डीएनए ट्रांसक्रिप्शन: डीएनए ट्रांसक्रिप्शन की प्रक्रिया और क्रियाविधि

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डीएनए में आरएनए में एंटीसेंस या टेम्प्लेट से आनुवंशिक जानकारी की प्रतिलिपि बनाने की प्रक्रिया को प्रतिलेखन कहा जाता है। यह डीएनए से कोडित जानकारी को उस स्थान पर ले जाने के लिए है जहां प्रोटीन संश्लेषण के लिए आवश्यक है। प्रतिपूर्ति के सिद्धांतों का उपयोग प्रतिलेखन में भी किया जाता है।

इसका अपवाद यह है कि (i) टेमाइन को टेमाइन के बजाय टेम्प्लेट के एडेनिन के विपरीत शामिल किया गया है, (ii) केवल डीएनए के स्ट्रैंड को स्थानांतरित किया जाता है। दोनों डीएनए स्ट्रैंड को प्रतिलेखन में कॉपी नहीं किया जा सकता है क्योंकि यह दो प्रकार के प्रोटीन का उत्पादन करेगा, एक अमीनो एसिड के सही अनुक्रम के साथ और दूसरा एमिनो एसिड के रिवर्स अनुक्रम के साथ।

इसके अलावा, यदि दो पूरक आरएनए एक साथ उत्पन्न होते हैं, तो उनके पास दोहरी फंसे हुए आरएनए बनाने की प्रवृत्ति होगी, जिसके परिणामस्वरूप प्रोटीन में कोडित जानकारी का परिशोधन होता है। प्रतिलेखन का पूरा अभ्यास तब व्यर्थ दिखाई देगा।

ट्रांसक्रिप्शन यूनिट:

प्रतिलेखन में भाग लेने वाले डीएनए के खंड को प्रतिलेखन इकाई (छवि। 6.16) कहा जाता है। इसके तीन घटक हैं (i) एक प्रवर्तक, (ii) संरचनात्मक जीन और (iii) एक टर्मिनेटर। एक प्रमोटर के अलावा, यूकेरियोट्स को एन्हांसर की भी आवश्यकता होती है। प्रमोटर संरचनात्मक जीन के ऊपर स्थित है। कन्वेंशन द्वारा इसे 5 ′ एंड कहा जाता है (कोडिंग स्ट्रैंड जो टेम्पलेट स्ट्रैंड का 3 template एंड है)। टर्मिनेटर क्षेत्र 3 of छोर (कोडिंग स्ट्रैंड जो वास्तव में टेम्पलेट स्ट्रैंड का 5 str अंत है) में संरचनात्मक जीन के बहाव के नीचे मौजूद है। प्रमोटर के पास विभिन्न प्रतिलेखन कारकों के लगाव के लिए अलग-अलग हिस्से होते हैं।

कई मामलों में, प्रमोटर के पास एटी समृद्ध क्षेत्र होता है जिसे TATA बॉक्स कहा जाता है। इस क्षेत्र में एक नाली है, जिसमें विशिष्ट प्रोटीन घटक संयोजित हो सकते हैं। TATA युक्त क्षेत्र को इसके खोजकर्ता के नाम के बाद Pribnow बॉक्स भी कहा जाता है।

स्ट्रक्चरल जीन डीएनए के उस स्ट्रैंड का घटक है जिसमें 3 '→ 5 that ध्रुवता है (जैसा कि प्रतिलेखन केवल 5' → 3 → दिशा में हो सकता है)। डीएनए के इस स्ट्रैंड को टेम्प्लेट स्ट्रैंड या मास्टर स्ट्रैंड या एंटीसेंस, या (-) स्ट्रैंड कहा जाता है। अन्य स्ट्रैंड जिसमें 5 '→ 3 has की ध्रुवीयता है, प्रतिलेखन के दौरान विस्थापित हो जाती है। यह nontemplate स्ट्रैंड जो प्रतिलेखन में भाग नहीं लेता है, उसे अर्थ या कोडिंग स्ट्रैंड या प्लस (+) स्ट्रैंड भी कहा जाता है क्योंकि इस स्ट्रैंड में मौजूद आनुवंशिक कोड जेनेटिक कोड (mRNA पर आधारित) के समान होता है सिवाय इसके कि यूरेसिल को थाइमिन से बदल दिया जाता है।

ट्रांसक्रिप्शन का तंत्र:

यूकेरियोट्स में, विभेदित कोशिकाओं में I-चरण के दौरान प्रतिलेखन होता है, लेकिन जी ₁ में अधिक होता है, और नाभिक के अंदर कोशिका चक्र के जी ₂ चरण। आवश्यकता के आधार पर, एक संरचनात्मक जीन एक से कई आरएनए अणुओं को स्थानांतरित कर सकता है। ट्रांसक्रिप्शन उत्पाद अनुवाद के लिए साइटोप्लाज्म में निकल जाते हैं।

प्रोकैरियोट्स में, प्रतिलेखन साइटोप्लाज्म के संपर्क में होता है क्योंकि उनका डीएनए साइटोप्लाज्म में निहित होता है। ट्रांसक्रिप्शन के लिए डीएनए पर निर्भर आरएनए पोलीमरेज़ की आवश्यकता होती है। यूकेरियोट्स में तीन आरएनए पोलीमरेज़, पोल I (पोल ए) (राइबोसो के लिए- mal या rRNAs को छोड़कर 5S rRNA), पोल II (mRNA, snRNS के लिए) और पोल III (स्थानांतरण या tRNA के लिए, 5 rRNA, और कुछ स्नैना) हैं। यूकेरियोटिक आरएनए पोलीमरेज़ को भी दीक्षा के लिए प्रतिलेखन कारकों की आवश्यकता होती है।

डीएनए के विभिन्न भाग विभिन्न राइबोन्यूक्लिक एसिड के प्रतिलेखन में शामिल हैं। प्रोकैरियोट्स में केवल एक आरएनए-पोलीमरेज़ होता है जो सभी प्रकार के आरएनए का संश्लेषण करता है। Escherichia कोलाई के Rna पोलीमरेज़ में पांच पॉलीपेप्टाइड चेन β, ase ', α, α' और एक '(सिग्मा) कारक हैं। होलोनीजाइम का आणविक भार 4, 50, 000 है। सिग्मा या एक कारक डीएनए के स्टार्ट सिग्नल या प्रमोटर क्षेत्र (TATA बॉक्स) को पहचानता है।

पोलीमरेज़ एंजाइम माइनस с फैक्टर के हिस्से को कोर एंजाइम (चित्र। 6.17) कहा जाता है। α और α’- पॉलीपेप्टाइड सुरक्षात्मक होते हैं जबकि β और '’प्रकृति में उत्प्रेरक होते हैं।

प्रतिलेखन की समाप्ति के लिए आरएचओ (पी) कारक नामक एक समाप्ति कारक आवश्यक है। कई अन्य कारकों की भी आवश्यकता होती है- डीएनए डुप्लेक्स की अंधाधुंधता के लिए, अवांछित डीएनए स्ट्रैंड का स्थिरीकरण, बेस पेयरिंग, ट्रांसक्शन आरएनए के पृथक्करण और प्रसंस्करण।

1. रिबो-न्यूक्लियोटाइड्स का सक्रियण:

राइबोन्यूक्लियोटाइड्स डीओक्सीरिबोन्यूक्लियोटाइड्स से भिन्न होते हैं, क्योंकि डिओक्सीराइबोज शर्करा के बजाय राइबोज शर्करा होता है। थाइमिडाइन मोनोफॉस्फेट को यूरिडीन मोनोफॉस्फेट द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। राइबोन्यूक्लियोटाइड्स के चार प्रकार एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट (एएमपी), गुआनोसिन मोनोफॉस्फेट (जीएमपी), यूरिडीन मोनोस्फॉस्फेट (यूएमपी) और साइटिडीन मोनोफॉस्फेट (सीएमपी) हैं। वे न्यूक्लियोप्लाज्म में स्वतंत्र रूप से होते हैं। प्रतिलेखन से पहले, न्यूक्लियोटाइड्स फॉस्फोराइलेशन के माध्यम से सक्रिय होते हैं। ऊर्जा के साथ एंजाइम फॉस्फोरिलस की आवश्यकता होती है। सक्रिय या फॉस्फोराइलेटेड राइबोन्यूक्लियोटाइड्स एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी), गुआनोसिन ट्राइफॉस्फेट (जीटीपी), यूरिडाइन ट्राइफॉस्फेट (यूटीपी) और साइटिडीन ट्राइफॉस्फेट (सीटीपी) हैं।

2. डीएनए टेम्पलेट:

विशिष्ट संकेतों पर, एक या अधिक सिस्ट्रोन्स से संबंधित डीएनए के खंड डी-रेप्रैस हो जाते हैं और ट्रांसएज करने के लिए तैयार होते हैं। इस तरह के प्रत्येक डीएनए ट्रांसक्रिप्शन सेगमेंट में एक प्रमोटर क्षेत्र, दीक्षा स्थल, कोडिंग क्षेत्र और एक टर्मिनेटर क्षेत्र होता है। प्रतिलेखन दीक्षा स्थल पर शुरू होता है और समाप्ति क्षेत्र पर समाप्त होता है। एक प्रमोटर क्षेत्र में आरएनए पोलीमरेज़ मान्यता स्थल और आरएनए पोलीमरेज़ बाध्यकारी साइट है।

चेन ओपनिंग सबसे अधिक खरीद में TATAATG न्यूक्लियोटाइड्स (TATA बॉक्स) के कब्जे वाले क्षेत्र में होती है। श्रृंखला पृथक्करण के लिए आवश्यक एंजाइमों में सिकुड़न, गायरिस और एकल फंसे हुए बाध्यकारी प्रोटीन होते हैं। टर्मिनेटर क्षेत्र में या तो पाली ए आधार अनुक्रम या पैलिंड्रोमिक अनुक्रम (दो डीएनए श्रृंखलाओं में विपरीत दिशाओं में चलने वाला समान आधार अनुक्रम) है।

आरएनए पोलीमरेज़ (प्रचार में आम और यूकैरियोट्स में विशिष्ट) खुद को प्रमोटर क्षेत्र में बांधता है। डीएनए के दो स्ट्रैंड्स पोलीमरेज़ बाइंडिंग की साइट से उत्तरोत्तर निकलते हैं। डीएनए के दो स्ट्रैंड्स में से एक (3'- »5 functions) आरएनए के ट्रांसक्रिप्शन के लिए एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है। इसे मास्टर, टेम्प्लेट या एंटीसेंस स्ट्रैंड कहा जाता है। प्रतिलेख गठन 5 '-> 3' दिशा में होता है।

3. आधार जोड़ी:

आसपास के माध्यम में मौजूद रिबोन्यूक्लियोसाइड ट्राइफॉस्फेट डीएनए टेम्पलेट (एंटीसैंस स्ट्रैंड) के नाइट्रोजन आधारों के विपरीत आते हैं। वे पूरक जोड़े बनाते हैं, यू विपरीत ए, ए विपरीत टी, एचडी विपरीत जी, और जी विपरीत सी। एक पाइरोफॉस्फेट प्रत्येक राइबोन्यूक्लियोसाइड ट्राइफॉस्फेट से राइबोन्यूक्लियोटाइड बनाने के लिए जारी किया जाता है। पाइरोफॉस्फेट एंजाइम पाइरोफॉस्फेट की मदद से हाइड्रोलाइज किया जाता है। इससे ऊर्जा निकलती है।

4. श्रृंखला गठन:

आरएनए पोलीमरेज़ की मदद से डीएनए टेम्पलेट पर आयोजित आसन्न रिबो-न्यूक्लियोटाइड्स आरएनए श्रृंखला बनाने के लिए जुड़ते हैं। प्रोकैरियोट्स में, एक एकल पोलीमरेज़ प्रमोटर और दीक्षा क्षेत्र को पहचानता है। यूकेरियोट्स में, प्रतिलेखन सक्रियण के लिए अलग-अलग प्रतिलेखन कारक और आरएनए पोलीमरेज़ हैं। जैसे-जैसे आरएनए श्रृंखला का निर्माण शुरू होता है, प्रोकैरियोटिक आरएनए पोलीमरेज़ का सिग्मा (ए) कारक अलग हो जाता है। आरएनए पोलीमरेज़ (कोर एंजाइम) डीएनए टेम्प्लेट के साथ आगे बढ़ता है, जो प्रति सेकंड कुछ 30 न्यूक्लियोटाइड्स की दर से आरएनए श्रृंखला को बढ़ाता है। पोलीमरेज़ के टर्मिनेटर क्षेत्र में पहुँचते ही आरएनए संश्लेषण बंद हो जाता है। इसके लिए आरएचओ कारक (पी) आवश्यक है। टर्मिनेटर क्षेत्र में स्टॉप सिग्नल होता है। इसमें 4-8 ए-न्यूक्लियोटाइड भी होते हैं।

5. RNA का पृथक्करण:

समाप्ति या आरएचओ कारक में एटीपी-एश गतिविधि (रॉबर्ट्स, 1976) है। यह आरएनए श्रृंखला को पूरा करने में मदद करता है। जारी आरएनए को प्राथमिक प्रतिलेख कहा जाता है। इसे कार्यात्मक आरएनए बनाने के लिए संसाधित किया जाता है। कई प्रोकैरियोट्स में, संबंधित कार्यों के कुछ संरचनात्मक जीन को एक साथ ऑपरॉन में समूहीकृत किया जाता है। एक ओपेरॉन को एकल इकाई के रूप में स्थानांतरित किया जाता है। इस तरह की प्रतिलेखन इकाई एक पॉलीसिस्ट्रोनिक mRNA का उत्पादन करती है। यूकेरियोट्स में, प्रतिलेखन इकाई एक मोनो-सिस्ट्रोनिक mRNA पैदावार देती है।

6. द्वैध गठन। प्राथमिक प्रतिलेख जारी होने के बाद, डीएनए के दो स्ट्रैंड्स पूरक आधार जोड़े के बीच संबंध स्थापित करते हैं। जाइरेसीस, बर्डेस और एसएसबी प्रोटीन जारी किए जाते हैं। नतीजतन डीएनए का दोहरा पेचदार रूप फिर से शुरू हो जाता है।

7. पोस्ट-ट्रांसक्रिप्शन प्रोसेसिंग:

प्राथमिक प्रतिलेख अक्सर कार्यात्मक आरएनए से बड़ा होता है। इस प्राथमिक प्रतिलेख को विषम परमाणु आरएनए या hnRNA कहा जाता है, विशेष रूप से mRNA के मामले में। पोस्ट-ट्रांसक्रिप्शन प्रोसेसिंग को सभी प्रकार के आरएनए के प्राथमिक ट्रांसक्रिप्ट को कार्यात्मक आरएनए में बदलना आवश्यक है (चित्र। 6.18)। यह चार प्रकार का होता है:

(i) दरार:

बड़े आरएनए अग्रदूतों को छोटे आरएनए बनाने के लिए क्लीव किया जाता है। यूकैरियोट्स में आरआरएनए का प्राथमिक प्रतिलेख 45 एस है। यह निम्नलिखित बनाने के लिए cleaved है:

प्राथमिक प्रतिलेख भी rfoonuclease-P (एक आरएनए एंजाइम) द्वारा cleaved है। एक प्राथमिक प्रतिलेख 5-7 tRNA अग्रदूत बन सकता है।

(ii) विभाजन:

यूकैरियोटिक ट्रांसक्रिप्शंस में अतिरिक्त खंड होते हैं जिन्हें इंट्रॉन या इंटरवेंइंग सीक्वेंस या नॉनकोडिंग सीक्वेंस कहा जाता है। वे परिपक्व या संसाधित आरएनए में प्रकट नहीं होते हैं। कार्यात्मक कोडिंग अनुक्रमों को एक्सॉन कहा जाता है। स्प्लिंग इंट्रोन्स को हटाने और एक्सॉन के फ्यूजन को कार्यात्मक आरएनए बनाने के लिए है। प्रत्येक इंट्रॉन डाइन्यूक्लियोटाइड जीई से शुरू होता है और डाइन्यूक्लियोटाइड एजी (जीयू-एजी नियम) के साथ समाप्त होता है।

वे एसएन-आरएनपी (स्नेप्स के रूप में स्पष्ट) या छोटे परमाणु राइबोन्यूक्लियोप्रोटीन (अर्थात उल, यू 2, यू 4, यू 5, यू 6) के स्प्लिसिंग तंत्र के घटकों द्वारा पहचाने जाते हैं। स्प्लिसोसम नामक एक कॉम्प्लेक्स का निर्माण 5 GU अंत (GU) और 3 AG अंत (AG) के बीच होता है। ऊर्जा एटीआर से प्राप्त की जाती है यह इंट्रॉन को हटा देती है। आसन्न एक्सोन को एक साथ लाया जाता है। सिरों को आरएनए लिगेज (चित्र 6.18) द्वारा सील कर दिया जाता है।

इंट्रोन्स हाल के विकास नहीं हैं। वे तब प्रकट हुए जब आरएनए-केंद्रित जेनेटिक मशीनरी की जगह थी। इसलिए, विभाजित जीन और स्प्लिट ट्रांसक्रिप्स आनुवंशिक प्रणाली की प्राचीन विशेषताएं हैं। विभाजन शाही सेना की मध्यस्थता उत्प्रेरक कार्य करता है। ऐसे कई और आरएनए आश्रित प्रक्रियाएँ प्रकाश में आ रही हैं।

(iii) टर्मिनल परिवर्धन (कैपिंग और टिकटिंग):

अतिरिक्त न्यूक्लियोटाइड्स को विशिष्ट कार्यों के लिए आरएनए के सिरों पर जोड़ा जाता है, जैसे, tRNA में CCA सेगमेंट, mRNA या पॉली-ए सेगमेंट के 5 at छोर पर कैप न्यूक्लियोटाइड्स (mRNA) के 3 of छोर पर पॉली-ए सेगमेंट (200-300 अवशेष)। कैप 7-मिथाइल गुआनोसिन या 7mG में GTP के संशोधन द्वारा बनता है।

(iv) न्यूक्लियोटाइड संशोधन:

वे tRNA- मिथाइलेशन (जैसे, मिथाइल साइटोसिन, मिथाइल गुआनोसिन), डिमिनेशन (जैसे, एडेनिन से इनोसाइन), डायहाइड्रोकैसिल, स्यूडोसिल, आदि सबसे आम हैं।

प्रोकैरियोट्स में, mRNA को सक्रिय होने के लिए किसी विस्तृत प्रसंस्करण की आवश्यकता नहीं होती है। इसके अलावा, प्रतिलेखन और अनुवाद एक ही क्षेत्र में होते हैं। यह mRNA के पूरी तरह से बनने से पहले ही अनुवाद की शुरुआत में परिणाम देता है।

आरएनए के इन विट्रो संश्लेषण में पहली बार ओचोआ (1967) द्वारा किया गया था।