डीएनए 🧬
डीएनए (डीऑक्सीराइबो न्यूक्लिक एसिड) मनुष्यों और अधिकांश जीवों में आनुवंशिक सामग्री है। डीएनए जीन का निर्माण करता है और किसी व्यक्ति के स्वास्थ्य और आनुवंशिकता को निर्धारित करता है।
मानव शरीर एक बहुत ही कुशल मशीन है। इस दक्षता को प्राप्त करने के लिए, मानव शरीर में खरबों कोशिकाएँ होती हैं।
अधिकांश कोशिका प्रकारों (कुछ अपवाद हैं) के अंदर डीएनए होता है। वास्तव में अधिकांश कोशिकाओं में डीएनए की दो प्रतियाँ होती हैं। डीएनए की एक प्रति माँ से और दूसरी पिता से आती है।
डीएनए का अधिकांश भाग कोशिका के केंद्रक में स्थित होता है। यह डीएनए कोशिका के नियंत्रण केंद्र की तरह होता है।
डीएनए का एक छोटा सा अंश कोशिका के अन्य भागों में भी पाया जा सकता है, जैसे माइटोकॉन्ड्रिया.
डीएनए किससे बना होता है?
डीएनए का मतलब है डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड। यह कई लिंक से बना एक लंबा, श्रृंखला (चेन) जैसा रसायन है। प्रत्येक लिंक को न्यूक्लियोटाइड कहा जाता है। प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड 3 अणुओं से बना होता है:
- एक शर्करा जिसे डीऑक्सीराइबोज कहा जाता है
- एक फॉस्फेट
- चार नाइट्रोजन बेस में से एक - एडेनिन, थाइमिन, ग्वानिन और साइटोसिन
डीएनए की लंबाई उसमें मौजूद न्यूक्लियोटाइड की संख्या पर निर्भर करती है। एक लंबे डीएनए अणु में एक छोटे डीएनए अणु की तुलना में अधिक संख्या में न्यूक्लियोटाइड होते हैं।
आपने पहले ही देखा होगा कि 4 न्यूक्लियोटाइड संभव हैं। प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड उसमें मौजूद नाइट्रोजन बेस द्वारा निर्धारित होता है। हर न्यूक्लियोटाइड में शर्करा (डीऑक्सीराइबोज) और फॉस्फेट हमेशा एक जैसे होते हैं। केवल नाइट्रोजन बेस ही बदलता है।
यदि नाइट्रोजन बेस एडेनिन है, तो न्यूक्लियोटाइड को “A” कहा जाता है। इसी तरह, यदि नाइट्रोजन बेस साइटोसिन है, तो न्यूक्लियोटाइड को “C” कहा जाता है।
इसलिए, डीएनए में 4 न्यूक्लियोटाइड होते हैं। वे A, T, G और C हैं। डीएनए अणु में इन न्यूक्लियोटाइड की व्यवस्था का क्रम इसके डीएनए अनुक्रम को निर्धारित करता है।
डीएनए की संरचना क्या है?
डीएनए की संरचना का अनुमान जेम्स वाटसन और फ्रांसिस क्रिक ने रोजालिंड फ्रैंकलिन और मौरिस विल्किंस के साथ मिलकर लगाया था।
इस उल्लेखनीय उपलब्धि के लिए वाटसन, क्रिक और विल्किंस को 1962 में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया।
तकनीकी कारणों से रोजालिंड फ्रैंकलिन को नोबेल पुरस्कार नहीं दिया गया।
उस समय नोबेल समिति किसी व्यक्ति को मरणोपरांत पुरस्कार नहीं देती थी। पुरस्कार को तीन से ज़्यादा लोग साझा नहीं कर सकते थे। 1958 में रोज़लिंड फ्रैंकलिन की मृत्यु हो जाने के बाद, शेष तीन वैज्ञानिकों को यह पुरस्कार मिला।
डीएनए ध्रुवीय है
डीएनए डबल हेलिक्स डीएनए के दो पूरक स्ट्रैंड से बना है। इन दो स्ट्रैंड में विपरीत ध्रुवताएं होती हैं। न्यूक्लियोटाइड की रासायनिक प्रकृति इन स्ट्रैंड को ध्रुवीयता प्रदान करती है। मैं समझाता हूँ।
याद कीजिए कि डीएनए एक पॉली-न्यूक्लियोटाइड श्रृंखला है यानी यह न्यूक्लियोटाइड की एक लंबी श्रृंखला है। प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड में एक शर्करा और एक फॉस्फेट समूह होता है।
प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड का शर्करा अणु उसी न्यूक्लियोटाइड के फॉस्फेट समूह से एस्टर बॉन्ड द्वारा बंधा होता है। यह शर्करा अणु एक अन्य एस्टर बॉन्ड द्वारा आसन्न न्यूक्लियोटाइड के फॉस्फेट समूह से भी बंधा होता है। दो एस्टर बॉन्ड दो आसन्न न्यूक्लियोटाइड को फॉस्फोडाइस्टर बॉन्ड द्वारा जोड़ते हैं।
इस व्यवस्था के कारण, डीएनए के एक छोर पर एक फॉस्फेट समूह उजागर होता है। डीएनए के दूसरे छोर पर एक शर्करा अणु उजागर होता है।
जब डीएनए स्ट्रैंड के अंत में फॉस्फेट समूह उजागर होता है, तो यह 5वें स्थान पर अपने हाइड्रॉक्सिल समूह (-OH) को उजागर करता है।
जब डीएनए स्ट्रैंड के अंत में शर्करा समूह उजागर होता है, तो यह 3वें स्थान पर अपने हाइड्रॉक्सिल समूह (-OH) को उजागर करता है।
परिणामस्वरूप, प्रत्येक डीएनए स्ट्रैंड में ध्रुवीयता होती है, जिसके प्रत्येक छोर पर उजागर हाइड्रॉक्सिल होते हैं। फॉस्फेट पर उजागर हाइड्रॉक्सिल वाले छोर को 5´ (5-प्राइम) छोर कहा जाता है। शर्करा पर उजागर हाइड्रॉक्सिल वाले छोर को 3´ (3-प्राइम) छोर कहा जाता है।
डीएनए एक डबल हेलिक्स है
प्रत्येक डीएनए अणु में हेलिक्स के रूप में व्यवस्थित दो पूरक डीएनए स्ट्रैंड होते हैं।
दो स्ट्रैंड को पूरक स्ट्रैंड कहा जाता है क्योंकि एक स्ट्रैंड पर डीएनए अनुक्रम दूसरे पर पूरक अनुक्रम निर्धारित करता है।
इसके अलावा, इन दो स्ट्रैंड में विपरीत ध्रुवता होती है। जब एक स्ट्रैंड 5´ से 3´ दिशा तक फैलता है, तो पूरक स्ट्रैंड 3´ से 5´ दिशा तक होना चाहिए। यह डीएनए की एंटीपैरलल प्रकृति है।
यह पूरकता प्रत्येक स्ट्रैंड के न्यूक्लियोटाइड में नाइट्रोजन बेस के बीच होती है। पूरक बेस एक दूसरे के साथ हाइड्रोजन बॉन्ड के साथ जुड़कर डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए बनाते हैं।
- एडेनिन (A) और थाइमिन (T) दो हाइड्रोजन बॉन्ड के माध्यम से पूरक हैं (AT बेस-पेयर)
- साइटोसिन (C) और गुआनिन (G) तीन हाइड्रोजन बॉन्ड के माध्यम से पूरक हैं (CG बेस-पेयर)
डबल हेलिक्स को वॉटसन और क्रिक मॉडल के नाम से भी जाना जाता है क्योंकि उन्होंने इस मॉडल का बहुत विस्तार से वर्णन किया है।
- डीएनए डबल हेलिक्स के प्रत्येक मोड़ पर 10 बेस-पेयर होते हैं।
- आसन्न बेस-पेयर के बीच की दूरी 3.4 Å (एंगस्ट्रॉम) या 0.34 एनएम (नैनोमीटर) है।
- इसलिए, प्रत्येक हेलिक्स मोड़ की लंबाई, जिसे पिच कहा जाता है, 34 Å (एंगस्ट्रॉम) है।
पूरकता का विचार सबसे पहले 1950 में इरविन चार्गाफ द्वारा प्रस्तावित किया गया था। वॉटसन और क्रिक ने 1953 में इस विचार को और पुख्ता किया।
कोशिका के केन्द्रक में डीएनए किस प्रकार व्यवस्थित होता है?
आपके शरीर की एक कोशिका से प्राप्त डीएनए की लंबाई लगभग छह फीट होगी। औसत कोशिका की लंबाई केवल ३० से ५० µm (माइक्रोमीटर) के बीच होती है। इसलिए, एक कोशिका के भीतर का डीएनए स्वयं कोशिका से ३५००० गुना अधिक लंबा होता है। तो, कोशिका अपने नाभिक के भीतर इतने लंबे डीएनए अणु को कैसे फिट करती है।
आइए देखें कि हमारे शरीर में एक कोशिका के अंदर एक लंबा डीएनए अणु कैसे पैक और व्यवस्थित होता है।
डीएनए को गुणसूत्र (क्रोमोजोम ) नामक एक कॉम्पैक्ट संरचना में पैक किया जाता है।
सबसे पहले, डीएनए स्ट्रैंड को हिस्टोन नामक विशेष प्रोटीन के चारों ओर लपेटा जाता है ताकि न्यूक्लियोसोम बन सके। यह संरचना एक धागे पर मोतियों जैसी दिखती है।
न्यूक्लियोसोम ३० nm (नैनोमीटर) लंबे क्रोमेटिन फाइबर के रूप में मुड़ते और व्यवस्थित होते हैं।
अंत में, क्रोमेटिन फाइबर स्कैफोल्डिंग प्रोटीन की मदद से आगे की तह से गुजरते हैं और एक गुणसूत्र बनाते हैं।
प्रत्येक मानव कोशिका में डीएनए ३२०० करोड़ बेस-जोड़े लंबा होता है और २३ गुणसूत्रों में व्यवस्थित होता है। इसे कोशिका का जीनोम कहा जाता है।
मनुष्य द्विगुणित होते हैं, जिसका अर्थ है कि प्रत्येक गुणसूत्र की दो प्रतियाँ होती हैं। एक पिता से और दूसरी माँ से आती है।
इसलिए, कुल मिलाकर, प्रत्येक कोशिका में २३ + २३ = ४६ गुणसूत्र होते हैं। इसलिए प्रत्येक कोशिका में डीएनए के ६४०० करोड़ बेस जोड़े होते हैं।
इसलिए, आपका अगुणित जीनोम २३ गुणसूत्र है और द्विगुणित जीनोम ४६ गुणसूत्र है। आपके शरीर की कई सारे कोशिकाओं में एक द्विगुणित जीनोम होता है।
शुक्राणु कोशिकाओं (पुरुषों में) और अण्डाणुओं (महिलाओं में) में केवल एक अगुणित जीनोम होता है। जब निषेचन के दौरान ये दोनों कोशिकाएं आपस में मिलती हैं, तो द्विगुणित संतान उत्पन्न होती है।
डीएनए अनुक्रम क्या है?
डीएनए अणु में न्यूक्लियोटाइड के क्रम को डीएनए अनुक्रम कहा जाता है। आपके शरीर की सभी कोशिकाओं में एक ही डीएनए अनुक्रम होता है।
आपकी कोशिकाओं में डीएनए अनुक्रम कार्यात्मक इकाइयों में व्यवस्थित होता है जिन्हें जीन कहा जाता है। जीन प्रोटीन के लिए कोड करते हैं। सरल शब्दों में कहें तो प्रत्येक जीन में डीएनए अनुक्रम शाब्दिक रूप से प्रोटीन में परिवर्तित हो जाता है। मैं समझाता हूँ।
प्रोटीन बनाने के लिए डीएनए अनुक्रम को दो-चरणीय प्रक्रिया में पढ़ा जाता है:
- सबसे पहले, डीएनए ट्रांसक्रिप्शन नामक प्रक्रिया द्वारा आरएनए (एमआरएनए या मैसेंजर आरएनए) बनाता है।
- दूसरा, एमआरएनए ट्रांसलेशन नामक प्रक्रिया द्वारा प्रोटीन बनाता है।
इन दो चरणों को जीवन का केंद्रीय सिद्धांत माना जाता है।
जीवन का केंद्रीय सिद्धांत जीन से प्रोटीन तक आनुवंशिक जानकारी के प्रवाह को परिभाषित करता है, आरएनए जैसे संदेशवाहक के माध्यम से। यह जीवन के सभी रूपों में सुसंगत है।
आइए थोड़ा पीछे चलकर और आरएनए और प्रोटीन के बारे में थोड़ा और समझते है।
आरएनए क्या है?
आरएनए का मतलब है राइबोन्यूक्लिक एसिड। यह डीएनए जैसा ही अणु है जिसमें तीन मुख्य भिन्नताएँ हैं:
-
आरएनए आमतौर पर सिंगल-स्ट्रैंडेड होता है जबकि डीएनए आमतौर पर डबल-स्ट्रैंडेड होता है।
-
आरएनए में, शर्करा डीऑक्सीराइबोज के बजाय राइबोज होती है।
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आरएनए में, नाइट्रोजन बेस थाइमिन (T) को यूरेसिल (U) द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।
डीएनए और आरएनए दोनों को न्यूक्लिक एसिड के रूप में वर्गीकृत किया गया है। जीन (डीएनए) पर आनुवंशिक जानकारी को आरएनए और प्रोटीन में बदलने की प्रक्रिया को जीन की अभिव्यक्ति भी कहा जाता है.
प्रोटीन क्या है?
प्रोटीन 3D आकृतियों में मुड़े हुए अमीनो एसिड की लंबी श्रृंखलाएं हैं और इनके विशिष्ट कार्य होते हैं। प्रकृति में 20 सामान्य अमीनो एसिड हैं जिनके संगत 3 अक्षर और 1 अक्षर होते हैं।
| अमीनो एसिड | 3-अक्षर का कोड | 1-अक्षर का कोड |
|---|---|---|
| Alanine (एलानिन) | Ala | A |
| Arginine (आर्जिनिन) | Arg | R |
| Asparagine (एस्परैगिन) | Asn | N |
| Aspartic acid (एस्पार्टिक एसिड) | Asp | D |
| Cysteine (सिस्टीन) | Cys | C |
| Glutamine (ग्लूटामाइन) | Gln | Q |
| Glutamic acid (ग्लूटामिक एसिड) | Glu | E |
| Glycine (ग्लाइसिन) | Gly | G |
| Histidine (हिस्टिडीन) | His | H |
| Isoleucine (आइसोल्यूसीन) | Ile | I |
| Leucine (ल्यूसीन) | Leu | L |
| Lysine (लाइसिन) | Lys | K |
| Methionine (मेथियोनीन) | Met | M |
| Phenylalanine (फेनिलएलनिन) | Phe | F |
| Proline (प्रोलाइन) | Pro | P |
| Serine (सेरीन) | Ser | S |
| Threonine (थ्रेओनीन) | Thr | T |
| Tryptophan (ट्रिप्टोफैन) | Trp | W |
| Tyrosine (टायरोसिन) | Tyr | Y |
| Valine (वैलीन) | Val | V |
प्रोटीन की गतिविधि लक्षणों के रूप में प्रकट होती है। उदाहरण के लिए, मनुष्यों में त्वचा का रंग मेलानोसाइट्स (त्वचा कोशिकाओं) में जीन के एक समूह की अभिव्यक्ति के कारण होता है।
आनुवंशिक कोड
जीन प्रोटीन के लिए कोड के रूप में कार्य करते हैं। एक विशिष्ट अनुक्रम वाला जीन हमेशा एक ही प्रोटीन बनाएगा, चाहे वह कोई भी जीव हो। इसे जेनेटिक कोड कहा जाता है, और यह लगभग सभी प्रकार के जीवन में एक जैसा होता है।
याद रखें कि जीन का डीएनए अनुक्रम एमआरएनए(मैसेंजर आरएनए) के लिए कोड करता है। एमआरएनए अनुक्रम को न्यूक्लियोटाइड के ट्रिपल के रूप में पढ़ा जाता है जिसे कोडॉन कहा जाता है। ३ न्यूक्लियोटाइड युक्त प्रत्येक कोडॉन १ एमिनो एसिड के लिए कोड करता है, जो प्रोटीन की मूल इकाई है।
जेनेटिक कोड में, कुछ कोडॉन (आमतौर पर मेथियोनीन के लिए कोडिंग) स्टार्ट कोडॉन होते हैं। वे जीन की शुरुआत को चिह्नित करते हैं। जीन के अंत को चिह्नित करने वाले कोडॉन को स्टॉप कोडॉन कहा जाता है।
एमिनो एसिड की एक लंबी श्रृंखला को पॉलीपेप्टाइड कहा जाता है। एक या कई पॉलीपेप्टाइड कार्यात्मक प्रोटीन बनने के लिए 3D संरचनाओं में मुड़ जाते हैं।
चूँकि 4 अलग-अलग न्यूक्लियोटाइड हैं, इसलिए कुल ४ की घात ३ = ६४ कोडॉन संभव हैं। यह बहुत बढ़िया है क्योंकि हमें सभी प्रोटीन के लिए सिर्फ़ 20 अमीनो एसिड बनाने में सक्षम होना चाहिए।
एमआरएनए के लिए कोडॉन चार्ट नीचे दिया गया है।
डीएनए अनुक्रम कैसे बनाए रखा जाता है?
कार्यात्मक प्रोटीन बनाने के लिए जीन के डीएनए अनुक्रम का सटीक होना ज़रूरी है। डीएनए के अनुक्रम में बदलाव को उत्परिवर्तन कहा जाता है। उत्परिवर्तन वाले जीन के परिणामस्वरूप गैर-कार्यात्मक प्रोटीन का उत्पादन हो सकता है।
प्रोटीन के कार्य में कमी से कोशिका पूरी तरह से अक्षम हो सकती है। यह आनुवंशिक रोगों का आधार है।
लक्षणों की तरह, जीन में उत्परिवर्तन और इसलिए बीमारियाँ भी बच्चों को विरासत में मिल सकती हैं। किसी व्यक्ति की आनुवंशिकी को समझना आनुवंशिक रोगों और विकारों का बेहतर निदान करने में मदद कर सकता है।
लेकिन, माता-पिता से उनके बच्चों में डीएनए अनुक्रम की प्रतिलिपि कैसे बनाई जाती है। डीएनए की प्रतिलिपि डीएनए प्रतिकृति नामक प्रक्रिया द्वारा बनाई जाती है।
डीएनए प्रतिकृति क्या है?
एक डीएनए स्ट्रैंड पर अनुक्रम को एक नए डीएनए स्ट्रैंड में कॉपी करने की प्रक्रिया को डीएनए प्रतिकृति कहा जाता है।
कोशिकाओं ने अपने डीएनए अनुक्रम को सटीक और ईमानदारी से दोहराने के लिए एक बहुत ही सुंदर और विस्तृत तंत्र विकसित किया है।
यह एक बहुत ही जटिल प्रक्रिया है और डीएनए प्रतिकृति के जटिल विवरणों का वर्णन करते हुए हजारों शोध पत्र प्रकाशित हुए हैं। इस अवलोकन में, मैं आपको केवल डीएनए प्रतिकृति की रूपरेखा दूंगा।
डीएनए प्रतिकृति में प्रमुख चरण
चरण 1 - डीएनए स्ट्रैंड को खोलना
डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए को दोहराने के लिए, इसे पहले दो सिंगल-स्ट्रैंडेड डीएनए में खोलना पड़ता है। यह प्रोटीन के विशेष समूह द्वारा प्राप्त किया जाता है जिसे रेप्लिकेटिव हेलीकेस कहा जाता है।
चरण 2 - नए डीएनए स्ट्रैंड का संश्लेषण करें
डीएनए को खोलने के बाद सिंगल स्ट्रैंडेड डीएनए एक नए पूरक डीएनए स्ट्रैंड को संश्लेषित करने के लिए डीएनए पॉलीमरेज़ नामक प्रोटीन के एक विशेष समूह के लिए एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करते हैं।
प्रतिकृति डीएनए पॉलीमरेज़ केवल 5´ से 3´ दिशा में एक नए स्ट्रैंड को संश्लेषित कर सकते हैं। इसका मतलब है कि वे हमेशा 3´ से 5´ दिशा में टेम्पलेट स्ट्रैंड को पढ़ेंगे।
इसका मतलब है कि एक स्ट्रैंड पर डीएनए प्रतिकृति हेलिकेज़ द्वारा खोलने की दिशा में लगातार आगे बढ़ती है। इसे लीडिंग स्ट्रैंड कहा जाता है।
दूसरे स्ट्रैंड पर, डीएनए प्रतिकृति हेलिकेज़ द्वारा खोलने की दिशा के विपरीत होती है। इसलिए, इसे छोटे टुकड़ों में दोहराया जाता है जिन्हें ओकाज़ाकी टुकड़े कहा जाता है। इस स्ट्रैंड को लैगिंग स्ट्रैंड कहा जाता है।
डीएनए के दो स्ट्रैंड पर प्रतिकृति में इन अंतरों के कारण, प्रतिकृति को अर्ध-असंतत कहा जाता है।
चरण 3 - दोनों डीएनए प्रतियों को अलग करना
संपूर्ण डीएनए अनुक्रम की प्रतिकृति बनने के बाद, डीएनए की नई प्रतिलिपि को बेटी डीएनए अणु कहा जाता है। प्रति कोशिका डीएनए की 2 प्रतियों (द्विगुणित) से, अब हम डीएनए की 4 प्रतियों (टेट्राप्लोइड) पर हैं।
नई प्रतिलिपि की गई बेटी डीएनए को अंततः एक बेटी कोशिका में स्थानांतरित कर दिया जाता है, जिससे हमें एक से दो कोशिकाएँ मिलती हैं।
डीएनए प्रतिकृति यह सुनिश्चित करती है कि डीएनए अनुक्रम पीढ़ियों तक बना रहे और विरासत में मिले। यह विकास का आधार है।
इसे इस तरह से सोचें। आपने अपना डीएनए अपने माता-पिता से प्राप्त किया। आपके माता-पिता ने अपना डीएनए उनके माता-पिता से प्राप्त किया। इस तरह, हम अंतिम सार्वभौमिक सामान्य पूर्वज तक वापस जा सकते हैं।
सारांश
इस लेख में, मैंने एक सिंहावलोकन प्रदान करने के इरादे से डीएनए की मूल बातें लिखी हैं। मैंने सबसे पहले बताया कि डीएनए क्या है और डीएनए बनाने वाले घटक क्या हैं। फिर, मैंने डीएनए की संरचना और गुणों का वर्णन किया। इसके बाद, मैंने डीएनए और डीएनए अनुक्रम के कार्यों और जीवन में इसका उपयोग कैसे किया जाता है, इसके बारे में लिखा। अंत में, मैंने इस बात पर भी चर्चा की कि डीएनए को कैसे बनाए रखा जाता है और पीढ़ियों के माध्यम से विरासत में कैसे मिलता है।
यह लेख उन पाठकों के लिए है जो अभी डीएनए और आनुवंशिकी के बारे में सीखना शुरू कर रहे हैं। मुझे उम्मीद है कि यह डीएनए को समझने की आपकी खोज में एक ठोस शुरुआती बिंदु प्रदान करेगा।
लेखक
