संक्रमण के कारण डीएनए में परिवर्तन होता है। डीएनए क्या है - डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड? डीएनए अणु में न्यूक्लियोटाइड की संरचना

मॉस्को, 25 अप्रैल - आरआईए नोवोस्ती, तात्याना पिचुगिना।ठीक 65 साल पहले, ब्रिटिश वैज्ञानिकों जेम्स वॉटसन और फ्रांसिस क्रिक ने डीएनए की संरचना को समझने, एक नए विज्ञान - आणविक जीव विज्ञान की नींव रखने पर एक लेख प्रकाशित किया था। इस खोज ने मानव जाति के जीवन में बहुत कुछ बदल दिया। आरआईए नोवोस्ती डीएनए अणु के गुणों के बारे में बात करती है और यह इतना महत्वपूर्ण क्यों है।

19वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में, जीव विज्ञान एक बहुत ही युवा विज्ञान था। वैज्ञानिक अभी कोशिका का अध्ययन शुरू ही कर रहे थे, और आनुवंशिकता के बारे में विचार, हालांकि पहले से ही ग्रेगर मेंडल द्वारा तैयार किए गए थे, व्यापक रूप से स्वीकार नहीं किए गए थे।

1868 के वसंत में, एक युवा स्विस डॉक्टर, फ्रेडरिक मिशर, वैज्ञानिक कार्य में संलग्न होने के लिए तुबिंगन विश्वविद्यालय (जर्मनी) पहुंचे। उनका इरादा यह पता लगाना था कि कोशिका किन पदार्थों से बनी होती है। प्रयोगों के लिए मैंने ल्यूकोसाइट्स को चुना, जो मवाद से प्राप्त करना आसान है।

नाभिक को प्रोटोप्लाज्म, प्रोटीन और वसा से अलग करते हुए, मिशर ने उच्च फास्फोरस सामग्री वाले एक यौगिक की खोज की। उन्होंने इस अणु को न्यूक्लिन (लैटिन में "नाभिक") - न्यूक्लियस) कहा।

इस यौगिक ने अम्लीय गुण प्रदर्शित किए, यही कारण है कि "न्यूक्लिक एसिड" शब्द उत्पन्न हुआ। इसके उपसर्ग "डीऑक्सीराइबो" का अर्थ है कि अणु में एच-समूह और शर्करा हैं। तब पता चला कि यह वास्तव में नमक था, लेकिन उन्होंने नाम नहीं बदला।

20वीं सदी की शुरुआत में, वैज्ञानिकों को पहले से ही पता था कि न्यूक्लिन एक बहुलक है (अर्थात, दोहराई जाने वाली इकाइयों का एक बहुत लंबा लचीला अणु), इकाइयाँ चार नाइट्रोजनस आधारों (एडेनिन, थाइमिन, गुआनिन और साइटोसिन) और न्यूक्लिन से बनी होती हैं। गुणसूत्रों में निहित है - कॉम्पैक्ट संरचनाएं जो विभाजित कोशिकाओं में होती हैं। वंशानुगत विशेषताओं को प्रसारित करने की उनकी क्षमता का प्रदर्शन अमेरिकी आनुवंशिकीविद् थॉमस मॉर्गन ने फल मक्खियों पर प्रयोगों में किया था।

वह मॉडल जिसने जीन की व्याख्या की

लेकिन डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड, या संक्षेप में डीएनए, कोशिका नाभिक में क्या करता है, यह लंबे समय से समझ में नहीं आया है। ऐसा माना जाता था कि यह गुणसूत्रों में कुछ संरचनात्मक भूमिका निभाता है। आनुवंशिकता की इकाइयों - जीन - को प्रोटीन प्रकृति के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था। यह सफलता अमेरिकी शोधकर्ता ओसवाल्ड एवरी द्वारा की गई, जिन्होंने प्रयोगात्मक रूप से साबित किया कि आनुवंशिक सामग्री डीएनए के माध्यम से बैक्टीरिया से बैक्टीरिया में स्थानांतरित होती है।

यह स्पष्ट हो गया कि डीएनए का अध्ययन करने की आवश्यकता है। आख़िर कैसे? उस समय वैज्ञानिकों के लिए केवल एक्स-रे ही उपलब्ध थे। इसके साथ जैविक अणुओं को रोशन करने के लिए, उन्हें क्रिस्टलीकृत करना होगा, और यह मुश्किल है। कैवेंडिश प्रयोगशाला (कैम्ब्रिज, यूके) में एक्स-रे विवर्तन पैटर्न से प्रोटीन अणुओं की संरचना को समझा गया था। वहां काम करने वाले युवा शोधकर्ताओं, जेम्स वॉटसन और फ्रांसिस क्रिक के पास डीएनए पर अपना स्वयं का प्रयोगात्मक डेटा नहीं था, इसलिए उन्होंने किंग्स कॉलेज मौरिस विल्किंस और रोज़लिंड फ्रैंकलिन के सहयोगियों की एक्स-रे तस्वीरों का इस्तेमाल किया।

वॉटसन और क्रिक ने डीएनए संरचना का एक मॉडल प्रस्तावित किया जो एक्स-रे पैटर्न से बिल्कुल मेल खाता था: दो समानांतर किस्में दाएं हाथ के हेलिक्स में मुड़ गईं। प्रत्येक श्रृंखला उनके शर्करा और फॉस्फेट की रीढ़ पर फंसे नाइट्रोजनस आधारों के एक यादृच्छिक सेट से बनी होती है, और आधारों के बीच हाइड्रोजन बांड द्वारा एक साथ रखी जाती है। इसके अलावा, एडेनिन केवल थाइमिन के साथ और गुआनिन साइटोसिन के साथ जुड़ता है। इस नियम को संपूरकता का सिद्धांत कहा जाता है।

वॉटसन और क्रिक मॉडल ने डीएनए के चार मुख्य कार्यों की व्याख्या की: आनुवंशिक सामग्री की प्रतिकृति, इसकी विशिष्टता, अणु में जानकारी का भंडारण, और इसकी उत्परिवर्तन करने की क्षमता।

वैज्ञानिकों ने अपनी खोज को 25 अप्रैल, 1953 को नेचर पत्रिका में प्रकाशित किया। दस साल बाद, मौरिस विल्किंस के साथ, उन्हें जीव विज्ञान में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया (रोज़ालिंड फ्रैंकलिन की 1958 में 37 वर्ष की आयु में कैंसर से मृत्यु हो गई)।

"अब, आधी सदी से भी अधिक समय के बाद, हम कह सकते हैं कि डीएनए की संरचना की खोज ने जीव विज्ञान के विकास में वही भूमिका निभाई जो भौतिकी में परमाणु नाभिक की खोज ने निभाई। परमाणु की संरचना की व्याख्या ने एक उत्कृष्ट आनुवंशिकीविद्, डीएनए शोधकर्ता और पुस्तक "द सबसे महत्वपूर्ण अणु।”

जेनेटिक कोड

अब बस यह पता लगाना बाकी रह गया था कि यह अणु कैसे काम करता है। यह ज्ञात था कि डीएनए में सेलुलर प्रोटीन के संश्लेषण के लिए निर्देश होते हैं, जो कोशिका में सभी कार्य करते हैं। प्रोटीन अमीनो एसिड के दोहराए जाने वाले सेट (अनुक्रम) से बने पॉलिमर हैं। इसके अलावा, केवल बीस अमीनो एसिड होते हैं। जानवरों की प्रजातियाँ अपनी कोशिकाओं में प्रोटीन के सेट में, यानी अलग-अलग अमीनो एसिड अनुक्रम में एक-दूसरे से भिन्न होती हैं। आनुवंशिकीविदों ने दावा किया कि ये अनुक्रम जीन द्वारा निर्धारित किए गए थे, जिन्हें तब जीवन के निर्माण खंड के रूप में माना जाता था। लेकिन कोई नहीं जानता था कि वास्तव में जीन क्या होते हैं।

स्पष्टता बिग बैंग सिद्धांत के लेखक, जॉर्ज वाशिंगटन विश्वविद्यालय (यूएसए) के एक कर्मचारी, भौतिक विज्ञानी जॉर्जी गामो द्वारा लाई गई थी। वॉटसन और क्रिक के डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए हेलिक्स के मॉडल के आधार पर, उन्होंने सुझाव दिया कि एक जीन डीएनए का एक खंड है, यानी लिंक का एक निश्चित अनुक्रम - न्यूक्लियोटाइड। चूँकि प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड चार नाइट्रोजनस आधारों में से एक है, हमें बस यह पता लगाने की आवश्यकता है कि चार तत्व बीस के लिए कैसे कोड करते हैं। यह जेनेटिक कोड का विचार था.

1960 के दशक की शुरुआत में, यह स्थापित हो गया था कि प्रोटीन को राइबोसोम में अमीनो एसिड से संश्लेषित किया जाता है, जो कोशिका के अंदर एक प्रकार का "कारखाना" है। प्रोटीन संश्लेषण शुरू करने के लिए, एक एंजाइम डीएनए के पास जाता है, जीन की शुरुआत में एक निश्चित क्षेत्र को पहचानता है, जीन की एक प्रति को छोटे आरएनए (इसे टेम्पलेट कहा जाता है) के रूप में संश्लेषित करता है, फिर प्रोटीन राइबोसोम में विकसित होता है अमीनो अम्ल।

उन्होंने यह भी पता लगाया कि आनुवंशिक कोड तीन अक्षरों का होता है। इसका मतलब है कि एक अमीनो एसिड तीन न्यूक्लियोटाइड से मेल खाता है। कोड की इकाई को कोडन कहा जाता है। राइबोसोम में, एमआरएनए से जानकारी क्रमिक रूप से कोडन द्वारा पढ़ी जाती है। और उनमें से प्रत्येक कई अमीनो एसिड से मेल खाता है। सिफर कैसा दिखता है?

इस प्रश्न का उत्तर संयुक्त राज्य अमेरिका के मार्शल निरेनबर्ग और हेनरिक मैटेई ने दिया। 1961 में, उन्होंने पहली बार मास्को में जैव रासायनिक कांग्रेस में अपने परिणामों की सूचना दी। 1967 तक, आनुवंशिक कोड को पूरी तरह से समझ लिया गया था। यह सभी जीवों की सभी कोशिकाओं के लिए सार्वभौमिक साबित हुआ, जिसके विज्ञान के लिए दूरगामी परिणाम हुए।

डीएनए की संरचना और आनुवंशिक कोड की खोज ने जैविक अनुसंधान को पूरी तरह से पुनर्निर्देशित कर दिया। तथ्य यह है कि प्रत्येक व्यक्ति के पास एक अद्वितीय डीएनए अनुक्रम होता है जिसने फोरेंसिक विज्ञान में क्रांति ला दी है। मानव जीनोम को समझने से मानवविज्ञानियों को हमारी प्रजातियों के विकास का अध्ययन करने के लिए एक पूरी तरह से नई विधि मिल गई है। हाल ही में आविष्कार किए गए डीएनए संपादक सीआरआईएसपीआर-कैस ने जेनेटिक इंजीनियरिंग को काफी उन्नत किया है। जाहिर है, इस अणु में मानवता की सबसे गंभीर समस्याओं का समाधान शामिल है: कैंसर, आनुवंशिक रोग, उम्र बढ़ना।

वाटसनऔर चीखपता चला है कि डीएनएइसमें दो पॉलीन्यूक्लियोटाइड श्रृंखलाएं होती हैं। प्रत्येक श्रृंखला को दाईं ओर एक सर्पिल में घुमाया जाता है, और उन दोनों को एक साथ घुमाया जाता है, अर्थात, एक ही धुरी के चारों ओर दाईं ओर घुमाया जाता है, जिससे एक डबल हेलिक्स बनता है।

शृंखलाएँ प्रतिसमानान्तर होती हैं, अर्थात् विपरीत दिशाओं में निर्देशित होती हैं। डीएनए का प्रत्येक किनाराइसमें एक चीनी-फॉस्फेट रीढ़ की हड्डी होती है जिसके साथ आधार डबल हेलिक्स की लंबी धुरी के लंबवत स्थित होते हैं; डबल हेलिक्स के दो विपरीत धागों के विरोधी आधार हाइड्रोजन बांड द्वारा जुड़े हुए हैं।

चीनी फॉस्फेट रीढ़ की हड्डी दो डबल हेलिक्स स्ट्रैंडस्थानिक डीएनए मॉडल पर स्पष्ट रूप से दिखाई देते हैं। दो श्रृंखलाओं के शुगर-फॉस्फेट बैकबोन के बीच की दूरी स्थिर है और आधारों की एक जोड़ी, यानी, एक प्यूरीन और एक पाइरीमिडीन द्वारा घेरी गई दूरी के बराबर है। दो प्यूरिन बहुत अधिक जगह लेंगे और दो पाइरीमिडीन दो श्रृंखलाओं के बीच के अंतराल को भरने के लिए बहुत कम जगह लेंगे।

अणु की धुरी के साथ, पड़ोसी आधार जोड़े एक दूसरे से 0.34 एनएम की दूरी पर स्थित होते हैं, जो एक्स-रे विवर्तन पैटर्न में पाई गई आवधिकता की व्याख्या करता है। सर्पिल की पूर्ण क्रांति 3.4 एनएम, यानी, 10 आधार जोड़े के लिए जिम्मेदार है। एक श्रृंखला में न्यूक्लियोटाइड के अनुक्रम के संबंध में कोई प्रतिबंध नहीं है, लेकिन आधार युग्मन के नियम के कारण, एक श्रृंखला में यह अनुक्रम दूसरी श्रृंखला में न्यूक्लियोटाइड के अनुक्रम को निर्धारित करता है। इसलिए हम कहते हैं कि डबल हेलिक्स के दो धागे एक-दूसरे के पूरक हैं।

वाटसनऔर चीखके बारे में एक संदेश प्रकाशित किया आपका डीएनए मॉडल 1953 में पत्रिका "" में, और 1962 में उन्हें, मौरिस विल्किंस के साथ, इस काम के लिए नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया। उसी वर्ष, केंड्रू और पेरुट्ज़ को प्रोटीन की त्रि-आयामी संरचना का निर्धारण करने पर उनके काम के लिए नोबेल पुरस्कार मिला, जिसे एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण द्वारा भी किया गया था। रोज़ालिंड फ्रैंकलिन, जिनकी पुरस्कार दिए जाने से पहले कैंसर से मृत्यु हो गई थी, को प्राप्तकर्ता के रूप में शामिल नहीं किया गया क्योंकि नोबेल पुरस्कार मरणोपरांत नहीं दिया जाता है।

प्रस्तावित संरचना को आनुवंशिक सामग्री के रूप में पहचानने के लिए, यह दिखाना आवश्यक था कि यह सक्षम है: 1) एन्कोडेड जानकारी ले जाना और 2) सटीक रूप से पुनरुत्पादन (प्रतिकृति बनाना)। वॉटसन और क्रिक जानते थे कि उनका मॉडल इन आवश्यकताओं को पूरा करता है। अपने पहले पेपर के अंत में, उन्होंने सावधानी से नोट किया: "यह हमारे ध्यान से बच नहीं पाया है कि जिस विशिष्ट आधार युग्मन की हमने तुरंत परिकल्पना की थी, वह हमें आनुवंशिक सामग्री के लिए एक संभावित प्रतिलिपि तंत्र को स्थापित करने की अनुमति देता है।"

1953 में प्रकाशित एक दूसरे पेपर में, उन्होंने अपने मॉडल के आनुवंशिक प्रभावों पर चर्चा की। इस खोज से पता चला कि कैसे स्पष्ट संरचनाआणविक स्तर पर पहले से ही कार्य के साथ जुड़ा हो सकता है, जिससे आणविक जीव विज्ञान के विकास को एक शक्तिशाली प्रोत्साहन मिल सकता है।

इसकी रासायनिक संरचना के अनुसार, डीएनए ( डिऑक्सीराइबोन्यूक्लिक अम्ल) है जैव बहुलक, जिनके मोनोमर्स हैं न्यूक्लियोटाइड. यानी डीएनए है पॉलीन्यूक्लियोटाइड. इसके अलावा, एक डीएनए अणु में आम तौर पर एक पेचदार रेखा (जिसे अक्सर "हेलिकली ट्विस्टेड" कहा जाता है) के साथ एक दूसरे के सापेक्ष मुड़ी हुई दो श्रृंखलाएं होती हैं और हाइड्रोजन बांड द्वारा एक दूसरे से जुड़ी होती हैं।

जंजीरों को बाएँ और दाएँ (अक्सर) दोनों तरफ घुमाया जा सकता है।

कुछ वायरस में सिंगल स्ट्रैंड डीएनए होता है।

प्रत्येक डीएनए न्यूक्लियोटाइड में 1) एक नाइट्रोजनस बेस, 2) डीऑक्सीराइबोज़, 3) एक फॉस्फोरिक एसिड अवशेष होता है।

डबल दाएँ हाथ का डीएनए हेलिक्स

डीएनए की संरचना में निम्नलिखित शामिल हैं: एडीनाइन, गुआनिन, थाइमिनऔर साइटोसिन. एडेनिन और गुआनिन हैं प्यूरिन्स, और थाइमिन और साइटोसिन - को pyrimidines. कभी-कभी डीएनए में यूरैसिल होता है, जो आमतौर पर आरएनए की विशेषता है, जहां यह थाइमिन की जगह लेता है।

एक डीएनए अणु की एक श्रृंखला के नाइट्रोजनस आधार दूसरे के नाइट्रोजनस आधारों से संपूरकता के सिद्धांत के अनुसार सख्ती से जुड़े होते हैं: एडेनिन केवल थाइमिन के साथ (एक दूसरे के साथ दो हाइड्रोजन बांड बनाते हैं), और ग्वानिन केवल साइटोसिन (तीन बांड) के साथ।

न्यूक्लियोटाइड में नाइट्रोजनस आधार स्वयं चक्रीय रूप के पहले कार्बन परमाणु से जुड़ा होता है डीऑक्सीराइबोज़, जो एक पेन्टोज़ (पांच कार्बन परमाणुओं वाला एक कार्बोहाइड्रेट) है। बंधन सहसंयोजक, ग्लाइकोसिडिक (सी-एन) है। राइबोज़ के विपरीत, डीऑक्सीराइबोज़ में इसके हाइड्रॉक्सिल समूहों में से एक का अभाव होता है। डीऑक्सीराइबोज़ वलय चार कार्बन परमाणुओं और एक ऑक्सीजन परमाणु से बनता है। पांचवां कार्बन परमाणु रिंग के बाहर है और ऑक्सीजन परमाणु के माध्यम से फॉस्फोरिक एसिड अवशेष से जुड़ा हुआ है। इसके अलावा, तीसरे कार्बन परमाणु पर ऑक्सीजन परमाणु के माध्यम से, पड़ोसी न्यूक्लियोटाइड का फॉस्फोरिक एसिड अवशेष जुड़ा होता है।

इस प्रकार, डीएनए के एक स्ट्रैंड में, आसन्न न्यूक्लियोटाइड डीऑक्सीराइबोज और फॉस्फोरिक एसिड (फॉस्फोडाइस्टर बॉन्ड) के बीच सहसंयोजक बंधन द्वारा एक दूसरे से जुड़े होते हैं। फॉस्फेट-डीऑक्सीराइबोज रीढ़ की हड्डी बनती है। इसके लंबवत निर्देशित, अन्य डीएनए श्रृंखला की ओर, नाइट्रोजनस आधार हैं, जो हाइड्रोजन बांड द्वारा दूसरी श्रृंखला के आधारों से जुड़े होते हैं।

डीएनए की संरचना ऐसी है कि हाइड्रोजन बांड से जुड़ी श्रृंखलाओं की रीढ़ अलग-अलग दिशाओं में निर्देशित होती है (वे कहते हैं "बहुदिशात्मक", "एंटीपैरेलल")। जिस तरफ एक डीऑक्सीराइबोज के पांचवें कार्बन परमाणु से जुड़े फॉस्फोरिक एसिड के साथ समाप्त होता है, वहीं दूसरा "मुक्त" तीसरे कार्बन परमाणु के साथ समाप्त होता है। अर्थात्, एक श्रृंखला का कंकाल दूसरे के सापेक्ष उल्टा हो जाता है। इस प्रकार, डीएनए श्रृंखलाओं की संरचना में, 5" सिरे और 3" सिरे प्रतिष्ठित होते हैं।

डीएनए प्रतिकृति (दोहरीकरण) के दौरान, नई श्रृंखलाओं का संश्लेषण हमेशा उनके 5वें सिरे से तीसरे सिरे तक होता है, क्योंकि नए न्यूक्लियोटाइड केवल मुक्त तीसरे सिरे में ही जोड़े जा सकते हैं।

अंततः (अप्रत्यक्ष रूप से आरएनए के माध्यम से), डीएनए श्रृंखला में हर तीन लगातार न्यूक्लियोटाइड एक प्रोटीन अमीनो एसिड के लिए कोड करते हैं।

डीएनए अणु की संरचना की खोज 1953 में एफ. क्रिक और डी. वाटसन के काम की बदौलत हुई (जिसे अन्य वैज्ञानिकों के शुरुआती काम से भी मदद मिली)। हालाँकि 19वीं सदी में डीएनए को एक रासायनिक पदार्थ के रूप में जाना जाता था। 20वीं सदी के 40 के दशक में यह स्पष्ट हो गया कि डीएनए आनुवंशिक जानकारी का वाहक है।

डबल हेलिक्स को डीएनए अणु की द्वितीयक संरचना माना जाता है। यूकेरियोटिक कोशिकाओं में, डीएनए की भारी मात्रा गुणसूत्रों में स्थित होती है, जहां यह प्रोटीन और अन्य पदार्थों से जुड़ा होता है, और अधिक सघनता से पैक भी होता है।

किसी व्यक्ति की जन्म योजना तब तैयार होती है जब माता और पिता की प्रजनन कोशिकाएं एक में विलीन हो जाती हैं। इस गठन को युग्मनज या निषेचित अंडाणु कहा जाता है। जीव के विकास की योजना ही इस एकल कोशिका के केंद्रक में स्थित डीएनए अणु में निहित है। इसमें बालों का रंग, ऊंचाई, नाक का आकार और बाकी सब कुछ जो किसी व्यक्ति को व्यक्तिगत बनाता है, कोडित है।

बेशक, किसी व्यक्ति का भाग्य न केवल अणु पर बल्कि कई अन्य कारकों पर भी निर्भर करता है। लेकिन जन्म के समय निर्धारित जीन भी काफी हद तक भाग्य पथ को प्रभावित करते हैं। और वे न्यूक्लियोटाइड के अनुक्रम का प्रतिनिधित्व करते हैं।

हर बार जब कोई कोशिका विभाजित होती है, तो डीएनए दोगुना हो जाता है। इसलिए, प्रत्येक कोशिका पूरे जीव की संरचना के बारे में जानकारी रखती है। यह वैसा ही है जैसे, एक ईंट की इमारत का निर्माण करते समय, प्रत्येक ईंट के पास पूरी संरचना के लिए एक वास्तुशिल्प योजना होती है। आप केवल एक ईंट को देखें और आपको पहले से ही पता चल जाएगा कि यह किस इमारत संरचना का हिस्सा है।

डीएनए अणु की वास्तविक संरचना को पहली बार 1962 में ब्रिटिश जीवविज्ञानी जॉन गुर्डन द्वारा प्रदर्शित किया गया था। उन्होंने एक मेंढक की आंत से एक कोशिका केंद्रक लिया और माइक्रोसर्जिकल तकनीकों का उपयोग करके इसे एक मेंढक के अंडे में प्रत्यारोपित किया। इसके अलावा, इस अंडे में, इसका अपना नाभिक पहले पराबैंगनी विकिरण द्वारा नष्ट हो गया था।

संकर अंडे से एक सामान्य मेंढक निकला। इसके अलावा, यह बिल्कुल उसी के समान था जिसका कोशिका केंद्रक लिया गया था। इससे क्लोनिंग के युग की शुरुआत हुई। और स्तनधारियों में क्लोनिंग का पहला सफल परिणाम डॉली भेड़ थी। वह 6 साल तक जीवित रहीं और फिर मर गईं।

हालाँकि, प्रकृति स्वयं भी युगल बनाती है। ऐसा तब होता है, जब युग्मनज के पहले विभाजन के बाद, दो नई कोशिकाएँ एक साथ नहीं रहतीं, बल्कि अलग हो जाती हैं, और प्रत्येक अपना स्वयं का जीव उत्पन्न करती हैं। इस तरह एक जैसे जुड़वाँ बच्चे पैदा होते हैं। उनके डीएनए अणु बिल्कुल एक जैसे होते हैं, यही कारण है कि जुड़वाँ बच्चे इतने समान होते हैं।

दिखने में, डीएनए दाएं हाथ के सर्पिल में मुड़ी हुई रस्सी की सीढ़ी जैसा दिखता है। और इसमें पॉलिमर श्रृंखलाएं होती हैं, जिनमें से प्रत्येक 4 प्रकार की इकाइयों से बनती है: एडेनिन (ए), गुआनिन (जी), थाइमिन (टी) और साइटोसिन (सी)।

इन्हीं के क्रम में किसी भी जीवित जीव का आनुवंशिक कार्यक्रम निहित होता है। उदाहरण के लिए, नीचे दिया गया चित्र न्यूक्लियोटाइड टी को दर्शाता है। इसकी शीर्ष रिंग को नाइट्रोजनस बेस कहा जाता है, नीचे की पांच-सदस्यीय रिंग एक शर्करा है, और बाईं ओर एक फॉस्फेट समूह है।

चित्र में थाइमिन न्यूक्लियोटाइड दिखाया गया है, जो डीएनए का हिस्सा है। शेष 3 न्यूक्लियोटाइड की संरचना समान होती है, लेकिन उनके नाइट्रोजनस आधार में भिन्नता होती है। ऊपरी दाहिना वलय एक नाइट्रोजनस आधार है। निचला पाँच सदस्यीय वलय चीनी है। बायां समूह पीओ - ​​फॉस्फेट

डीएनए अणु के आयाम

डबल हेलिक्स का व्यास 2 एनएम है (एनएम एक नैनोमीटर है, 10 -9 मीटर के बराबर)। हेलिक्स के साथ आसन्न आधार जोड़े के बीच की दूरी 0.34 एनएम है। डबल हेलिक्स हर 10 जोड़े में एक पूर्ण क्रांति करता है। लेकिन लंबाई उस जीव पर निर्भर करती है जिसका अणु है। सबसे सरल वायरस में केवल कुछ हज़ार लिंक होते हैं। बैक्टीरिया की संख्या कई मिलियन है। और उच्चतर जीवों में अरबों की संख्या होती है।

यदि आप एक मानव कोशिका में मौजूद सभी डीएनए को एक पंक्ति में खींचते हैं, तो आपको लगभग 2 मीटर लंबा एक धागा मिलेगा। इससे पता चलता है कि धागे की लंबाई इसकी मोटाई से अरबों गुना अधिक है। डीएनए अणु के आकार की बेहतर कल्पना करने के लिए, आप कल्पना कर सकते हैं कि इसकी मोटाई 4 सेमी है। एक मानव कोशिका से लिया गया ऐसा धागा, भूमध्य रेखा के साथ ग्लोब को घेर सकता है। इस पैमाने पर, एक व्यक्ति पृथ्वी के आकार के अनुरूप होगा, और कोशिका नाभिक एक स्टेडियम के आकार तक बढ़ जाएगा।

क्या वॉटसन और क्रिक मॉडल सही है?

डीएनए अणु की संरचना को ध्यान में रखते हुए, यह सवाल उठता है कि इतनी बड़ी लंबाई होने पर भी यह नाभिक में कैसे स्थित होता है। इसे इस तरह से झूठ बोलना चाहिए कि यह आरएनए पोलीमरेज़ के लिए अपनी पूरी लंबाई तक पहुंच योग्य हो, जो वांछित जीन को पढ़ता है।

प्रतिकृति कैसे की जाती है? आख़िरकार, दोहरीकरण के बाद, दो पूरक श्रृंखलाएँ अलग होनी चाहिए। यह काफी कठिन है, क्योंकि शुरू में जंजीरों को एक सर्पिल में घुमाया जाता है।

इस तरह के सवालों ने शुरू में वॉटसन और क्रिक मॉडल की वैधता पर संदेह पैदा किया। लेकिन यह मॉडल बहुत विशिष्ट था और इसकी अनुल्लंघनीयता ने विशेषज्ञों को आसानी से चिढ़ा दिया। इसलिए, हर कोई खामियों और विरोधाभासों की तलाश में दौड़ पड़ा।

कुछ विशेषज्ञों का मानना ​​​​है कि यदि दुर्भाग्यपूर्ण अणु में कमजोर गैर-सहसंयोजक बंधनों से जुड़ी 2 बहुलक श्रृंखलाएं होती हैं, तो समाधान गर्म होने पर उन्हें अलग हो जाना चाहिए, जिसे प्रयोगात्मक रूप से आसानी से सत्यापित किया जा सकता है।

दूसरे विशेषज्ञ नाइट्रोजनस आधारों में रुचि रखने लगे जो एक दूसरे के साथ हाइड्रोजन बंधन बनाते हैं। इसे अवरक्त क्षेत्र में अणु के स्पेक्ट्रा को मापकर सत्यापित किया जा सकता है।

फिर भी दूसरों ने सोचा कि यदि नाइट्रोजनस आधार वास्तव में डबल हेलिक्स के अंदर छिपे हुए थे, तो यह पता लगाना संभव होगा कि क्या अणु उन पदार्थों से प्रभावित था जो केवल इन छिपे हुए समूहों के साथ प्रतिक्रिया कर सकते थे।

कई प्रयोग किए गए और 20वीं सदी के 50 के दशक के अंत तक यह स्पष्ट हो गया कि वॉटसन और क्रिक द्वारा प्रस्तावित मॉडल सभी परीक्षणों में उत्तीर्ण हुआ। इसका खंडन करने के प्रयास विफल रहे.

जिसकी मोनोमर इकाइयाँ न्यूक्लिअटाइड्स हैं।

डीएनए क्या है?

किसी भी जीवित जीव की संरचना और कार्यप्रणाली के बारे में सारी जानकारी उसके आनुवंशिक पदार्थ में एन्कोडेड रूप में निहित होती है। किसी जीव के आनुवंशिक पदार्थ का आधार है डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड (डीएनए).

डीएनएअधिकांश जीवों में यह एक लंबी, दोहरी श्रृंखला वाला बहुलक अणु होता है। परिणाम को मोनोमर इकाइयाँ (डीऑक्सीराइबोन्यूक्लियोटाइड्स) इसकी एक श्रृंखला में ( पूरक) डीऑक्सीराइबोन्यूक्लियोटाइड अनुक्रम दूसरे में। संपूरकता का सिद्धांतजब वे दोगुने हो जाते हैं तो मूल डीएनए अणुओं के समान नए डीएनए अणुओं का संश्लेषण सुनिश्चित होता है ( प्रतिकृति).

डीएनए अणु का एक भाग जो एक विशिष्ट गुण को कूटबद्ध करता है - जीन.

जीन- ये व्यक्तिगत आनुवंशिक तत्व हैं जिनमें एक सख्ती से विशिष्ट न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम होता है और जीव की कुछ विशेषताओं को कूटबद्ध करता है। उनमें से कुछ प्रोटीन को एनकोड करते हैं, अन्य केवल आरएनए अणुओं को।

प्रोटीन (संरचनात्मक जीन) को एन्कोड करने वाले जीन में निहित जानकारी को दो अनुक्रमिक प्रक्रियाओं के माध्यम से समझा जाता है:

• आरएनए संश्लेषण (प्रतिलेखन)।): डीएनए को एक मैट्रिक्स की तरह एक निश्चित खंड में संश्लेषित किया जाता है मैसेंजर आरएनए (एमआरएनए)।
• प्रोटीन संश्लेषण (अनुवाद):भागीदारी के साथ एक बहुघटक प्रणाली के समन्वित संचालन के दौरान आरएनए का परिवहन करें (टीआरएनए), एमआरएनए, एंजाइमोंऔर विभिन्न प्रोटीन कारककिया गया प्रोटीन संश्लेषण.

ये सभी प्रक्रियाएं डीएनए में एन्क्रिप्टेड आनुवंशिक जानकारी का न्यूक्लियोटाइड की भाषा से अमीनो एसिड की भाषा में सही अनुवाद सुनिश्चित करती हैं। प्रोटीन अणु का अमीनो एसिड अनुक्रमइसकी संरचना और कार्यों को निर्धारित करता है।

डीएनए संरचना

डीएनए- यह रैखिक कार्बनिक बहुलक. उसका - न्यूक्लियोटाइड, जिसमें बदले में शामिल हैं:

इस मामले में, फॉस्फेट समूह जुड़ा हुआ है 5′ कार्बन परमाणुमोनोसैकराइड अवशेष, और कार्बनिक आधार - को 1′-परमाणु.

DNA में दो प्रकार के आधार होते हैं:

डीएनए अणु में न्यूक्लियोटाइड की संरचना

में डीएनएमोनोसैकेराइड प्रस्तुत किया गया 2′-डीऑक्सीराइबोज़, केवल युक्त 1 हाइड्रॉक्सिल समूह (OH), और में शाही सेना - राइबोज़होना 2 हाइड्रॉक्सिल समूह (ओह).

न्यूक्लियोटाइड एक दूसरे से जुड़े हुए हैं फॉस्फोडाइस्टर बांड, जबकि फॉस्फेट समूह 5′ कार्बन परमाणुएक न्यूक्लियोटाइड से जुड़ा हुआ 3'-OH-डीऑक्सीराइबोज़ का समूहपड़ोसी न्यूक्लियोटाइड (चित्र 1)। पॉलीन्यूक्लियोटाइड श्रृंखला के एक छोर पर है Z'-OH-समूह (Z'-अंत),और दूसरे पर - 5′-फॉस्फेट समूह (5′ अंत)।

डीएनए संरचना का स्तर

डीएनए संरचना के 3 स्तरों को अलग करने की प्रथा है:

• प्राथमिक;
• गौण;
• तृतीयक

डीएनए की प्राथमिक संरचनाडीएनए की पॉलीन्यूक्लियोटाइड श्रृंखला में न्यूक्लियोटाइड की व्यवस्था का क्रम है।

डीएनए की द्वितीयक संरचनापूरक आधार जोड़े के बीच स्थिर होता है और एक ही धुरी के चारों ओर दाईं ओर मुड़ी हुई दो एंटीपैरलल श्रृंखलाओं का एक डबल हेलिक्स होता है।

सर्पिल का कुल मोड़ है 3.4nm, जंजीरों के बीच की दूरी 2nm.

डीएनए की तृतीयक संरचना - डीएनए का सुपर-स्पेशलाइजेशन।डीएनए डबल हेलिक्स को सुपरकॉइल या खुले गोलाकार आकार बनाने के लिए कुछ स्थानों पर आगे हेलिकलाइज़ेशन से गुजरना पड़ सकता है, जो अक्सर उनके खुले सिरों के सहसंयोजक जुड़ने के कारण होता है। डीएनए की सुपरकोइल्ड संरचना एक गुणसूत्र में एक बहुत लंबे डीएनए अणु की किफायती पैकेजिंग सुनिश्चित करती है। इस प्रकार, लम्बे रूप में, एक डीएनए अणु की लंबाई होती है 8 सेमी, और एक सुपरस्पिरल के रूप में फिट बैठता है 5 एनएम.

चारगफ का नियम

ई. चारगफ का नियमडीएनए अणु में नाइट्रोजनस आधारों की मात्रात्मक सामग्री का एक पैटर्न है:

1. डीएनए में मोल अंशप्यूरीन और पाइरीमिडीन क्षार बराबर हैं: ए+जी = सी+ टी या (ए+जी)/(सी + टी)=1 .
2. डीएनए में अमीनो समूहों के साथ आधारों की संख्या (ए +)।सी) के बराबर होती है कीटो समूहों के साथ आधारों की संख्या (जी+ टी):ए+सी= जी+ टी या (ए+सी)/(जी+ टी)= 1
3. तुल्यता नियम, अर्थात्: ए=टी, जी=सी; ए/टी = 1; जी/सी=1.
4. डीएनए की न्यूक्लियोटाइड संरचनाविभिन्न समूहों के जीवों में विशिष्ट और विशेषता होती है विशिष्टता गुणांक: (जी+सी)/(ए+टी)।उच्च पौधों और जानवरों में विशिष्टता गुणांक 1 से कम, और थोड़ा उतार-चढ़ाव होता है: से 0,54 पहले 0,98 , सूक्ष्मजीवों में यह 1 से अधिक है।

वॉटसन-क्रिक डीएनए मॉडल

बी 1953 जेम्स वाटसनऔर फ्रांसिस चीखडीएनए क्रिस्टल के एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण के आधार पर, इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि मूल डीएनएइसमें दो पॉलिमर श्रृंखलाएँ होती हैं जो एक डबल हेलिक्स बनाती हैं (चित्र 3)।

पॉलीन्यूक्लियोटाइड शृंखलाएं एक-दूसरे के ऊपर लपेटकर आपस में जुड़ी रहती हैं हाइड्रोजन बांड, विपरीत श्रृंखलाओं के पूरक आधारों के बीच बनता है (चित्र 3)। जिसमें एडीनाइनके साथ ही जोड़ी बनाता है थाइमिन, ए गुआनिन- साथ साइटोसिन. आधार जोड़ी परस्थिर कर रहा है दो हाइड्रोजन बांड, और एक जोड़ा जी-सी - तीन.

डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए की लंबाई आमतौर पर पूरक न्यूक्लियोटाइड जोड़े की संख्या से मापी जाती है ( पी.एन.). हजारों या लाखों न्यूक्लियोटाइड जोड़े वाले डीएनए अणुओं के लिए इकाइयाँ ली जाती हैं टी.बी.एस.और एम.पी.एन.क्रमश। उदाहरण के लिए, मानव गुणसूत्र 1 का डीएनए लंबाई का एक डबल हेलिक्स है 263 एम.बी..

अणु की चीनी फॉस्फेट रीढ़, जिसमें फॉस्फेट समूह और डीऑक्सीराइबोज अवशेष जुड़े हुए हैं 5'-3'-फॉस्फोडाइस्टर बांड, "सर्पिल सीढ़ी की साइडवॉल" और आधार जोड़े बनाता है परऔर जी-सी- इसके चरण (चित्र 3)।

चित्र 3: वाटसन-क्रिक डीएनए मॉडल

डीएनए अणु श्रृंखलाएँ antiparallel: उनमें से एक की एक दिशा है 3'→5', अन्य 5'→3'. के अनुसार संपूरकता का सिद्धांत, यदि श्रृंखलाओं में से एक में न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम होता है 5-TAGGCAT-3′, तो इस स्थान पर पूरक श्रृंखला में एक क्रम होना चाहिए 3′-ATCCGTA-5′. इस मामले में, डबल-स्ट्रैंडेड फॉर्म इस तरह दिखेगा:

• 5′-TAGGCAT-3′
• 3-ATCCGTA-5′.

ऐसी ही एक रिकॉर्डिंग में शीर्ष श्रृंखला का 5′ सिराहमेशा बायीं ओर रखा जाता है, और 3′ अंत- दायी ओर।

आनुवंशिक जानकारी के वाहक को दो बुनियादी आवश्यकताओं को पूरा करना होगा: उच्च सटीकता के साथ पुनरुत्पादन (दोहराना)।और प्रोटीन अणुओं के संश्लेषण को निर्धारित (एनकोड) करें.

वॉटसन-क्रिक डीएनए मॉडलइन आवश्यकताओं को पूरी तरह से पूरा करता है क्योंकि:

• संपूरकता के सिद्धांत के अनुसार, प्रत्येक डीएनए स्ट्रैंड एक नई पूरक श्रृंखला के निर्माण के लिए एक टेम्पलेट के रूप में काम कर सकता है। नतीजतन, एक दौर के बाद, दो बेटी अणु बनते हैं, जिनमें से प्रत्येक में मूल डीएनए अणु के समान न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम होता है।
• एक संरचनात्मक जीन का न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम विशिष्ट रूप से उस प्रोटीन के अमीनो एसिड अनुक्रम को निर्धारित करता है जिसे वह एन्कोड करता है।

1. एक मानव डीएनए अणु में लगभग होता है 1.5 गीगाबाइट जानकारी. वहीं, मानव शरीर की सभी कोशिकाओं का डीएनए 60 अरब टेराबाइट्स लेता है, जो 150-160 ग्राम डीएनए पर संग्रहीत होता है।
2. अंतर्राष्ट्रीय डीएनए दिवस 25 अप्रैल को मनाया गया. आज ही के दिन 1953 में जेम्स वॉटसनऔर फ्रांसिस क्रीकएक पत्रिका में प्रकाशित प्रकृतिउनके लेख का शीर्षक है "न्यूक्लिक एसिड की आणविक संरचना" , जहां डीएनए अणु के दोहरे हेलिक्स का वर्णन किया गया था।

ग्रंथ सूची: आणविक जैव प्रौद्योगिकी: सिद्धांत और अनुप्रयोग, बी. ग्लिक, जे. पास्टर्नक, 2002