डीएनए पोलीमरेज़: प्रकार, कार्य और संरचना - जीवविज्ञान - 2025

डीएनए पोलीमरेज़ एक एंजाइम है कि इस अणु की प्रतिकृति के दौरान नई डीएनए किनारा का बहुलकीकरण को उत्प्रेरित करने के लिए जिम्मेदार है। इसका मुख्य कार्य टेम्फ़ॉस्फेट डीऑक्सीराइबोन्यूक्लियोटाइड्स को टेम्प्लेट श्रृंखला के साथ जोड़ना है। यह डीएनए की मरम्मत में भी शामिल है।

यह एंजाइम T और A के साथ A जोड़े की योजना के बाद टेम्पलेट श्रृंखला के डीएनए आधारों और नए के बीच सही युग्मन की अनुमति देता है।

मनुष्यों में डीएनए पोलीमरेज़ बीटा की संरचना।

स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स से यिक्राजुउल

डीएनए प्रतिकृति की प्रक्रिया प्रभावी होनी चाहिए और इसे जल्दी से पूरा किया जाना चाहिए, इसलिए डीएनए पोलीमरेज़ प्रति सेकंड लगभग 700 न्यूक्लियोटाइड जोड़कर काम करता है और केवल एक गलती हर 10 ⁹ या 10 ¹⁰ न्यूक्लियोटाइड को शामिल करता है।

डीएनए पोलीमरेज़ के विभिन्न प्रकार हैं। यूकेरियोट्स और प्रोकैरियोट्स दोनों में ये भिन्न होते हैं, और प्रत्येक की डीएनए प्रतिकृति और मरम्मत में विशिष्ट भूमिका होती है।

यह संभव है कि विकास में प्रकट होने वाले पहले एंजाइमों में से एक पोलीमरेज़ था, क्योंकि जीवों के विकास के लिए जीनोम को सटीक रूप से दोहराने की क्षमता एक आंतरिक आवश्यकता है।

इस एंजाइम की खोज का श्रेय आर्थर कोर्नबर्ग और उनके सहयोगियों को दिया जाता है। इस शोधकर्ता ने 1956 में Escherichia कोली के साथ काम करते हुए डीएनए पोलीमरेज़ I (पोल I) की पहचान की। इसी तरह, यह वाटसन और क्रिक थे जिन्होंने प्रस्तावित किया था कि यह एंजाइम डीएनए अणु की वफादार प्रतियां तैयार कर सकता है।

प्रकार

प्रोकैर्योसाइटों

प्रोकैरियोटिक जीव (एक सच्चे नाभिक के बिना जीव, एक झिल्ली से बंधे हुए) में तीन मुख्य डीएनए पॉलीमरेज़ होते हैं, जिन्हें आमतौर पर पोल I, II और III के रूप में संक्षिप्त किया जाता है।

डीएनए पोलीमरेज़ मैं डीएनए प्रतिकृति और मरम्मत में भाग लेता है और दोनों दिशाओं में एक्सोन्यूक्लिज़ गतिविधि होती है। प्रतिकृति में इस एंजाइम की भूमिका को गौण माना जाता है।

II डीएनए मरम्मत में भाग लेता है और इसकी एक्सोन्यूक्लिज़ गतिविधि 3'-5 'अर्थ में है। III डीएनए की प्रतिकृति और संशोधन में भाग लेता है, और पिछले एंजाइम की तरह, यह 3'-5 'अर्थ में एक्सोन्यूक्लिज गतिविधि को प्रदर्शित करता है।

यूकैर्योसाइटों

यूकेरियोट्स (एक सच्चे नाभिक के साथ जीव, एक झिल्ली द्वारा सीमांकित) में पांच डीएनए पोलीमरेज़ हैं, जिन्हें ग्रीक वर्णमाला के अक्षरों के साथ नाम दिया गया है: α, β, organ, δ और organ।

पोलीमरेज़ ria माइटोकॉन्ड्रिया में स्थित है और इस सेल ऑर्गेनेल में आनुवंशिक सामग्री की प्रतिकृति के लिए जिम्मेदार है। इसके विपरीत, अन्य चार कोशिकाओं के नाभिक में पाए जाते हैं और परमाणु डीएनए प्रतिकृति में शामिल होते हैं।

सेल विभाजन प्रक्रिया में α, और δ वेरिएंट सबसे सक्रिय हैं, यह सुझाव देते हैं कि उनका मुख्य कार्य डीएनए प्रतियों के उत्पादन से जुड़ा है।

डीएनए पोलीमरेज़ part, इसके भाग के लिए, कोशिकाओं में गतिविधि की चोटियों को प्रदर्शित करता है जो विभाजित नहीं होती हैं, इसलिए यह माना जाता है कि इसका मुख्य कार्य डीएनए की मरम्मत से जुड़ा हुआ है।

विभिन्न प्रयोगों ने परिकल्पना को सत्यापित करने में सक्षम किया है कि वे ज्यादातर डीएनए प्रतिकृति के साथ α, ε और to पोलीमरेज़ को जोड़ते हैं। प्रकार Types, γ और 3 शो 3'-5 'एक्सोन्यूक्लिज गतिविधि।

Arches

नई अनुक्रमण विधियों ने डीएनए पोलीमरेज़ परिवारों की एक विशाल विविधता की पहचान करने में सफलता प्राप्त की है। आर्किया में, विशेष रूप से, एंजाइमों का एक परिवार, जिसे डी परिवार कहा जाता है, की पहचान की गई है जो जीवों के इस समूह के लिए अद्वितीय हैं।

कार्य: डीएनए प्रतिकृति और मरम्मत

डीएनए प्रतिकृति क्या है?

डीएनए वह अणु है जो किसी जीव की सभी आनुवंशिक जानकारी को वहन करता है। यह एक चीनी, एक नाइट्रोजनस बेस (एडेनिन, ग्वानिन, साइटोसिन और थाइमिन) और एक फॉस्फेट समूह से बना होता है।

सेल डिवीजन की प्रक्रियाओं के दौरान, जो लगातार हो रहे हैं, डीएनए को जल्दी और सटीक रूप से कॉपी किया जाना चाहिए - विशेष रूप से सेल चक्र के एस चरण में। यह प्रक्रिया जहां कोशिका की प्रतिलिपि डीएनए को प्रतिकृति के रूप में जाना जाता है।

संरचनात्मक रूप से, डीएनए अणु दो स्ट्रैंड से बना होता है, जिससे एक हेलिक्स बनता है। प्रतिकृति प्रक्रिया के दौरान, ये अलग और प्रत्येक एक नए अणु के गठन के लिए एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है। इस प्रकार, सेल स्ट्रैंड की प्रक्रिया में नए स्ट्रैंड्स बेटी कोशिकाओं के पास जाते हैं।

चूंकि प्रत्येक स्ट्रैंड एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है, इसलिए डीएनए प्रतिकृति को अर्ध-रूढ़िवादी कहा जाता है - प्रक्रिया के अंत में, नए अणु में एक नया और एक पुराना स्ट्रैंड होता है। इस प्रक्रिया को 1958 में शोधकर्ताओं ने मीसल्सन और स्टाल ने आइसोपोट्स का उपयोग करके वर्णित किया था।

डीएनए प्रतिकृति को एंजाइम की एक श्रृंखला की आवश्यकता होती है जो प्रक्रिया को उत्प्रेरित करती है। इन प्रोटीन अणुओं में, डीएनए पोलीमरेज़ बाहर खड़ा है।

प्रतिक्रिया

डीएनए संश्लेषण होने के लिए, प्रक्रिया के लिए आवश्यक सबस्ट्रेट्स आवश्यक हैं: डीऑक्सीराइबोन्यूक्लियोटाइड ट्राइफॉस्फेट (dNTP)

प्रतिक्रिया तंत्र में पूरक डीएनटीपी के अल्फा फॉस्फेट पर बढ़ते स्ट्रैंड के 3 'छोर पर हाइड्रॉक्सिल समूह का न्यूक्लियोफिलिक हमला शामिल है, एक पायरोफॉस्फेट को नष्ट करता है। यह कदम बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि पोलीमराइजेशन के लिए ऊर्जा dNTPs के हाइड्रोलिसिस और परिणामी पाइरोफॉस्फेट से आती है।

पोल III या अल्फा प्राइमर को बाँधता है (बहुलक पदार्थों के गुण देखें) और न्यूक्लियोटाइड्स जोड़ना शुरू करता है। एप्सिलॉन लीड चेन को बढ़ाता है, और डेल्टा मंद स्ट्रैंड को बढ़ाता है।

डीएनए पोलीमरेज़ के गुण

सभी ज्ञात डीएनए पोलीमरेज़ प्रतिकृति प्रक्रिया से जुड़े दो आवश्यक गुणों को साझा करते हैं।

सबसे पहले, सभी पोलीमरेज़ 5'-3 'दिशा में डीएनए स्ट्रैंड को संश्लेषित करते हैं, जिससे डीएनटीपी बढ़ते श्रृंखला के हाइड्रॉक्सिल समूह में जुड़ जाते हैं।

दूसरा, डीएनए पोलीमरेज़ खरोंच से एक नए स्ट्रैंड का संश्लेषण शुरू नहीं कर सकता है। उन्हें प्राइमर या प्राइमर के रूप में जाना जाने वाला एक अतिरिक्त तत्व की आवश्यकता होती है, जो कि कुछ न्यूक्लियोटाइड से बना एक अणु है जो एक मुफ्त हाइड्रॉक्सिल समूह प्रदान करता है, जहां पोलीमरेज़ लंगर डाल सकता है और अपनी गतिविधि शुरू कर सकता है।

यह डीएनए और आरएनए पोलीमरेज़ के बीच मूलभूत अंतरों में से एक है, क्योंकि उत्तरार्द्ध एक डे नोवो श्रृंखला के संश्लेषण को शुरू करने में सक्षम है।

ओकाजाकी के टुकड़े

पिछले अनुभाग में उल्लिखित डीएनए पोलीमरेज़ की पहली संपत्ति अर्ध-रूढ़िवादी प्रतिकृति के लिए एक जटिलता का प्रतिनिधित्व करती है। जैसा कि दो डीएनए किस्में एंटीपैरल समानांतर चलती हैं, उनमें से एक को डिस्कनेक्ट किया जाता है (जिसे 3'-5 'अर्थ में संश्लेषित करने की आवश्यकता होती है)।

विलंबित स्ट्रैंड में, विखंडित संश्लेषण पोलीमरेज़ की सामान्य गतिविधि के माध्यम से होता है, 5'-3 ', और परिणामस्वरूप टुकड़े - जिसे साहित्य में ओकाज़की टुकड़े के रूप में जाना जाता है - एक अन्य एंजाइम, लिगेज द्वारा जुड़ा हुआ है।

डीएनए की मरम्मत

डीएनए लगातार कारकों के संपर्क में है, दोनों अंतर्जात और बहिर्जात, जो इसे नुकसान पहुंचा सकते हैं। ये क्षति प्रतिकृति को अवरुद्ध और जमा कर सकते हैं, जीन की अभिव्यक्ति को प्रभावित कर सकते हैं, जिससे विभिन्न सेलुलर प्रक्रियाओं में समस्याएं हो सकती हैं।

डीएनए प्रतिकृति प्रक्रिया में इसकी भूमिका के अलावा, पोलीमरेज़ भी डीएनए मरम्मत तंत्र का एक प्रमुख घटक है। वे सेल चक्र में सेंसर के रूप में भी कार्य कर सकते हैं जो डीएनए के क्षतिग्रस्त होने पर विभाजन के चरण में प्रवेश को रोकते हैं।

संरचना

वर्तमान में, क्रिस्टलोग्राफी अध्ययनों के लिए धन्यवाद, विभिन्न पॉलिमर गैसों की संरचना को स्पष्ट किया गया है। उनके प्राथमिक अनुक्रम के आधार पर, पोलीमरेज़ को परिवारों में बांटा गया है: ए, बी, सी, एक्स और वाई।

कुछ पहलू सभी पोलीमरेज़ों के लिए आम हैं, विशेष रूप से जो एंजाइम के उत्प्रेरक केंद्रों से संबंधित हैं।

इनमें दो प्रमुख सक्रिय साइटें शामिल हैं जो धातु आयनों के साथ हैं, दो एस्पार्टेट अवशेषों और एक चर अवशेषों के साथ - या तो एस्पार्टेट या ग्लूटामेट, जो धातुओं का समन्वय करता है। चार्ज किए गए अवशेषों की एक और श्रृंखला है जो उत्प्रेरक केंद्र को घेरते हैं और विभिन्न पॉलिमर गैसों में संरक्षित होते हैं।

प्रोकैरियोट्स में, डीएनए पोलीमरेज़ I एक 103 kd पॉलीपेप्टाइड है, II एक 88 kd पॉलीपेप्टाइड है, और III में दस सबयूनिट्स हैं।

यूकेरियोट्स में, एंजाइम बड़े और अधिक जटिल होते हैं: α पांच इकाइयों से बना होता है, एक सबयूनिट का β और,, दो सबयूनिट्स का, और,,।

अनुप्रयोग

पीआरसी

पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन (PRC) एक विधि है जिसका उपयोग सभी आणविक जीव विज्ञान प्रयोगशालाओं में किया जाता है, इसकी उपयोगिता और सादगी के लिए धन्यवाद। इस पद्धति का लक्ष्य बड़े पैमाने पर ब्याज के डीएनए अणु को बढ़ाना है।

इसे प्राप्त करने के लिए, जीवविज्ञानी एक डीएनए पोलीमरेज़ का उपयोग करते हैं जो गर्मी से क्षतिग्रस्त नहीं होता है (उच्च तापमान इस प्रक्रिया के लिए आवश्यक है) अणु को बढ़ाना। इस प्रक्रिया का परिणाम बड़ी संख्या में डीएनए अणु हैं जिनका उपयोग विभिन्न उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है।

तकनीक के सबसे उत्कृष्ट नैदानिक ​​उपयोगिताओं में से एक चिकित्सा निदान में इसका उपयोग है। पीआरसी का उपयोग रोगजनक बैक्टीरिया और वायरस के रोगियों की जांच के लिए किया जा सकता है।

एंटीबायोटिक्स और एंटीट्यूमर ड्रग्स

दवाओं की एक महत्वपूर्ण संख्या का उद्देश्य रोगजनक जीव में डीएनए प्रतिकृति के तंत्र को कम करना है, चाहे वह एक वायरस या जीवाणु हो।

इसमें से कुछ में, लक्ष्य डीएनए पोलीमरेज़ गतिविधि का निषेध है। उदाहरण के लिए, कीमोथेराप्यूटिक ड्रग साइटाराबिन, जिसे साइटोसिन अरबोसाइड भी कहा जाता है, डीएनए पोलीमरेज़ को निष्क्रिय कर देता है।

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