एमआरएनए: परिभाषा, कार्य और संरचना

आरएनए, या राइबोन्यूक्लिक एसिड, प्रकृति में पाए जाने वाले दो न्यूक्लिक एसिड में से एक है। दूसरा, डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड (डीएनए), निश्चित रूप से कल्पना में अधिक स्थिर है। यहां तक ​​कि विज्ञान में कम रुचि रखने वाले लोगों को भी इस बात का आभास होता है कि डीएनए एक से लक्षणों के पारित होने में महत्वपूर्ण है पीढ़ी से अगली पीढ़ी तक, और यह कि प्रत्येक मनुष्य का डीएनए अद्वितीय है (और इसलिए अपराध करना एक बुरा विचार है दृश्य)। लेकिन डीएनए की सभी कुख्याति के लिए, आरएनए एक अधिक बहुमुखी अणु है, जो तीन प्रमुख रूपों में आता है: मैसेंजर आरएनए (एमआरएनए), राइबोसोमल आरएनए (आरआरएनए) और ट्रांसफर आरएनए (टीआरएनए)।

एमआरएनए का काम अन्य दो प्रकारों पर बहुत अधिक निर्भर करता है, और एमआरएनए आणविक जीव विज्ञान के तथाकथित केंद्रीय सिद्धांत के केंद्र में स्थित है (डीएनए आरएनए को जन्म देता है, जो बदले में प्रोटीन को जन्म देता है)।

डीएनए और आरएनए न्यूक्लिक एसिड हैं, जिसका अर्थ है कि वे बहुलक मैक्रोमोलेक्यूल्स हैं, जिनमें से मोनोमेरिक घटक न्यूक्लियोटाइड कहलाते हैं। न्यूक्लियोटाइड्स में तीन अलग-अलग भाग होते हैं: एक पेंटोस शुगर, एक फॉस्फेट समूह और एक नाइट्रोजनस बेस, जिसे चार विकल्पों में से चुना जाता है। एक पेंटोस चीनी एक चीनी है जिसमें पांच-परमाणु वलय संरचना शामिल है।

तीन प्रमुख अंतर डीएनए को आरएनए से अलग करते हैं। सबसे पहले, आरएनए में, न्यूक्लियोटाइड का चीनी हिस्सा राइबोज होता है, जबकि डीएनए में यह डीऑक्सीराइबोज होता है, जो कि केवल राइबोज होता है। एक हाइड्रॉक्सिल (-OH) समूह के साथ पांच-परमाणु वलय में कार्बन में से एक को हटा दिया जाता है और एक हाइड्रोजन परमाणु द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है (-एच)। इस प्रकार डीएनए का शर्करा भाग केवल एक ऑक्सीजन परमाणु है जो आरएनए से कम भारी है, लेकिन आरएनए अपने एक अतिरिक्त -ओएच समूह के कारण डीएनए की तुलना में कहीं अधिक रासायनिक रूप से प्रतिक्रियाशील अणु है। दूसरा, डीएनए, बल्कि प्रसिद्ध रूप से, डबल-स्ट्रैंडेड है और अपने सबसे स्थिर रूप में एक पेचदार आकार में घाव करता है। दूसरी ओर, आरएनए एकल-फंसे है। और तीसरा, जबकि डीएनए और आरएनए दोनों में नाइट्रोजनस बेस एडेनिन (ए), साइटोसिन (सी) और ग्वानिन (जी) होते हैं, डीएनए में चौथा ऐसा बेस थाइमिन (टी) होता है जबकि आरएनए में यह यूरैसिल (यू) होता है।

क्योंकि डीएनए डबल-स्ट्रैंडेड है, वैज्ञानिकों ने १९०० के दशक के मध्य से जाना है कि ये नाइट्रोजनस आधार केवल एक अन्य प्रकार के आधार के साथ जुड़ते हैं; T के साथ A और G के साथ C जोड़े। इसके अलावा, ए और जी को रासायनिक रूप से प्यूरीन के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, जबकि सी और टी को पाइरीमिडीन कहा जाता है। चूँकि प्यूरीमिडाइन्स की तुलना में प्यूरीन काफ़ी बड़े होते हैं, एक A-G पेयरिंग अत्यधिक भारी होगी, जबकि एक C-T पेयरिंग असामान्य रूप से कम आकार की होगी; ये दोनों स्थितियां दो स्ट्रैंड के साथ सभी बिंदुओं पर समान दूरी पर डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए में दो स्ट्रैंड के लिए विघटनकारी होंगी।

इस युग्मन योजना के कारण, डीएनए के दो स्ट्रैंड को "पूरक" कहा जाता है, और एक के अनुक्रम का अनुमान लगाया जा सकता है यदि दूसरा ज्ञात हो। उदाहरण के लिए, यदि डीएनए के एक स्ट्रैंड में दस न्यूक्लियोटाइड्स की एक स्ट्रिंग का आधार अनुक्रम AAGGCTTTG है, तो पूरक डीएनए स्ट्रैंड का आधार अनुक्रम TTCGCATAAC होगा। चूंकि आरएनए डीएनए टेम्पलेट से संश्लेषित होता है, इसलिए इसका ट्रांसक्रिप्शन के लिए भी प्रभाव पड़ता है।

एमआरएनए राइबोन्यूक्लिक एसिड का सबसे "डीएनए जैसा" रूप है क्योंकि इसका काम काफी हद तक समान है: सूचना प्रसारित करना जीन में एन्कोडेड, सावधानीपूर्वक ऑर्डर किए गए नाइट्रोजनस बेस के रूप में, सेलुलर मशीनरी को इकट्ठा करने के लिए प्रोटीन। लेकिन विभिन्न महत्वपूर्ण प्रकार के आरएनए भी मौजूद हैं।

डीएनए की त्रि-आयामी संरचना को 1953 में स्पष्ट किया गया, जिससे जेम्स वॉटसन और फ्रांसिस क्रिक को नोबेल पुरस्कार मिला। लेकिन बाद के वर्षों में, आरएनए की संरचना कुछ उसी डीएनए विशेषज्ञों द्वारा इसका वर्णन करने के प्रयासों के बावजूद मायावी बनी रही। 1960 के दशक में, यह स्पष्ट हो गया कि हालांकि आरएनए एकल-फंसे है, इसकी माध्यमिक संरचना - यानी अनुक्रम का संबंध एक दूसरे के लिए न्यूक्लियोटाइड्स के रूप में आरएनए अंतरिक्ष के माध्यम से अपना रास्ता बनाता है - इसका मतलब है कि आरएनए की लंबाई अपने आप में वापस गुना हो सकती है, एक ही स्ट्रैंड में आधार इस प्रकार एक दूसरे से जुड़ते हैं उसी तरह डक्ट टेप की लंबाई खुद से चिपक सकती है यदि आप इसे अनुमति देते हैं गुत्थी यह टीआरएनए की क्रॉस-जैसी संरचना का आधार है, जिसमें तीन 180-डिग्री मोड़ शामिल हैं जो अणु में cul-de-sacs के आणविक समकक्ष बनाते हैं।

आरआरएनए कुछ अलग है। सभी rRNA लगभग 13,000 न्यूक्लियोटाइड लंबे rRNA स्ट्रैंड के एक राक्षस से प्राप्त होते हैं। कई रासायनिक संशोधनों के बाद, इस स्ट्रैंड को दो असमान सबयूनिट्स में विभाजित किया जाता है, एक को 18S कहा जाता है और दूसरे को 28S लेबल किया जाता है। ("एस" का अर्थ "स्वेडबर्ग यूनिट" है, एक माप जीवविज्ञानी अप्रत्यक्ष रूप से मैक्रोमोलेक्यूल्स के द्रव्यमान का अनुमान लगाने के लिए उपयोग करते हैं।) 18S भाग को इसमें शामिल किया गया है छोटा राइबोसोमल सबयूनिट कहा जाता है (जो पूर्ण होने पर वास्तव में 30S होता है) और 28S भाग बड़े सबयूनिट में योगदान देता है (जिसका कुल आकार होता है 50 एस); संरचनात्मक अखंडता के साथ राइबोसोम प्रदान करने के लिए सभी राइबोसोम में कई प्रोटीन (न्यूक्लिक एसिड नहीं, जो स्वयं प्रोटीन को संभव बनाते हैं) के साथ प्रत्येक सबयूनिट में से एक होता है।

डीएनए और आरएनए स्ट्रैंड दोनों में 3 'और 5' ("थ्री-प्राइम" और "फाइव-प्राइम") कहा जाता है, जो स्ट्रैंड के चीनी हिस्से से जुड़े अणुओं की स्थिति के आधार पर समाप्त होता है। प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड में, फॉस्फेट समूह अपने वलय में 5' लेबल वाले कार्बन परमाणु से जुड़ा होता है, जबकि 3' कार्बन में एक हाइड्रॉक्सिल (-OH) समूह होता है। जब एक न्यूक्लियोटाइड को बढ़ती हुई न्यूक्लिक एसिड श्रृंखला में जोड़ा जाता है, तो यह हमेशा मौजूदा श्रृंखला के 3' छोर पर होता है। यानी, नए न्यूक्लियोटाइड के 5' छोर पर स्थित फॉस्फेट समूह इस लिंकिंग के होने से पहले हाइड्रॉक्सिल समूह की विशेषता वाले 3' कार्बन से जुड़ जाता है। -OH को न्यूक्लियोटाइड द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, जो अपने फॉस्फेट समूह से एक प्रोटॉन (H) खो देता है; इस प्रकार H. का एक अणु₂ओ, या पानी, इस प्रक्रिया में पर्यावरण में खो जाता है, जिससे आरएनए संश्लेषण निर्जलीकरण संश्लेषण का एक उदाहरण बन जाता है।

ट्रांसक्रिप्शन वह प्रक्रिया है जिसमें डीएनए टेम्प्लेट से mRNA को संश्लेषित किया जाता है। सिद्धांत रूप में, जो अब आप जानते हैं उसे देखते हुए, आप आसानी से कल्पना कर सकते हैं कि यह कैसे होता है। डीएनए डबल-स्ट्रैंडेड है, इसलिए प्रत्येक स्ट्रैंड सिंगल-स्ट्रैंडेड आरएनए के लिए एक टेम्पलेट के रूप में काम कर सकता है; ये दो नए आरएनए स्ट्रैंड, विशिष्ट बेस-पेयरिंग की अनियमितताओं के कारण, एक दूसरे के पूरक होंगे, न कि वे एक साथ बंधे होंगे। आरएनए का प्रतिलेखन डीएनए की प्रतिकृति के समान है जिसमें समान आधार-युग्मन नियम लागू होते हैं, जिसमें यू आरएनए में टी की जगह लेता है। ध्यान दें कि यह प्रतिस्थापन एक-दिशात्मक घटना है: डीएनए में टी अभी भी आरएनए में ए के लिए कोड है, लेकिन आरएनए में यू के लिए डीएनए कोड में ए।

प्रतिलेखन होने के लिए, डीएनए डबल हेलिक्स को बिना तार वाला होना चाहिए, जो यह विशिष्ट एंजाइमों की दिशा में करता है। (यह बाद में अपनी उचित पेचदार रचना को फिर से मान लेता है।) ऐसा होने के बाद, एक विशिष्ट अनुक्रम जिसे उपयुक्त रूप से प्रमोटर अनुक्रम संकेत कहा जाता है, जहां प्रतिलेखन अणु के साथ शुरू होना है। यह आणविक दृश्य में आरएनए पोलीमरेज़ नामक एक एंजाइम को सम्मन करता है, जो इस समय तक एक प्रमोटर कॉम्प्लेक्स का हिस्सा है। यह सब आरएनए संश्लेषण को डीएनए पर गलत जगह से शुरू करने से रोकने के लिए जैव रासायनिक असफल-सुरक्षित तंत्र के रूप में होता है और इस तरह एक आरएनए स्ट्रैंड का उत्पादन होता है जिसमें एक नाजायज कोड होता है। आरएनए पोलीमरेज़ प्रमोटर अनुक्रम से शुरू होने वाले डीएनए स्ट्रैंड को "पढ़ता है" और डीएनए स्ट्रैंड के साथ चलता है, आरएनए के 3 'अंत में न्यूक्लियोटाइड जोड़ता है। ज्ञात हो कि आरएनए और डीएनए स्ट्रैंड, पूरक होने के कारण, समानांतर भी हैं। इसका मतलब यह है कि जैसे-जैसे आरएनए 3' दिशा में बढ़ता है, यह डीएनए के 5' छोर पर डीएनए स्ट्रैंड के साथ चलता है। यह छात्रों के लिए एक मामूली लेकिन अक्सर भ्रमित करने वाला बिंदु है, इसलिए आप स्वयं को आश्वस्त करने के लिए एक आरेख से परामर्श करना चाहेंगे कि आप एमआरएनए संश्लेषण के यांत्रिकी को समझते हैं।

एक न्यूक्लियोटाइड के फॉस्फेट समूहों और दूसरे पर शर्करा समूह के बीच बनने वाले बंधों को कहा जाता है फॉस्फोडिएस्टर लिंकेज (उच्चारण "फॉस-फो-डाई-एस-टेर," नहीं "फॉस-फो-डी-स्टर" क्योंकि यह आकर्षक हो सकता है मान लीजिये)।

एंजाइम आरएनए पोलीमरेज़ कई रूपों में आता है, हालांकि बैक्टीरिया में केवल एक ही प्रकार शामिल होता है। यह एक बड़ा एंजाइम है, जिसमें चार प्रोटीन सबयूनिट होते हैं: अल्फा (α), बीटा (β), बीटा-प्राइम (β′) और सिग्मा (σ)। संयुक्त रूप से, इनका आणविक भार लगभग 420,000 डाल्टन होता है। (संदर्भ के लिए, एक कार्बन परमाणु का आणविक भार 12 होता है; एक पानी का अणु, १८; और एक संपूर्ण ग्लूकोज अणु, 180.) एंजाइम, जिसे होलोनीजाइम कहा जाता है, जब सभी चार उपइकाइयां होती हैं वर्तमान, डीएनए पर प्रमोटर अनुक्रमों को पहचानने और दो डीएनए को अलग करने के लिए जिम्मेदार है किस्में। आरएनए पोलीमरेज़ जीन के साथ स्थानांतरित होने के लिए आगे बढ़ता है क्योंकि यह बढ़ते आरएनए खंड में न्यूक्लियोटाइड जोड़ता है, एक प्रक्रिया जिसे बढ़ाव कहा जाता है। यह प्रक्रिया, कोशिकाओं के भीतर कई की तरह, ऊर्जा स्रोत के रूप में एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) की आवश्यकता होती है। एटीपी वास्तव में एक एडेनिन युक्त न्यूक्लियोटाइड से ज्यादा कुछ नहीं है जिसमें एक के बजाय तीन फॉस्फेट होते हैं।

जब चलती आरएनए पोलीमरेज़ डीएनए में एक समाप्ति अनुक्रम का सामना करती है तो प्रतिलेखन बंद हो जाता है। जिस तरह प्रमोटर सीक्वेंस को ट्रैफिक लाइट पर हरी बत्ती के बराबर के रूप में देखा जा सकता है, उसी तरह टर्मिनेशन सीक्वेंस लाल बत्ती या स्टॉप साइन का एनालॉग है।

जब एक विशेष प्रोटीन के लिए जानकारी ले जाने वाला एक एमआरएनए अणु - यानी, जीन के अनुरूप एमआरएनए का एक टुकड़ा - पूरा हो जाता है, तो यह राइबोसोम को एक रासायनिक ब्लूप्रिंट देने का अपना काम करने के लिए तैयार होने से पहले अभी भी संसाधित होने की आवश्यकता है, जहां प्रोटीन संश्लेषण होता है जगह। यूकेरियोटिक जीवों में, यह नाभिक से भी बाहर निकलता है (प्रोकैरियोट्स में एक नाभिक नहीं होता है)।

गंभीर रूप से, नाइट्रोजनस बेस तीन के समूहों में आनुवंशिक जानकारी ले जाते हैं, जिन्हें ट्रिपल कोडन कहा जाता है। प्रत्येक कोडन बढ़ते प्रोटीन में एक विशेष अमीनो एसिड जोड़ने के निर्देश देता है। जैसे न्यूक्लियोटाइड न्यूक्लिक एसिड की मोनोमर इकाइयाँ हैं, वैसे ही अमीनो एसिड प्रोटीन के मोनोमर हैं। चूंकि आरएनए में चार अलग-अलग न्यूक्लियोटाइड होते हैं (उपलब्ध चार अलग-अलग आधारों के कारण) और एक कोडन में लगातार तीन न्यूक्लियोटाइड होते हैं, कुल 64 ट्रिपल कोडन उपलब्ध होते हैं (4³ = 64). यानी, एएए, एएसी, एएजी, एएयू से शुरू होकर यूयूयू तक सभी तरह से काम करते हुए, 64 संयोजन हैं। हालाँकि, मनुष्य केवल 20 अमीनो एसिड का उपयोग करते हैं। नतीजतन, ट्रिपल कोड को बेमानी कहा जाता है: ज्यादातर मामलों में, एक ही अमीनो एसिड के लिए कई ट्रिपल कोड। व्युत्क्रम सत्य नहीं है - अर्थात, एक ही त्रिक एक से अधिक अमीनो एसिड के लिए कोड नहीं कर सकता है। आप शायद जैव रासायनिक अराजकता की कल्पना कर सकते हैं जो अन्यथा होगा। वास्तव में, अमीनो एसिड ल्यूसीन, आर्जिनिन और सेरीन प्रत्येक में उनके अनुरूप छह ट्रिपल होते हैं। डीएनए में ट्रांसक्रिप्शन टर्मिनेशन सीक्वेंस के समान तीन अलग-अलग कोडन STOP कोडन हैं।

अनुवाद अपने आप में एक अत्यधिक सहयोगी प्रक्रिया है, जो विस्तारित आरएनए परिवार के सभी सदस्यों को एक साथ लाती है। क्योंकि यह राइबोसोम पर होता है, इसमें स्पष्ट रूप से rRNA का उपयोग शामिल होता है। टीआरएनए अणु, जिन्हें पहले छोटे क्रॉस के रूप में वर्णित किया गया था, व्यक्तिगत अमीनो एसिड को तक ले जाने के लिए जिम्मेदार हैं राइबोसोम पर अनुवाद स्थल, प्रत्येक अमीनो एसिड के साथ tRNA के अपने विशिष्ट ब्रांड द्वारा कार्ट किया जाता है अनुरक्षण प्रतिलेखन की तरह, अनुवाद में दीक्षा, बढ़ाव और समाप्ति चरण होते हैं, और एक प्रोटीन अणु के संश्लेषण के अंत में, प्रोटीन को राइबोसोम से मुक्त किया जाता है और कहीं और उपयोग के लिए गोल्गी निकायों में पैक किया जाता है, और राइबोसोम स्वयं अपने घटक में अलग हो जाता है उप इकाइयां