डीएनए प्रतिकृति: तंत्र, प्रोकैरियोट्स और यूकेरियोट्स में - जीवविज्ञान - 2025

डीएनए (डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड) की प्रतिकृति जीनोम की नकल करना है, अर्थात, एक समान डीएनए की सभी आनुवांशिक जानकारी दो समान प्रतियों का उत्पादन करने के लिए। जीनोम में एक पूर्ण जीव के निर्माण के लिए आवश्यक जानकारी है।

कोशिका विभाजन से पहले, डीएनए प्रतिकृति होती है। अर्धसूत्रीविभाजन के माध्यम से, यौन प्रजनन के लिए युग्मकों का उत्पादन किया जाता है। माइटोसिस के माध्यम से, सेल प्रतिस्थापन (जैसे, त्वचा और रक्त) और विकास (जैसे, ऊतक और अंग) होते हैं।

स्त्रोत: I, मदप्राइम

डीएनए की संरचना को जानने से हमें यह समझने की अनुमति मिलती है कि इसकी प्रतिकृति कैसे होती है। डीएनए की संरचना में एक दोहरा हेलिक्स होता है, जो क्रमिक न्यूक्लियोटाइड की दो एंटीपैरल समानांतर श्रृंखलाओं से बना होता है, जिनके नाइट्रोजस बेस एक दूसरे के विशिष्ट तरीके से पूरक होते हैं।

प्रतिकृति के दौरान, डीएनए के प्रत्येक स्ट्रैंड डबल स्ट्रैंड एक नए स्ट्रैंड के जैवसंश्लेषण के लिए एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करते हैं। दो नई संश्लेषित श्रृंखलाओं में आधार होते हैं जो टेम्प्लेट श्रृंखला के आधार के पूरक होते हैं: एडिनिन (ए) थाइमिन (टी) के साथ, और साइटोसिन (सी) ग्वानिन (जी) के साथ।

विभिन्न एंजाइम और प्रोटीन डीएनए प्रतिकृति में शामिल हैं। उदाहरण के लिए, डीएनए को खोलने के लिए डीएनए डबल हेलिक्स खोलना, और नए स्ट्रैंड बनाने के लिए डीऑक्सीराइबोन्यूक्लियोसाइड्स 5′-ट्राइफॉस्फेट (डीएनटीपी) जोड़ना।

डीएनए प्रतिकृति अर्ध-रूढ़िवादी है

डीएनए की संरचना के आधार पर, वाटसन और क्रिक ने प्रस्तावित किया कि डीएनए प्रतिकृति अर्ध-रूढ़िवादी रूप से होती है। यह मेसल्सन और स्टाल द्वारा नाइट्रोजन के भारी समस्थानिक, ¹⁵ एन के साथ एस्चेरिचिया कोलाई के डीएनए को लेबल करके प्रदर्शित किया गया था, प्रकाश नाइट्रोजन के साथ संस्कृति के माध्यम में वितरण पैटर्न के बाद, कई पीढ़ियों के लिए ¹⁴ एन ।

मेसल्सन और स्टाहल ने पाया कि, पहली पीढ़ी में, दो बेटी डीएनए अणुओं में प्रत्येक अणु में नाइट्रोजन के भारी आइसोटोप के साथ एक श्रृंखला होती है और दूसरे में प्रकाश समस्थानिक के साथ। माता-पिता के डीएनए अणु के विपरीत, जिसमें भारी आइसोटोप के साथ लेबल किए गए दोनों किस्में थीं, ¹⁵ एन।

दूसरी पीढ़ी में, 50% डीएनए अणु पहली पीढ़ी की तरह थे, और दूसरे 50% में केवल प्रकाश नाइट्रोजन था। इस परिणाम की व्याख्या यह है कि बेटी डबल हेलिक्स में एक मूल श्रृंखला (जो एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करती है) और एक नई श्रृंखला है।

अर्द्ध-रूढ़िवादी प्रतिकृति तंत्र में डीएनए स्ट्रैंड और पूरक आधार युग्मन का क्रमिक न्यूक्लियोटाइड युग्मन के माध्यम से पृथक्करण होता है, जिसमें दो बेटी डबल हेलिकॉप्टर का निर्माण होता है।

बैटरी प्रतिकृति

बैक्टीरिया में डीएनए प्रतिकृति की शुरूआत

बैक्टीरियल डीएनए में एक परिपत्र गुणसूत्र होता है और प्रतिकृति की उत्पत्ति की केवल एक साइट होती है। इस साइट से, दो पुत्री श्रृंखलाओं का जैवसंश्लेषण द्विदिश रूप से होता है, दो प्रतिकृति कांटे बनते हैं जो मूल के विपरीत दिशाओं में चलते हैं। अंत में, हेयरपिन मिलते हैं, प्रतिकृति को पूरा करते हैं।

उत्पत्ति स्थल पर DnaA प्रोटीन के बंधन के साथ प्रतिकृति शुरू होती है। बदले में ये प्रोटीन एक जटिल रूप लेते हैं। फिर एचयू और आईएचएफ प्रोटीन, दूसरों के बीच, एक साथ जुड़ते हैं, जो एक साथ डीएनए को मोड़ते हैं, जिससे थाइमिन और एडेनिन से समृद्ध एक क्षेत्र में दो डीएनए किस्में अलग हो जाती हैं।

अगला, डीएनएसी प्रोटीन बांधता है, जो डीएनए हेलिकॉप्टरों को बांधने का कारण बनता है। वे बेस पेयर के बीच बने डीएनए को तोड़ने और हाइड्रोजन बॉन्ड को तोड़ने में मदद करते हैं। तो दो श्रृंखलाओं को अलग किया जाता है, जिससे दो सरल श्रृंखलाएं बनती हैं।

टोपोइज़ोमेरेज़ II या डीएनए गाइराज़, डीएनए हेलिकेज़ के सामने चलता है, जो सकारात्मक सुपरकोइल को कम करता है। एकल-फंसे डीएनए-बंधन (एसएसबी) प्रोटीन डीएनए किस्में को अलग रखते हैं। इस प्रकार, बेटी श्रृंखला का जैवसंश्लेषण शुरू हो सकता है।

जीवाणुओं में बेटी डीएनए की जैवसंश्लेषण क्षमता

प्राइमेज एंजाइम प्राइमरों नामक छोटी आरएनए श्रृंखलाओं को संश्लेषित करने के लिए जिम्मेदार है, जो 10-15 न्यूक्लियोटाइड लंबे होते हैं। डीएनए पोलीमरेज़ प्राइमर चीनी के 3 of-ओएच अंत तक 5′-ट्राइफॉस्फेट डीऑक्सिन्यूक्लियोसाइड (डीएनटीपी) जोड़ना शुरू करता है, जिसके बाद स्ट्रैंड उसी छोर से बढ़ता रहता है।

क्योंकि डीएनए स्ट्रैंड्स एंटीपैरेरल होते हैं, एक प्राइमर को स्ट्रैंड पर और कई प्राइमरों को लैग स्ट्रैंड पर संश्लेषित किया जाता है। इस वजह से, विलंबित श्रृंखला का जैवसंश्लेषण बंद हो जाता है। हालांकि डीएनए स्ट्रैंड्स एंटीपैरल हैं, लेकिन प्रतिकृति कांटा केवल एक दिशा में चलता है।

डीएनए पोलीमरेज़ 5'®3। दिशा में, नए संश्लेषित श्रृंखला के आसन्न न्यूक्लियोटाइड के बीच सहसंयोजक बंधन के गठन के लिए जिम्मेदार है। ई। कोलाई में, पांच डीएनए पोलीमरेज़ हैं: डीएनए पोलीमरेज़ I और III डीएनए प्रतिकृति को बाहर निकालते हैं; और डीएनए पोलीमरेज़ II, IV और V क्षतिग्रस्त डीएनए की मरम्मत और प्रतिकृति के लिए जिम्मेदार हैं।

अधिकांश प्रतिकृति डीएनए पोलीमरेज़ III द्वारा की जाती है, जो कि एक होलोनेज़ाइम है जिसमें डीएनए प्रतिकृति में विभिन्न कार्यों के साथ 10 अलग-अलग सबयूनिट हैं। उदाहरण के लिए, अल्फा सबयूनिट न्यूक्लियोटाइड के बीच संबंध बनाने के लिए जिम्मेदार है।

एंजाइमों का एक जटिल बैक्टीरिया में डीएनए की प्रतिकृति के लिए जिम्मेदार है

डीएनए हेलिकेज़ और प्राइमेज़ एक जटिल बनाने के लिए जुड़ते हैं जिन्हें एक प्राइमोसोम कहा जाता है। यह डीएनए के साथ आगे बढ़ता है, दो अभिभावकीय किस्में को अलग करने के लिए समन्वित तरीके से कार्य करता है, प्राइमर को देरी से होने वाले स्ट्रैंड पर हर निश्चित अंतराल को संश्लेषित करता है।

प्राइमोसम भौतिक रूप से डीएनए पोलीमरेज़ III को बांधता है, और प्रतिरूप बनाता है। दो डीएनए पोलीमरेज़ III गाइड के डीएनए की प्रतिकृति और विलंबित श्रृंखलाओं के लिए जिम्मेदार हैं। डीएनए पोलीमरेज़ III के संबंध में, विलंबित स्ट्रैंड एक बाहरी लूप बनाता है, जो इस स्ट्रैंड के न्यूक्लियोटाइड को जोड़ने के लिए लीडर स्ट्रैंड के समान दिशा में होता है।

लीडर चेन के लिए न्यूक्लियोटाइड्स का जोड़ निरंतर है। जबकि देरी में यह बंद है। लंबाई में 150 न्यूक्लियोटाइड्स का गठन होता है, जिसे ओकाजाकी टुकड़े कहा जाता है।

5 activity -> 3 I डीएनए पोलीमरेज़ की एक्सोन्यूक्लिज़ गतिविधि मैं प्राइमरों को खत्म करने और न्यूक्लियोटाइड्स को जोड़ने, भरने के लिए जिम्मेदार है। एक लिगेज एंजाइम टुकड़ों के बीच अंतराल को सील कर देता है। प्रतिकृति समाप्त हो जाती है जब दो प्रतिकृति हुक समाप्ति क्रम में मिलते हैं।

तुस प्रोटीन समाप्ति अनुक्रम की गति को रोकते हुए, समाप्ति के क्रम से बांधता है। टोपियोसोमेरेज़ II दो गुणसूत्रों को अलग करने की अनुमति देता है।

डीऑक्सीराइबोन्यूक्लियोटाइड ट्राइफॉस्फेट का उपयोग डीएनए पोलीमरेज़ द्वारा किया जाता है

डीऑक्सीन्यूक्लोसाइड ट्राइफॉस्फेट (dNTP) में 5 of कार्बन के डीऑक्सीराइबोज से जुड़े तीन फॉस्फेट समूह होते हैं। DNTPs (dATP, dTTP, dGTP और dCTP) AT / GC नियम के बाद टेम्पलेट श्रृंखला से जुड़ते हैं।

डीएनए पोलीमरेज़ निम्नलिखित प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करता है: बढ़ते स्ट्रैंड न्यूक्लियोटाइड के 3 yl हाइड्रॉक्सिल समूह (-OH) आने वाले डीएनटीपी के अल्फा फॉस्फेट के साथ प्रतिक्रिया करता है, अकार्बनिक पाइरोफॉस्फेट (पीपीआई) जारी करता है। पीपीआई की हाइड्रोलिसिस बढ़ती श्रृंखला के न्यूक्लियोटाइड के बीच सहसंयोजक बंधन, या फॉस्फोडाइस्टर बंधन के गठन के लिए ऊर्जा का उत्पादन करती है।

तंत्र जो डीएनए प्रतिकृति की निष्ठा सुनिश्चित करते हैं

डीएनए प्रतिकृति के दौरान, डीएनए पोलीमरेज़ III 100 मिलियन न्यूक्लियोटाइड द्वारा एक गलती करता है। हालांकि त्रुटि की संभावना बहुत कम है, ऐसे तंत्र हैं जो डीएनए प्रतिकृति में निष्ठा सुनिश्चित करते हैं। ये तंत्र हैं:

1) बेस पेयरिंग में स्थिरता। एटी / जीसी के बीच हाइड्रोजन बॉन्डिंग ऊर्जा गलत बेस जोड़े की तुलना में अधिक है।

2) डीएनए पोलीमरेज़ की सक्रिय साइट की संरचना। डीएनए पोलीमरेज़ अधिमानतः विपरीत स्ट्रैंड पर सही ठिकानों के साथ न्यूक्लियोटाइड जंक्शनों को उत्प्रेरित करता है। एक खराब बेस पेयरिंग डीएनए डबल हेलिक्स की विकृति का कारण बनता है, जो गलत न्यूक्लियोटाइड को एंजाइम की सक्रिय साइट पर कब्जा करने से रोकता है।

3) परीक्षण पढ़ना। डीएनए पोलीमरेज़ शामिल किए गए गलत न्यूक्लियोटाइड की पहचान करता है और उन्हें बेटी के स्ट्रैंड से निकालता है। डीएनए पोलीमरेज़ की एक्सोन्यूक्लिज़ गतिविधि न्यू स्ट्रैंड के 3 str छोर पर न्यूक्लियोटाइड के बीच फॉस्फोडिएस्टर बॉन्ड को तोड़ती है।

यूकेरियोट्स में डीएनए प्रतिकृति

प्रोकैरियोट्स में प्रतिकृति के विपरीत, जहां प्रतिकृति एक ही साइट पर शुरू होती है, यूकेरियोट्स में प्रतिकृति उत्पत्ति के कई स्थलों पर शुरू होती है और प्रतिकृति फोर्क अप्रत्यक्ष रूप से चलती है। इसके बाद, सभी प्रतिकृति हेयरपिन फ्यूज करते हैं, जिससे दो बहन क्रोमैटिड सेंट्रोमियर में जुड़ जाते हैं।

यूकेरियोट्स में कई प्रकार के डीएनए पोलीमरेज़ होते हैं, जिनके नाम ग्रीक अक्षरों का उपयोग करते हैं। डीएनए पोलीमरेज़ α प्राइमेज़ के साथ एक जटिल बनाता है। यह जटिल डीएनए के 20 से 30 न्यूक्लियोटाइड के बाद आरएनए के 10 न्यूक्लियोटाइड्स से मिलकर छोटे प्राइमरों को संश्लेषित करता है।

अगला, zes या polymer डीएनए पोलीमरेज़ प्राइमर से फंसी बेटी के बढ़ाव को उत्प्रेरित करता है। डीएनए पोलीमरेज़ leader लीडर श्रृंखला के संश्लेषण में शामिल है, जबकि डीएनए पोलीमरेज़ retard मंदित श्रृंखला को संश्लेषित करता है।

डीएनए पोलीमरेज़ until बाईं ओर ओकाजाकी टुकड़े को बढ़ाता है जब तक कि यह दाईं ओर आरएनए प्राइमर तक नहीं पहुंचता है, प्राइमर का एक छोटा प्रालंब पैदा करता है। प्रोकैरियोट्स के विपरीत, जहां एक डीएनए पोलीमरेज़ प्राइमर को हटा देता है, यूकेरियोट्स में एक फ्लैप एंडोन्यूक्लिज़ एंजाइम आरएनए प्राइमर को हटा देता है।

इसके बाद, एक डीएनए लिगेज आसन्न डीएनए अंशों को सील कर देता है। प्रतिकृति कांटा से प्रोटीन के पृथक्करण के साथ प्रतिकृति का समापन होता है।

यूकेरियोटिक कोशिका चक्र में डीएनए की प्रतिकृति और

यूकेरियोट्स में प्रतिकृति सेल चक्र के एस चरण में होती है। म्यूटोसिस के दौरान प्रतिकृति डीएनए के अणुओं को दो बेटी कोशिकाओं में स्रावित किया जाता है। जी 1 और जी 2 चरण एस चरण और माइटोसिस को अलग करते हैं। सेल चक्र के प्रत्येक चरण के माध्यम से प्रगति किनेसेस, फॉस्फेटेस और प्रोटीज द्वारा अत्यधिक विनियमित होती है।

सेल चक्र के जी 1 चरण में, मूल मान्यता परिसर (ओसीआर) मूल के स्थान पर बांधता है। यह MCM हेलिकॉप्टरों और Cdc6 और Cdt1 जैसे अन्य प्रोटीनों के बंधन को प्रेरित करता है, ताकि पूर्व-प्रतिकृति परिसर (प्रीआरसी) का निर्माण किया जा सके। MCM हेलीकॉप्टर गाइड श्रृंखला के लिए बांधता है।

एस चरण में, प्रीआरसी एक सक्रिय प्रतिकृति साइट बन जाती है। OCR, Cdc6, और Cdt1 प्रोटीन जारी किए जाते हैं, और MCM हेलीकॉप्टर 3 ′ से 5 ′ दिशा में चलता है। एक बार प्रतिकृति समाप्त हो जाने के बाद, इसे अगले सेल चक्र में फिर से शुरू किया जाएगा।

यूकेरियोट्स में गुणसूत्रों के सिरों की प्रतिकृति

गुणसूत्रों के सिरों को टेलोमेरस के रूप में जाना जाता है, जिसमें बार-बार अग्रानुक्रम क्रम होते हैं, और एक 3 es क्षेत्र जिसमें प्रोट्रूयेट्स होते हैं, लंबाई में 12 से 16 न्यूक्लियोटाइड होते हैं।

डीएनए पोलीमरेज़ डीएनए स्ट्रैंड के 3 to छोर को दोहराने में असमर्थ है। यह इस तथ्य के कारण है कि डीएनए पोलीमरेज़ केवल 5'-3 'दिशा में डीएनए का संश्लेषण कर सकता है, और इस क्षेत्र में एक प्राइमर को संश्लेषित करने में सक्षम होने के बिना केवल पहले से मौजूद किस्में को लंबा कर सकता है। नतीजतन, टेलोमेरेस प्रतिकृति के प्रत्येक दौर के साथ छोटा हो जाता है।

एंजाइम टेलोमेरेस टेलोमेरस की कमी को रोकता है। टेलोमेरेस एक एंजाइम है जो प्रोटीन और आरएनए सबयूनिट्स (टीईआरसी) के पास है। उत्तरार्द्ध डीएनए के दोहराए जाने वाले दृश्यों को बांधता है, और टेलोमेरेस को टेलोमेयर के 3 the छोर तक बांधने की अनुमति देता है।

जंक्शन साइट के पीछे एक आरएनए अनुक्रम डीएनए स्ट्रैंड के अंत में एक छह न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम (पोलीमराइजेशन) के संश्लेषण के लिए एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है। टेलोमेरे बढ़ाव टेलोमेरेज़ के उपनिवेशों द्वारा उत्प्रेरित होता है, जिसे टेलोमेरेज़ रिवर्स ट्रांसक्रिपटेस (टीईआरटी) कहा जाता है।

पोलीमराइजेशन के बाद, ट्रांसलोकेशन होता है, जिसमें टेलोमेरेज़ के आंदोलन से डीएनए श्रृंखला के एक नए सिरे तक शामिल होता है, जो अंत तक एक और छह न्यूक्लियोटाइड में शामिल होता है।

यूकेरियोट्स में अन्य डीएनए पोलीमरेज़ के कार्य

डीएनए पोलीमरेज़ but डीएनए से गलत ठिकानों को हटाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, लेकिन यह डीएनए प्रतिकृति में शामिल नहीं है।

कई खोजे गए डीएनए पोलीमरेज़ "ट्रांसलिसन-रेप्लिकेटिंग" पॉलिमरेज़ के समूह से संबंधित हैं। ये पोलीमरेज़ क्षतिग्रस्त डीएनए के एक क्षेत्र में पूरक किस्में को संश्लेषित करने के लिए जिम्मेदार हैं।

कई प्रकार के "ट्रांसलिसन-रेप्लिकेटिंग" पॉलीमरेज़ हैं। उदाहरण के लिए, डीएनए पोलीमरेज़ η थाइमिन डिमर्स पर दोहरा सकता है, जो यूवी प्रकाश द्वारा निर्मित होते हैं।

आर्चबैक्टेरिया में डीएनए प्रतिकृति

यूकेरियोटिक डीएनए प्रतिकृति, यूकेरियोट्स के समान है। यह निम्नलिखित के कारण है: 1) प्रोटीन जो प्रतिकृति में भाग लेते हैं, वे प्रोकैरियोट्स की तुलना में यूकेरियोट्स के समान होते हैं; और 2) यद्यपि प्रोकैरियोट्स में केवल एक प्रतिकृति साइट है, लेकिन इसका अनुक्रम यूकेरियोट्स की उत्पत्ति के स्थल के समान है।

आर्किया और यूकेरियोट्स के बीच प्रतिकृति में समानता इस विचार का समर्थन करती है कि दोनों समूह phylogenetically एक दूसरे से प्रोकैरियोट्स की तुलना में अधिक संबंधित हैं।

संदर्भ

1. ब्रूकर, आरजे 2018. आनुवंशिकी विश्लेषण और सिद्धांत। मैकग्रा-हिल, न्यूयॉर्क।
2. हार्टवेल, एलएच, गोल्डबर्ग, एमएल, फिशर, जेए, हूड, एल 2018। जेनेटिक्स - जीन से जीनोम तक। मैकग्रा-हिल, न्यूयॉर्क।
3. कुसीक-तिस्मा, जे। 2011. डीएनए प्रतिकृति के मौलिक पहलू। InTech ओपन एक्सेस, क्रोएशिया।
4. लुईस, आर।, 2015 मानव आनुवंशिकी अवधारणाएं और अनुप्रयोग। मैकग्रा-हिल, न्यूयॉर्क।
5. पियर्स, बीए 2005. जेनेटिक्स - एक वैचारिक दृष्टिकोण। डब्ल्यूएच फ्रीमैन, न्यूयॉर्क।