलग हो जाते हैं और इसलिए प्रतिकृति दूसरी जगह से मूल स्थान की ओर तेजी से आगे बढ़ती है। आरएनए प्राइमर को हटा दिया जाता है और डीएनए पोलीमरेज़ I के माध्यम से पूरक न्यूक्लियोटाइड्स से भरा अंतराल। डीएनए की दोहरी श्रृंखला की अनुक्रमिक उद्घाटन और दो चेन बनाने के लिए इसकी प्रतिकृति के कारण, डीएनए प्रतिकृति को जिपर दोहराव भी कहा जाता है।

हालांकि, डीएनए-पोलीमरेज़ न्यूक्लियोटाइड को केवल 5 '→ 3 ′ दिशा में 3> -> 5 adds स्ट्रैंड पर पॉलीमर कर सकता है क्योंकि यह उन्हें 3 ase छोर पर जोड़ता है। चूंकि डीएनए के दो किस्में एंटीपैरल समानांतर दिशाओं में चलती हैं, इसलिए दो टेम्पलेट प्रतिकृति के लिए अलग-अलग छोर प्रदान करते हैं। दो खाकों पर प्रतिकृति इस प्रकार विपरीत दिशाओं में आगे बढ़ती है। ध्रुवीयता के साथ एक स्ट्रैंड -> 5 3 अपने पूरक स्ट्रैंड को लगातार बनाता है क्योंकि बाद के 3'end हमेशा बढ़ाव के लिए खुले होते हैं।

इसे अग्रणी किनारा कहा जाता है। ध्रुवीयता ′ with 3 के साथ दूसरे टेम्पलेट पर प्रतिकृति बंद है क्योंकि डीएनए स्ट्रैंड का केवल एक छोटा खंड 5 in → 3 दिशा में बनाया जा सकता है, क्योंकि एक समय में टेम्पलेट का एक छोटा सा खिंचाव होता है। प्रतिकृति डीएनए के छोटे खंडों को ओकाज़ाकी अंश (= ओकासाकी खंड) कहा जाता है; रीजी ओकाजाकी, 1968)। उनमें से प्रत्येक में प्रोकैरियोट्स में 1000- 2000 बीपी और यूकेरियोट्स में 100-200 बीपी है।

हर बार एक नया ओकाजाकी टुकड़ा बनाने के लिए एक आरएनए प्राइमर की भी आवश्यकता होती है। आरएनए प्राइमर को डीऑक्सीराइबोन्यूक्लियोटाइड्स और उनके पोलीमराइजेशन के साथ बदलने के बाद, ओकाजाकी टुकड़े एंजाइम, डीएनए लिगेज (खोराना, 1967) द्वारा एक साथ जुड़ जाते हैं। ओकाजाकी टुकड़ों से बने डीएनए स्ट्रैंड को लैगिंग स्ट्रैंड कहा जाता है।

जैसे-जैसे एक स्ट्रैंड लगातार बढ़ता जाता है जबकि दूसरा स्ट्रैंड डिसकंटीन्यू होता जाता है, डीएनए प्रतिकृति सेमी-डिसकंटेंट होती है। चूंकि प्रतिकृति प्रतिकृति या ओरी की उत्पत्ति से अप्रत्यक्ष रूप से आगे बढ़ती है, एक पैरेंट स्ट्रैंड एक तरफ एक प्रमुख स्ट्रैंड और दूसरी तरफ लैगिंग स्ट्रैंड बनाएगा। रिवर्स दूसरी तरफ के पैरेंट स्ट्रैंड्स पर होता है। यह पूरे प्रतिकृति में एक साथ प्रतिकृति को पूरा करने में मदद करता है।

7. सबूत पढ़ने और डीएनए की मरम्मत:

एक गलत आधार कभी-कभी प्रतिकृति के दौरान पेश किया जाता है। आवृत्ति दस हजार में से एक है। डीएनए पोलीमरेज़ III समान होने में सक्षम है। यह वापस जाता है, गलत आधार को हटा देता है, उचित आधार को जोड़ने की अनुमति देता है और फिर आगे बढ़ता है। हालांकि, यहां तक ​​कि डीएनए पोलीमरेज़ III भी थाइमिन से यूरैसिल को भेद करने में असमर्थ है, इसलिए इसे थाइमिन के स्थान पर अक्सर शामिल किया जाता है। इस तरह के एक बेमेल को कई एंजाइमों के माध्यम से ठीक किया जाता है।

म्यूटेशन, यूवी एक्सपोज़र या बेमेल होने के कारण डीएनए को होने वाले किसी भी नुकसान के लिए एक अलग मरम्मत तंत्र है जो प्रूफ-रीडिंग मैकेनिज्म से बच जाता है। मरम्मत के क्षेत्र के पास एंडोक्लीज के कारण एक निक या ब्रेक होता है। डीएनए पोलीमरेज़ I (कोमबर्ग, 1969) यदि वर्तमान या टेम्पलेट के रूप में अक्षुण्ण स्ट्रैंड का उपयोग करके एक सही प्रतिस्थापन का संश्लेषण करता है, तो बेमेल या गलत न्यूक्लियोटाइड को हटा देता है। नवगठित खंड को डीएनए लिगेज द्वारा सील कर दिया गया है।