डीएनए ट्रांसक्रिप्शन: यह कैसे काम करता है?

भले ही आप जीव विज्ञान में नवागंतुक हों या लंबे समय से प्रशंसक हों, इस बात की संभावना बहुत अच्छी है डिफ़ॉल्ट रूप से, आप डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड (डीएनए) को पूरे जीवन में शायद सबसे अपरिहार्य अवधारणा के रूप में देखते हैं विज्ञान। कम से कम, आप शायद इस बात से वाकिफ हों कि डीएनए ही आपको अरबों लोगों के बीच अद्वितीय बनाता है ग्रह, इसे आपराधिक न्याय की दुनिया के साथ-साथ आणविक जीव विज्ञान में केंद्र चरण में एक भूमिका दे रहा है व्याख्यान। आपने लगभग निश्चित रूप से सीखा है कि डीएनए आपको विरासत में मिली सभी विशेषताओं को प्रदान करने के लिए जिम्मेदार है आपके माता-पिता से, और यह कि आपका अपना डीएनए भावी पीढ़ियों के लिए आपकी सीधी विरासत है, यदि आपके पास होना चाहिए बाल बच्चे।

आप जिस बारे में बहुत कुछ नहीं जानते हैं, वह वह पथ है जो आपकी कोशिकाओं में डीएनए को आपके द्वारा प्रकट किए गए भौतिक लक्षणों से जोड़ता है, दोनों प्रकट और छुपा, और उस पथ के साथ कदमों की श्रृंखला। आणविक जीवविज्ञानी ने अपने क्षेत्र में "केंद्रीय हठधर्मिता" की अवधारणा का निर्माण किया है, जिसे संक्षेप में संक्षेप में प्रस्तुत किया जा सकता है "डीएनए से आरएनए से प्रोटीन तक।" इस प्रक्रिया का पहला भाग - डीएनए से आरएनए, या राइबोन्यूक्लिक एसिड उत्पन्न करना - के रूप में जाना जाता है

डीएनए और आरएनए न्यूक्लिक एसिड हैं। दोनों जीवन के लिए मौलिक हैं; ये मैक्रोमोलेक्यूल्स बहुत निकट से संबंधित हैं, लेकिन उनके कार्य, उत्कृष्ट रूप से परस्पर जुड़े हुए हैं, अत्यधिक भिन्न और विशिष्ट हैं।

डीएनए एक बहुलक है, जिसका अर्थ है कि इसमें बड़ी संख्या में दोहराए जाने वाले सबयूनिट होते हैं। ये सबयूनिट बिल्कुल समान नहीं हैं, लेकिन वे रूप में समान हैं। मोतियों की एक लंबी स्ट्रिंग पर विचार करें जिसमें क्यूब्स होते हैं जो चार रंगों में आते हैं और आकार में कभी-कभी थोड़े भिन्न होते हैं, और आपको डीएनए और आरएनए की व्यवस्था की एक बुनियादी समझ मिलती है।

न्यूक्लिक एसिड के मोनोमर्स (सबयूनिट्स) के रूप में जाना जाता है न्यूक्लियोटाइड. न्यूक्लियोटाइड्स में स्वयं तीन अलग-अलग अणुओं के त्रिक होते हैं: एक फॉस्फेट समूह (या समूह), a पांच कार्बन चीनी और एक नाइट्रोजन युक्त आधार ("आधार" "नींव" के अर्थ में नहीं, बल्कि "हाइड्रोजन-आयन" का अर्थ है स्वीकर्ता")। न्यूक्लिक एसिड बनाने वाले न्यूक्लियोटाइड में एक फॉस्फेट समूह होता है, लेकिन कुछ में दो या तीन फॉस्फेट एक पंक्ति में जुड़े होते हैं। अणु एडीनोसिन डिपोस्फेट (एडीपी) और एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) सेलुलर ऊर्जा चयापचय में असाधारण महत्व के न्यूक्लियोटाइड हैं।

डीएनए और आरएनए कई महत्वपूर्ण तरीकों से भिन्न होते हैं। एक, जबकि इन अणुओं में से प्रत्येक में चार अलग-अलग नाइट्रोजनस आधार होते हैं, डीएनए में एडेनिन (ए), साइटोसिन शामिल होता है (सी), गुआनिन (जी) और थाइमिन (टी), जबकि आरएनए में इनमें से पहले तीन शामिल हैं, लेकिन यूरैसिल (यू) को प्रतिस्थापित करता है टी दो, डीएनए में चीनी डीऑक्सीराइबोज है, जबकि आरएनए में राइबोज है। और तीन, डीएनए अपने सबसे ऊर्जावान रूप से स्थिर रूप में डबल-स्ट्रैंडेड है, जबकि आरएनए सिंगल-स्ट्रैंडेड है। ये अंतर विशेष रूप से प्रतिलेखन और इन संबंधित न्यूक्लिक एसिड के कार्य दोनों में प्रमुख महत्व रखते हैं।

आधार A और G को प्यूरीन कहा जाता है, जबकि C, T और U को पाइरीमिडीन के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। गंभीर रूप से, ए रासायनिक रूप से, और केवल, टी (यदि डीएनए) या यू (यदि आरएनए) से बांधता है; C और केवल G को बांधता है। एक डीएनए अणु के दो स्ट्रैंड पूरक होते हैं, जिसका अर्थ है कि प्रत्येक स्ट्रैंड में बेस हर बिंदु पर विपरीत स्ट्रैंड में अद्वितीय "पार्टनर" बेस से मेल खाते हैं। इस प्रकार AACTGCGTATG TTGACGCATAC (या UUGACGCAUAC) का पूरक है।

डीएनए ट्रांसक्रिप्शन के यांत्रिकी में जाने से पहले, शब्दावली की समीक्षा करने के लिए कुछ समय देना उचित है डीएनए और आरएनए के साथ जुड़ा हुआ है, क्योंकि मिश्रण में इतने सारे समान-ध्वनि वाले शब्दों के साथ भ्रमित करना आसान हो सकता है उन्हें।

प्रतिकृति किसी चीज की समान प्रतिलिपि बनाने की क्रिया है। जब आप किसी लिखित दस्तावेज़ (पुराने स्कूल) की फोटोकॉपी बनाते हैं या कंप्यूटर (नए स्कूल) पर कॉपी-एंड-पेस्ट फ़ंक्शन का उपयोग करते हैं, तो आप दोनों मामलों में सामग्री की नकल कर रहे हैं।

डीएनए प्रतिकृति से गुजरता है, लेकिन आरएनए, जहां तक ​​आधुनिक विज्ञान पता लगा सकता है, नहीं; यह केवल ट्रांसक्रिप्शन से उत्पन्न होता है_._ एक लैटिन मूल से जिसका अर्थ है "एक लेखन के पार," ट्रांसक्रिप्शन एक मूल स्रोत की एक प्रति में एक विशेष संदेश का एन्कोडिंग है। आपने मेडिकल ट्रांसक्रिप्शनिस्ट के बारे में सुना होगा, जिनका काम ऑडियो रिकॉर्डिंग के रूप में बनाए गए मेडिकल नोट्स को लिखित रूप में टाइप करना है। आदर्श रूप से, शब्द, और इस प्रकार संदेश, माध्यम में परिवर्तन के बावजूद ठीक वैसा ही होगा। कोशिकाओं में, प्रतिलेखन में एक आनुवंशिक डीएनए संदेश की प्रतिलिपि शामिल होती है, जो नाइट्रोजनस बेस अनुक्रमों की भाषा में आरएनए रूप में लिखी जाती है - विशेष रूप से, मैसेंजर आरएनए (एमआरएनए)। यह आरएनए संश्लेषण यूकेरियोटिक कोशिकाओं के नाभिक में होता है, जिसके बाद एमआरएनए नाभिक को छोड़ देता है और एक संरचना के लिए सिर करता है जिसे राइबोसोम कहा जाता है। अनुवाद.

जबकि ट्रांसक्रिप्शन एक अलग माध्यम में एक संदेश का सरल भौतिक एन्कोडिंग है, अनुवाद, जैविक शब्दों में, उस संदेश का उद्देश्यपूर्ण क्रिया में रूपांतरण है। डीएनए या एकल डीएनए संदेश की लंबाई, जिसे a. कहा जाता है जीन, अंततः कोशिकाओं में एक अद्वितीय प्रोटीन उत्पाद का निर्माण होता है। डीएनए इस संदेश को एमआरएनए के रूप में भेजता है, जो तब संदेश को राइबोसोम में ले जाता है ताकि प्रोटीन बनाने में इसका अनुवाद किया जा सके। इस दृष्टि से, एमआरएनए फर्नीचर के एक टुकड़े को इकट्ठा करने के लिए ब्लूप्रिंट या निर्देशों के एक सेट की तरह है।

उम्मीद है कि न्यूक्लिक एसिड क्या करते हैं, इसके बारे में आपके पास मौजूद किसी भी रहस्य को साफ करता है। लेकिन विशेष रूप से प्रतिलेखन के बारे में क्या?

डीएनए, बल्कि प्रसिद्ध रूप से, एक डबल-स्ट्रैंडेड हेलिक्स में बुना जाता है। लेकिन इस रूप में इससे कुछ भी बनाना शारीरिक रूप से कठिन होगा। इसलिए, में दीक्षा प्रतिलेखन का चरण (या चरण), डीएनए अणु हेलिकेस नामक एंजाइमों से मुक्त होता है। एक समय में आरएनए संश्लेषण के लिए दो परिणामी डीएनए स्ट्रैंड में से केवल एक का उपयोग किया जाता है। इस स्ट्रैंड को के रूप में जाना जाता है गैर-कोडिंग स्ट्रैंड, क्योंकि, डीएनए और आरएनए बेस-पेयरिंग के नियमों के लिए धन्यवाद, अन्य डीएनए स्ट्रैंड में नाइट्रोजनस बेस का वही क्रम होता है जो एमआरएनए को संश्लेषित करने के लिए होता है, इस प्रकार यह स्ट्रैंड बनाता है कोडन किनारा। पहले किए गए बिंदुओं के आधार पर, आप यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि डीएनए का एक किनारा और निर्माण के लिए जिम्मेदार एमआरएनए पूरक हैं।

स्ट्रैंड अब कार्रवाई के लिए तैयार है, डीएनए का एक भाग जिसे प्रमोटर सीक्वेंस कहा जाता है, इंगित करता है कि स्ट्रैंड के साथ ट्रांसक्रिप्शन कहां से शुरू होना है। एंजाइम आरएनए पोलीमरेज़ इस स्थान पर आता है और एक प्रमोटर कॉम्प्लेक्स का हिस्सा बन जाता है। यह सब सुनिश्चित करने के लिए है कि एमआरएनए संश्लेषण ठीक उसी जगह शुरू होता है जहां इसे डीएनए अणु पर माना जाता है, और यह एक आरएनए स्ट्रैंड उत्पन्न करता है जिसमें वांछित कोडित संदेश होता है।

अगला, में बढ़ाव चरण, आरएनए पोलीमरेज़ डीएनए स्ट्रैंड को "पढ़ता है", प्रमोटर अनुक्रम से शुरू होता है और डीएनए स्ट्रैंड के साथ आगे बढ़ता है, जैसे शिक्षक छात्रों की एक पंक्ति में चल रहा है और परीक्षण वितरित कर रहा है, नए बनने वाले आरएनए के बढ़ते अंत में न्यूक्लियोटाइड जोड़ रहा है अणु

एक न्यूक्लियोटाइड के फॉस्फेट समूहों और अगले न्यूक्लियोटाइड पर राइबोज या डीऑक्सीराइबोज समूह के बीच बनाए गए बंधन कहलाते हैं फॉस्फोडिएस्टर लिंकेज. ध्यान दें कि एक डीएनए अणु में एक छोर पर 3' ("तीन-अभाज्य") टर्मिनस और दूसरे पर एक 5' ("फाइव-प्राइम") टर्मिनस होता है, इन नंबरों से आते हैं संबंधित टर्मिनल राइबोज "रिंग्स" में टर्मिनल कार्बन-एटम की स्थिति। चूंकि आरएनए अणु स्वयं 3' दिशा में बढ़ता है, यह 5' में डीएनए स्ट्रैंड के साथ चलता है। दिशा। आपको अपने आप को आश्वस्त करने के लिए एक आरेख की जांच करनी चाहिए कि आप mRNA संश्लेषण के यांत्रिकी को पूरी तरह से समझते हैं।

न्यूक्लियोटाइड्स का जोड़ - विशेष रूप से, न्यूक्लियोसाइड ट्राइफॉस्फेट (एटीपी, सीटीपी, जीटीपी और यूटीपी; एटीपी एडेनोसाइन ट्राइफॉस्फेट है, सीटीपी साइटिडीन ट्राइफॉस्फेट है और इसी तरह) - बढ़े हुए एमआरएनए स्ट्रैंड के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। यह, कई जैविक प्रक्रियाओं की तरह, न्यूक्लियोसाइड ट्राइफॉस्फेट में फॉस्फेट बॉन्ड द्वारा स्वयं प्रदान किया जाता है। जब उच्च-ऊर्जा फॉस्फेट-फॉस्फेट बंधन टूट जाता है, तो परिणामी न्यूक्लियोटाइड (एएमपी, सीएमपी, जीएमपी और यूएमपी; इन न्यूक्लियोटाइड्स में, "एमपी" का अर्थ "मोनोफॉस्फेट" होता है) एमआरएनए में जोड़ा जाता है, और अकार्बनिक फॉस्फेट अणुओं की एक जोड़ी, आमतौर पर पीपी लिखा जाता है_मैं, दूर गिरना।

जैसा कि प्रतिलेखन होता है, यह ऐसा करता है, जैसा कि कहा गया है, डीएनए के एकल स्ट्रैंड के साथ। हालांकि, इस बात से अवगत रहें कि संपूर्ण डीएनए अणु अलग नहीं होता है और पूरक किस्में में अलग नहीं होता है; यह केवल प्रतिलेखन के प्रत्यक्ष आसपास के क्षेत्र में होता है। नतीजतन, आप डीएनए अणु के साथ चलते हुए एक "प्रतिलेखन बुलबुला" की कल्पना कर सकते हैं। यह एक ऐसी वस्तु की तरह है जो एक ज़िप के साथ चलती है जिसे एक तंत्र द्वारा वस्तु के ठीक आगे अनज़िप किया जा रहा है जबकि एक अलग तंत्र वस्तु के मद्देनजर ज़िप को फिर से ज़िप करता है।

अंत में, जब एमआरएनए अपनी आवश्यक लंबाई और रूप तक पहुंच गया है, तो समापन चरण चल रहा है। दीक्षा की तरह, इस चरण को विशिष्ट डीएनए अनुक्रमों द्वारा सक्षम किया जाता है जो आरएनए पोलीमरेज़ के लिए स्टॉप साइन के रूप में कार्य करते हैं।

बैक्टीरिया में, यह दो सामान्य तरीकों से हो सकता है। इनमें से एक में, समाप्ति अनुक्रम को लिखित किया जाता है, जिससे एमआरएनए की लंबाई उत्पन्न होती है जो अपने आप में वापस आती है और इस तरह "गुच्छे ऊपर" होती है क्योंकि आरएनए पोलीमरेज़ अपना काम जारी रखता है। एमआरएनए के इन मुड़े हुए वर्गों को अक्सर हेयरपिन स्ट्रैंड के रूप में संदर्भित किया जाता है, और इनमें एकल-फंसे लेकिन विपरीत एमआरएनए अणु के भीतर पूरक आधार जोड़ी शामिल होती है। इस हेयरपिन सेक्शन से डाउनस्ट्रीम यू बेस, या अवशेषों का एक लंबा खिंचाव है। ये घटनाएं आरएनए पोलीमरेज़ को न्यूक्लियोटाइड जोड़ने से रोकने और डीएनए से अलग होने के लिए मजबूर करती हैं, प्रतिलेखन समाप्त करती हैं। इसे आरएचओ-स्वतंत्र समाप्ति के रूप में जाना जाता है क्योंकि यह एक प्रोटीन पर निर्भर नहीं करता है जिसे आरएचओ कारक कहा जाता है।

आरएचओ-डिपेंडेंट टर्मिनेशन में, स्थिति सरल होती है, और हेयरपिन एमआरएनए सेगमेंट या यू अवशेषों की आवश्यकता नहीं होती है। इसके बजाय, rho कारक mRNA पर आवश्यक स्थान से बंध जाता है और शारीरिक रूप से mRNA को RNA पोलीमरेज़ से दूर खींच लेता है। चाहे आरएचओ-स्वतंत्र या आरएचओ-आश्रित समाप्ति होती है, आरएनए पोलीमरेज़ के सटीक संस्करण पर निर्भर करता है जो अभिनय कर रहा है डीएनए और एमआरएनए (विभिन्न उपप्रकार मौजूद हैं) के साथ-साथ तत्काल सेलुलर में प्रोटीन और अन्य कारक वातावरण।

घटनाओं के दोनों कैस्केड अंततः ट्रांसक्रिप्शन बबल पर डीएनए से मुक्त होने वाले एमआरएनए की ओर ले जाते हैं।

प्रोकैरियोट्स (जिनमें से लगभग सभी बैक्टीरिया हैं) और यूकेरियोट्स (जानवरों, पौधों और कवक जैसे बहुकोशिकीय जीव) में प्रतिलेखन के बीच कई अंतर मौजूद हैं। उदाहरण के लिए, प्रोकैरियोट्स में दीक्षा में आमतौर पर डीएनए आधार व्यवस्था शामिल होती है जिसे प्रिब्नो बॉक्स के रूप में जाना जाता है, जिसमें आधार अनुक्रम TATAAT लगभग 10 आधार जोड़े दूर स्थित है जहां से प्रतिलेखन दीक्षा स्वयं होती है। हालांकि, यूकेरियोट्स में एन्हांसर अनुक्रम दीक्षा स्थल से काफी दूरी पर स्थित हैं, जैसे साथ ही एक्टिवेटर प्रोटीन जो डीएनए अणु को इस तरह से विकृत करने में मदद करते हैं जो इसे आरएनए के लिए अधिक सुलभ बनाता है पोलीमरेज़

इसके अलावा, यूकेरियोट्स (लगभग 22 से 25 बेस जोड़े प्रति मिनट) के रूप में बैक्टीरिया में लगभग दोगुना तेजी से होता है (प्रति मिनट लगभग 42 से 54 बेस जोड़े, एक प्रति सेकंड की सीमा)। अंत में, जबकि समाप्ति के जीवाणु तंत्र ऊपर वर्णित हैं, यूकेरियोट्स में, इस चरण में विशिष्ट समाप्ति कारक शामिल हैं, साथ ही आरएनए के एक स्ट्रैंड को पॉली-ए कहा जाता है (जैसा कि, कई एडेनिन एक पंक्ति में आधार) "पूंछ।" यह अभी तक स्पष्ट नहीं है कि क्या बढ़ाव की समाप्ति बुलबुले से mRNA की दरार को ट्रिगर करती है या क्या दरार खुद ही बढ़ाव को समाप्त कर देती है प्रक्रिया।