GPB 211 Lecture 21: Nature, Structure and Types of DNA and RNA Notes in Hindi | B.Sc. Agriculture
व्याख्यान 21: DNA एवं RNA की प्रकृति, संरचना एवं प्रकार
Lecture 21: Nature, Structure and Types of DNA and RNA
व्याख्यान का सारांश (Lecture Overview)
आणविक आनुवंशिकी (Molecular Genetics) का संपूर्ण भवन दो जैव-बहुलक अणुओं—डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक अम्ल (Deoxyribonucleic Acid — DNA) और राइबोन्यूक्लिक अम्ल (Ribonucleic Acid — RNA)—पर टिका हुआ है। सन् 1869 में स्विस चिकित्सक फ्रेडरिक मीशर (Friedrich Miescher) ने मवाद कोशिकाओं (Pus cells / WBCs) के केंद्रकों से एक फॉस्फोरस-युक्त अम्लीय पदार्थ पृथक किया और उसे ‘न्यूक्लिन’ (Nuclein) नाम दिया, जिसे बाद में रिचर्ड ऑल्टमान (Richard Altmann, 1889) ने अम्लीय प्रकृति के कारण ‘न्यूक्लिक अम्ल’ (Nucleic Acid) कहा।
इस व्याख्यान में हम सबसे पहले उन तीन ऐतिहासिक प्रयोगों (ग्रिफिथ 1928, एवरी-मैकलियोड-मैककार्टी 1944, और हर्षे-चेज़ 1952) का अध्ययन करेंगे जिन्होंने यह सिद्ध किया कि प्रोटीन नहीं, बल्कि DNA ही सभी कोशिकीय जीवों का आनुवंशिक पदार्थ है (तथा कुछ पादप विषाणुओं जैसे TMV में RNA आनुवंशिक पदार्थ है)। इसके पश्चात् हम DNA और RNA की रासायनिक संरचना, चारगाफ के क्षारक तुल्यता नियमों (1950), वाटसन और क्रिक के नोबेल पुरस्कार विजेता द्विकुंडली मॉडल (1953), DNA के विभिन्न रूपों (A, B, C, D एवं Z-DNA) तथा RNA के प्रमुख प्रकारों (mRNA, tRNA का क्लोवर-लीफ मॉडल एवं rRNA) का गहन अध्ययन करेंगे।
- आनुवंशिक पदार्थ के प्रमाण: ग्रिफिथ (1928) ने रूपांतरण खोजा, एवरी व सहयोगियों (1944) ने जैव-रासायनिक रूप से और हर्षे व चेज़ (1952) ने रेडियोआइसोटोप (32P एवं 35S) द्वारा निर्विवाद रूप से सिद्ध किया कि DNA आनुवंशिक पदार्थ है।
- वाटसन-क्रिक B-DNA मानक (1953): दक्षिणावर्त (Right-handed) प्रतिसमांतर द्विकुंडली | व्यास = 20 Å (2.0 nm) | कुंडली पिच = 34 Å (3.4 nm) | प्रति घुमाव क्षारक युग्म = 10 bp | दो क्षारकों के बीच दूरी = 3.4 Å (0.34 nm) | बंध: A = T (2 H-बंध) तथा G ≡ C (3 H-बंध)।
- RNA के 3 मुख्य प्रकार: rRNA (सर्वाधिक मात्रा: 80%, राइबोसोम निर्माण), tRNA (सबसे छोटा: 10%–15%, अमीनो अम्ल वाहक, हॉली का क्लोवर-लीफ मॉडल), और mRNA (3%–5%, आनुवंशिक कूट वाहक)।
अधिगम उद्देश्य (Learning Objectives)
इस व्याख्यान के अध्ययन के पश्चात् विद्यार्थी निम्नलिखित में सक्षम होंगे:
1. आनुवंशिक पदार्थ के प्रमाण (Proofs of DNA/RNA)
ग्रिफिथ (1928), एवरी, मैकलियोड एवं मैककार्टी (1944), हर्षे एवं चेज़ (1952) और फ्रेंकल-कॉनराट (1957 — TMV) के प्रयोगों की कार्यप्रणाली और निष्कर्षों को स्पष्ट करना।
2. रासायनिक संघटन व चारगाफ नियम (Chemistry & Chargaff)
न्यूक्लियोसाइड बनाम न्यूक्लियोटाइड, प्यूरीन बनाम पिरिमिडीन, 3’–5′ फॉस्फोडाइएस्टर बंध और चारगाफ के नियमों (A + G = T + C) पर आधारित संख्यात्मक प्रश्न हल करना।
3. वाटसन-क्रिक मॉडल व DNA के रूप (Double Helix & Forms)
वाटसन और क्रिक के B-DNA द्विकुंडली मॉडल के आयामों तथा A-DNA, B-DNA, C-DNA, D-DNA और वामावर्त Z-DNA के बीच तुलना करना।
4. RNA के प्रकार व क्लोवर-लीफ मॉडल (RNA Types & tRNA)
आनुवंशिक और गैर-आनुवंशिक RNA (mRNA, tRNA, rRNA) के कार्यों तथा रॉबर्ट हॉली (1965) के tRNA क्लोवर-लीफ मॉडल की चारों भुजाओं को नामांकित करना।
विस्तृत सैद्धांतिक व्याख्या (Detailed Theory & Subtopics)
3.1 आनुवंशिक पदार्थ की प्रकृति: ऐतिहासिक प्रायोगिक प्रमाण (Experimental Proofs that DNA is the Genetic Material)
20वीं सदी के पूर्वार्द्ध तक वैज्ञानिकों का मानना था कि गुणसूत्रों में उपस्थित ‘प्रोटीन’ ही आनुवंशिक पदार्थ है क्योंकि प्रोटीन में 20 प्रकार के अमीनो अम्ल होते हैं जबकि DNA में केवल 4 क्षारक होते हैं। निम्नलिखित चार ऐतिहासिक प्रयोगों ने सिद्ध किया कि DNA (और कुछ विषाणुओं में RNA) ही वास्तविक आनुवंशिक पदार्थ है:
1. ग्रिफिथ का रूपांतरण प्रयोग (Griffith’s Transformation Experiment, 1928)
ब्रिटिश चिकित्सा अधिकारी फ्रेडरिक ग्रिफिथ (1928) ने निमोनिया पैदा करने वाले जीवाणु Streptococcus pneumoniae (Diplococcus pneumoniae) के दो विभेदों (Strains) का चूहों पर परीक्षण किया:
• S-III विभेद (Smooth / Virulent — उग्र): चारों ओर पॉलीसैकेराइड कैप्सूल आवरण युक्त चिकनी कॉलोनी; यह चूहों में निमोनिया पैदा कर उन्हें मार देता है।
• R-II विभेद (Rough / Non-virulent — अनुग्र): कैप्सूल-रहित खुरदरी कॉलोनी; यह निमोनिया नहीं करता और चूहे जीवित रहते हैं।
चार-चरणीय प्रयोग:
1. जीवित S-III जीवाणु → चूहा मृत।
2. जीवित R-II जीवाणु → चूहा जीवित।
3. ताप-मृत (Heat-killed) S-III जीवाणु → चूहा जीवित।
4. ताप-मृत S-III + जीवित R-II का मिश्रण → चूहा निमोनिया से मर गया और मृत चूहे के रक्त से जीवित S-III जीवाणु प्राप्त हुए!
निष्कर्ष: ताप-मृत S-III से कोई अज्ञात ‘रूपांतरणकारी सिद्धांत’ (Transforming Principle) जीवित R-II में प्रवेश कर गया और उसे स्थायी रूप से उग्र S-III में बदल दिया।
2. एवरी, मैकलियोड एवं मैककार्टी का जैव-रासायनिक प्रमाण (Avery, MacLeod & McCarty, 1944)
ग्रिफिथ के ‘रूपांतरणकारी कारक’ की रासायनिक प्रकृति पहचानने के लिए ओसवाल्ड एवरी, कॉलिन मैकलियोड और मैकलिन मैककार्टी (1944) ने ताप-मृत S-III जीवाणुओं के शुद्ध कोशिका-मुक्त निष्कर्ष (Cell-free extract) को तीन अलग-अलग एंजाइमों से उपचारित कर R-II के साथ मिलाया:
• प्रोटीएज़ (Protease — प्रोटीन पाचक एंजाइम) मिलाने पर: R-II का S-III में रूपांतरण हुआ (अतः प्रोटीन आनुवंशिक पदार्थ नहीं है)।
• राइबोन्यूक्लिएज (RNase — RNA पाचक एंजाइम) मिलाने पर: रूपांतरण हुआ (अतः RNA भी रूपांतरणकारी कारक नहीं है)।
• डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिएज (DNase — DNA पाचक एंजाइम) मिलाने पर: DNA नष्ट हो गया और रूपांतरण पूर्णतः रुक गया!
निष्कर्ष: उन्होंने प्रथम बार जैव-रासायनिक रूप से सिद्ध किया कि DNA ही आनुवंशिक रूपांतरणकारी पदार्थ है।
3. हर्षे एवं चेज़ का ब्लेंडर प्रयोग (Hershey & Chase Experiment, 1952 — अंतिम निर्विवाद प्रमाण)
अल्फ्रेड हर्षे और मार्था चेज़ (1952, नोबेल पुरस्कार 1969) ने ई. कोलाई जीवाणु को संक्रमित करने वाले T2 जीवाणुभोजी (Bacteriophage T2) पर रेडियोधर्मी समस्थानिकों का प्रयोग किया:
• रेडियोधर्मी फॉस्फोरस (32P): चूँकि फॉस्फोरस DNA में होता है किंतु प्रोटीन में नहीं, इसलिए 32P से केवल विषाणु का DNA चिन्हित हुआ।
• रेडियोधर्मी सल्फर (35S): चूँकि सल्फर अमीनो अम्लों (मेथियोनीन व सिस्टीन) में होता है किंतु DNA में नहीं, इसलिए 35S से केवल विषाणु का बाहरी प्रोटीन आवरण (Capsid) चिन्हित हुआ।
संक्रमण (Infection), वारिंग ब्लेंडर में हिलाने (Blending) और अपकेंद्रण (Centrifugation) के बाद पाया गया कि 32P (DNA) जीवाणु कोशिकाओं के भीतर (Pellet में) प्रवेश कर गया और अगली पीढ़ी के विषाणुओं में गया, जबकि 35S (प्रोटीन कोट) बाहर तरल (Supernatant) में ही रह गया!
4. विषाणुओं में RNA आनुवंशिक पदार्थ — फ्रेंकल-कॉनराट एवं सिंगर (Fraenkel-Conrat & Singer, 1957)
एच. फ्रेंकल-कॉनराट और बी. सिंगर (1957) ने तंबाकू मोज़ेक वायरस (Tobacco Mosaic Virus — TMV) के दो विभेदों (विभेद-A और विभेद-B) के प्रोटीन आवरण और RNA को अलग किया और उन्हें आपस में बदलकर पुनर्गठित संकर वायरस (Reconstituted / Chimeric Virus: विभेद-A का RNA + विभेद-B का प्रोटीन) बनाया।
जब इस संकर वायरस को तंबाकू की पत्ती पर संक्रमित किया गया, तो उत्पन्न सभी नए संतति वायरसों में विभेद-A का RNA और विभेद-A का ही प्रोटीन पाया गया! इससे सिद्ध हुआ कि जिन विषाणुओं (Retroviruses, TMV, कोरोनावायरस, पोलियो) में DNA नहीं होता, उनमें RNA आनुवंशिक पदार्थ के रूप में कार्य करता है।
3.2 DNA एवं RNA की रासायनिक संरचना (Chemical Structure of Nucleic Acids)
न्यूक्लिक अम्ल (DNA और RNA) एकलक इकाइयों के लंबे बहुलक (Polynucleotide chains) हैं जिनकी प्रत्येक एकलक इकाई को न्यूक्लियोटाइड (Nucleotide — Phoebus Levene, 1919) कहते हैं। प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड तीन घटकों से मिलकर बना होता है:
-
पेंटोज शर्करा (5-Carbon Pentose Sugar):
- DNA में: β-D-2′-डीऑक्सीराइबोज शर्करा (C5H10O4) होती है, जिसके दूसरे कार्बन (2′-C) पर —OH के स्थान पर केवल हाइड्रोजन (—H) परमाणु होता है। यही एक ऑक्सीजन की कमी DNA को रासायनिक रूप से अत्यधिक स्थिर (Stable) बनाती है।
- RNA में: β-D-राइबोज शर्करा (C5H10O5) होती है, जिसके 2′-C और 3′-C दोनों पर क्रियाशील हाइड्रॉक्सिल (—OH) समूह होते हैं (इसी कारण RNA क्षारीय माध्यम में आसानी से जल-अपघटित हो जाता है और अधिक क्रियाशील होता है)।
-
नाइट्रोजनी क्षारक (Nitrogenous Bases — 2 मुख्य वर्ग):
- (a) प्यूरीन क्षारक (Purines — 9-सदस्यीय द्वि-वलय संरचना; कार्बन/नाइट्रोजन 1 से 9): DNA और RNA दोनों में दो समान प्यूरीन पाए जाते हैं—एडिनिन (Adenine — A; 6-अमीनोप्यूरीन) और ग्वानिन (Guanine — G; 2-अमीनो-6-ऑक्सीप्यूरीन)।
- (b) पिरिमिडीन क्षारक (Pyrimidines — 6-सदस्यीय एकल-वलय संरचना; 1 से 6):
— साइटोसिन (Cytosine — C): DNA और RNA दोनों में उपस्थित।
— थाइमीन (Thymine — T; 5-मिथाइल यूरेसिल): केवल DNA में उपस्थित।
— यूरेसिल (Uracil — U): थाइमीन के स्थान पर केवल RNA में उपस्थित।
- फॉस्फोरिक अम्ल / फॉस्फेट समूह (H3PO4 / PO43−): यह न्यूक्लिक अम्लों को अम्लीय प्रकृति और ऋणात्मक आवेश (Negative Charge) प्रदान करता है।
- न्यूक्लियोसाइड (Nucleoside) = पेंटोज शर्करा + नाइट्रोजनी क्षारक
आबंध: शर्करा के C1‘ कार्बन और प्यूरीन के N9 (या पिरिमिडीन के N1) के बीच β-N-ग्लाइकोसिडिक बंध (β-N-glycosidic bond)। - न्यूक्लियोटाइड (Nucleotide) = न्यूक्लियोसाइड + फॉस्फेट समूह
आबंध: शर्करा के C5‘ कार्बन के —OH और फॉस्फेट के बीच फॉस्फोएस्टर बंध (Phosphoester bond)। - पॉलीन्यूक्लियोटाइड श्रृंखला (Polynucleotide Chain): दो क्रमिक न्यूक्लियोटाइड आपस में एक शर्करा के 3′-OH और अगले की शर्करा के 5′-फॉस्फेट के बीच 3’–5′ फॉस्फोडाइएस्टर बंध (3’–5′ Phosphodiester Bond) द्वारा जुड़ते हैं।
3.3 चारगाफ के क्षारक तुल्यता नियम (Chargaff’s Base Equivalency Rules, 1950)
इरविन चारगाफ (Erwin Chargaff, 1950) ने विभिन्न जीवों के द्विरज्जुकी DNA (dsDNA) का कागजी वर्णलेखन (Paper chromatography) द्वारा मात्रात्मक विश्लेषण कर निम्नलिखित नियम दिए (जो केवल द्विरज्जुकी DNA पर लागू होते हैं, एकल-रज्जुक DNA या RNA पर नहीं):
- किसी भी द्विरज्जुकी DNA में प्यूरीन की कुल मोलर मात्रा सदैव पिरिमिडीन की कुल मोलर मात्रा के बराबर होती है: [A] + [G] = [T] + [C] ⇒ A + GT + C = 1
- एडिनिन की मात्रा थाइमीन के बराबर ([A] = [T] अर्थात् A/T = 1) होती है तथा ग्वानिन की मात्रा साइटोसिन के बराबर ([G] = [C] अर्थात् G/C = 1) होती है।
- क्षारक अनुपात (A + T) / (G + C) प्रजाति-विशिष्ट (Species-specific) होता है: एक ही प्रजाति के सभी ऊतकों में यह स्थिर रहता है, किंतु भिन्न प्रजातियों में भिन्न होता है (प्रोकैरियोट्स में G + C अधिक होने से यह अनुपात < 1 तथा उच्च पादपों व जंतुओं में A + T अधिक होने से > 1 होता है)।
3.4 वाटसन एवं क्रिक का DNA द्विकुंडली मॉडल (Watson & Crick’s Double Helix Model of B-DNA, 1953)
मॉरिस विल्किंस और रोज़ालिंड फ्रैंकलिन (Maurice Wilkins & Rosalind Franklin — प्रसिद्ध ‘Photo 51’) के एक्स-किरण विवर्तन (X-ray diffraction) डेटा और चारगाफ के नियमों के आधार पर जेम्स डी. वाटसन और फ्रांसिस एच.सी. क्रिक (James Watson & Francis Crick, 1953 — नोबेल पुरस्कार 1962) ने Nature पत्रिका में DNA की त्रिविमीय द्विकुंडली संरचना प्रस्तुत की। इसकी प्रमुख विशेषताएँ निम्नलिखित हैं:
- 1. दो प्रतिसमांतर पॉलीन्यूक्लियोटाइड श्रृंखलाएँ (Two Antiparallel Strands): DNA अणु दो सर्पिल रूप से लिपटी हुई श्रृंखलाओं से बना होता है जो एक-दूसरे के प्रतिसमांतर (Antiparallel) होती हैं—एक रज्जुक की दिशा 5′ → 3′ होती है और दूसरे की दिशा 3′ → 5′ होती है।
- 2. शर्करा-फॉस्फेट रीढ़ एवं आंतरिक क्षारक: कुंडली की बाहरी रीढ़ (Backbone) एकांतर डीऑक्सीराइबोज शर्करा और ऋणावेशित फॉस्फेट समूहों से बनी होती है (जलरागी), जबकि नाइट्रोजनी क्षारक रीढ़ के लंबवत् अंदर की ओर (जलविरागी केंद्र में) आमने-सामने स्थित होते हैं।
- 3. पूरक क्षारक युग्मन एवं हाइड्रोजन बंध (Complementary Base Pairing): त्रिविमीय स्थान को समान (20 Å) रखने के लिए एक रज्जुक का प्यूरीन सदैव दूसरे रज्जुक के पिरिमिडीन से जुड़ता है:
• एडिनिन (A) सदैव थाइमीन (T) के साथ दो हाइड्रोजन बंधों (A = T) द्वारा जुड़ता है।
• ग्वानिन (G) सदैव साइटोसिन (C) के साथ तीन हाइड्रोजन बंधों (G ≡ C) द्वारा जुड़ता है। (इसी कारण जिस DNA में G ≡ C की मात्रा अधिक होती है, उसका गलनांक या विकृतीकरण तापमान Tm [Melting temperature] अधिक होता है!)। - 4. दक्षिणावर्त कुंडलन एवं सटीक ज्यामितीय आयाम (Dimensions of B-DNA):
- कुंडलन की दिशा = दक्षिणावर्त (Right-handed helix)।
- द्विकुंडली का व्यास (Diameter) = 20 Å (या 2.0 nm)।
- एक पूर्ण घुमाव (360° Pitch of helix) की लंबाई = 34 Å (या 3.4 nm)।
- एक पूर्ण घुमाव में क्षारक युग्मों की संख्या = 10 क्षारक युग्म (10 bp; विलयन में लगभग 10.4 bp)।
- दो क्रमिक क्षारक युग्मों के बीच की अक्षीय दूरी (Axial rise per bp) = 3.4 Å (या 0.34 nm)।
- प्रत्येक क्षारक युग्म का कोणीय घुमाव (Rotation per bp) = 360° / 10 = 36°।
- 5. दीर्घ एवं लघु खाँचें (Major and Minor Grooves): ग्लाइकोसिडिक बंधों के असममित कोण के कारण द्विकुंडली की सतह पर एकांतर क्रम में एक चौड़ी व गहरी दीर्घ खाँच (Major Groove — 22 Å चौड़ी) और एक सँकरी व उथली लघु खाँच (Minor Groove — 12 Å चौड़ी) बनती है। नियामक प्रोटीन (जैसे प्रतिलेखन कारक) मुख्यतः दीर्घ खाँच में जुड़ते हैं।
3.5 DNA की बहुरूपता: A, B, C, D एवं Z-DNA के प्रकार (Different Forms of DNA)
कोशिका में सापेक्ष आर्द्रता (Relative humidity), लवण सांद्रता और क्षारक अनुक्रम के अनुसार DNA द्विकुंडली विभिन्न संरूपणों (Conformations) में पाई जा सकती है। इनमें A, B, C और D रूप दक्षिणावर्त (Right-handed) होते हैं, जबकि अलेक्जेंडर रिच (Alexander Rich, 1979) द्वारा खोजा गया Z-DNA एकमात्र प्राकृतिक वामावर्त (Left-handed) रूप है जिसकी रीढ़ टेढ़ी-मेढ़ी (Zig-zag) होती है (यह एकांतर प्यूरीन-पिरिमिडीन जैसे d(GC)n अनुक्रमों में बनता है और जीन नियमन में भाग लेता है)। (विस्तृत तुलना हेतु सारणी 6.1 देखें)।
3.6 RNA की प्रकृति, संरचना एवं प्रकार (Nature, Structure & Types of RNA)
RNA सामान्यतः एक एकल-रज्जुक (Single-stranded) पॉलीराइबोन्यूक्लियोटाइड अणु है जिसमें राइबोज शर्करा और थाइमीन के स्थान पर यूरेसिल (U) क्षारक होता है (अपवाद: Reovirus और Wound Tumor Virus में द्विरज्जुकी RNA [dsRNA] पाया जाता है)। कार्यात्मक रूप से RNA दो प्रकार का होता है:
• 1. आनुवंशिक RNA (Genetic RNA): पादप विषाणुओं (TMV, BMV) और कुछ जंतु विषाणुओं (HIV, Influenza, Polio, कोरोनावायरस) व जीवाणुभोजियों (MS2, Qβ) में आनुवंशिक पदार्थ का कार्य करता है।
• 2. गैर-आनुवंशिक या कोशिकीय RNA (Non-genetic Cellular RNA): सभी प्रोकैरियोट्स और यूकैरियोट्स में DNA से प्रोटीन संश्लेषण में भाग लेने वाले तीन प्रमुख RNA प्रकार हैं:
1. संदेशवाहक RNA (Messenger RNA — mRNA: 3%–5%)
• खोज एवं नामकरण: जैकब और मोनोड (Jacob & Monod, 1961)।
• मात्रा एवं आयु: यह कुल कोशिकीय RNA का सबसे कम (3%–5%) भाग होता है और सबसे अल्पकालिक (Short-lived / Unstable) किंतु आकार में सबसे विविध (Heterogeneous) होता है।
• कार्य: यह केंद्रक के DNA से आनुवंशिक सूचना को त्रिक कोडॉनों (Triplet codons) के रूप में राइबोसोम तक लाता है और प्रोटीन संश्लेषण के लिए टेम्पलेट का कार्य करता है।
• यूकैरियोटिक बनाम प्रोकैरियोटिक mRNA: प्रोकैरियोटिक mRNA प्रायः पॉलीसिस्ट्रॉनिक (Polycistronic — एक mRNA में कई जीनों की सूचना) होता है, जबकि यूकैरियोटिक mRNA मोनोसिस्ट्रॉनिक (Monocistronic) होता है तथा इसके 5′ सिरे पर 7-मिथाइलग्वानोसिन कैप (5′ m7G Cap) और 3′ सिरे पर पॉली-A पूँछ (3′ Poly-A Tail) जुड़ी होती है (यह यूकैरियोट्स में hnRNA के प्रसंस्करण व स्प्लाइसिंग से बनता है)।
2. स्थानांतरण या विलेय RNA (Transfer / Soluble RNA — tRNA: 10%–15%)
• अन्य नाम: 1M NaCl में घुलनशील होने से इसे विलेय RNA (Soluble RNA — sRNA) तथा फ्रांसिस क्रिक (1955) के अनुसार अनुकूलक अणु (Adapter Molecule) भी कहते हैं।
• आकार एवं अवसादन गुणांक: यह तीनों प्रमुख RNAs में सबसे छोटा अणु है जिसमें केवल 73 से 93 न्यूक्लियोटाइड होते हैं (4S; अणुभार ~25,000–30,000 Da)। इसमें कई असामान्य/दुर्लभ क्षारक—जैसे स्यूडोयूरिडीन (ψ), डाइहाइड्रोयूरिडीन (DHU) और इनोसिन (I)—पाए जाते हैं।
• हॉली का क्लोवर-लीफ मॉडल (Holley’s Cloverleaf Model, 1965): रॉबर्ट डब्ल्यू. हॉली (नोबेल पुरस्कार 1968) ने यीस्ट के ऐलनीन-tRNA (tRNAAla) का अनुक्रम ज्ञात कर द्विविमीय (2D) तिपतिया पत्ती मॉडल (Cloverleaf Model) दिया (जबकि इसकी 3D संरचना उल्टे L-आकार की होती है — Kim, 1973)। इसमें 4 मुख्य भुजाएँ होती हैं:
1. अमीनो अम्ल ग्राही भुजा (Acceptor stem): 3′ सिरे पर सदैव 5’–CCA–3′-OH अनुक्रम होता है जहाँ अमीनो अम्ल जुड़ता है।
2. D-भुजा (DHU Loop): अमीनोएसिल-tRNA सिंथेटेज एंजाइम की पहचान करता है।
3. प्रतिकोडॉन भुजा (Anticodon Loop): इसमें 3 क्षारकों का एंटीकोडॉन होता है जो mRNA के कोडॉन को पढ़ता है।
4. TψC भुजा: यह tRNA को राइबोसोम की बड़ी उप-इकाई से जोड़ती है।
3. राइबोसोमल RNA (Ribosomal RNA — rRNA: 80%)
• मात्रा एवं स्थायित्व: यह कोशिका में सर्वाधिक मात्रा में पाया जाने वाला (~80%), अणुभार में सबसे बड़ा और सर्वाधिक स्थायी (Most stable) RNA है। यूकैरियोट्स में इसका संश्लेषण केंद्रिक (Nucleolus / NOR) में होता है।
• उप-इकाइयों में वितरण:
— प्रोकैरियोट्स (70S राइबोसोम): बड़ी 50S उप-इकाई में 23S और 5S rRNA होते हैं; छोटी 30S उप-इकाई में 16S rRNA होता है।
— यूकैरियोट्स (80S राइबोसोम): बड़ी 60S उप-इकाई में 28S, 5.8S और 5S rRNA होते हैं; छोटी 40S उप-इकाई में 18S rRNA होता है।
• उत्प्रेरक कार्य (Ribozyme): rRNA न केवल राइबोसोम की संरचना बनाता है, बल्कि बड़ी उप-इकाई का 23S / 28S rRNA स्वयं पेप्टिडल ट्रांसफरेज (Peptidyl transferase — एक राइबोजाइम!) एंजाइम के रूप में अमीनो अम्लों के बीच पेप्टाइड बंध बनाता है।
क्रमिक प्रक्रिया एवं दृश्य आरेख (Step-by-Step Mechanism & Visual Diagrams)
माइंड मैप (Mind Map — Lecture 21 Complete Summary)
महत्वपूर्ण तुलनात्मक सारणियाँ (Master Comparison Tables)
सारणी 6.1: DNA के विभिन्न बहुरूपी रूपों (A-DNA, B-DNA, C-DNA, D-DNA एवं Z-DNA) की तुलना
| विशेषता (Feature) | A-DNA | B-DNA (मानक रूप) | C-DNA | D-DNA | Z-DNA (जिग-जैग) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1. कुंडलन की दिशा (Helix Sense) | दक्षिणावर्त (Right-handed) | दक्षिणावर्त (Right-handed) | दक्षिणावर्त (Right-handed) | दक्षिणावर्त (Right-handed) | वामावर्त (Left-handed) |
| 2. कुंडली का व्यास (Diameter) | 23 Å (2.3 nm — सबसे चौड़ा) | 20 Å (2.0 nm) | 19 Å (1.9 nm) | ~19 Å | 18 Å (1.8 nm — सबसे पतला) |
| 3. प्रति घुमाव क्षारक युग्म (bp / turn) | 11 bp | 10 bp (या 10.4) | 9.33 bp | 8 bp | 12 bp (6 डाइमर) |
| 4. एक पूर्ण घुमाव की लंबाई (Pitch) | 28.2 Å (या 28 Å) | 34 Å (3.4 nm) | 31 Å | 24.2 Å | 45.6 Å (या 45 Å) |
| 5. दो bp के बीच अक्षीय दूरी (Rise/bp) | 2.56 Å | 3.4 Å (0.34 nm) | 3.32 Å | 3.03 Å | 3.7 Å (3.8 Å) |
| 6. प्रति bp कोणीय घुमाव (Rotation/bp) | +32.7° | +36.0° | +38.6° | +45.0° | −30.0° (−60° प्रति डाइमर) |
| 7. विशेष परिस्थिति | 75% आर्द्रता व RNA-DNA संकर में। | 92% आर्द्रता व जीवित कोशिकाओं में मुख्य रूप। | 66% आर्द्रता व Li+ आयनों में। | ग्वानिन-रहित (A-T बहुल) क्षेत्रों में। | उच्च लवण व एकांतर प्यूरीन-पिरिमिडीन (GCGC) में। |
सारणी 6.2: DNA बनाम RNA तथा mRNA, tRNA एवं rRNA की तुलना
| तुलना का आधार | डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक अम्ल (DNA) | राइबोन्यूक्लिक अम्ल (RNA) |
|---|---|---|
| 1. पेंटोज शर्करा | 2′-डीऑक्सीराइबोज (C5H10O4; 2′-C पर केवल —H)। | राइबोज (C5H10O5; 2′-C पर —OH समूह)। |
| 2. पिरिमिडीन क्षारक | साइटोसिन (C) और थाइमीन (T) होते हैं (यूरेसिल अनुपस्थित)। | साइटोसिन (C) और यूरेसिल (U) होते हैं (थाइमीन अनुपस्थित)। |
| 3. भौतिक संरचना व चारगाफ नियम | सामान्यतः द्विरज्जुकी द्विकुंडली (dsDNA); चारगाफ के नियम लागू होते हैं। (अपवाद: φX174 फेज में ssDNA)। | सामान्यतः एकल-रज्जुक (ssRNA); चारगाफ के नियम लागू नहीं होते। (अपवाद: Reovirus में dsRNA)। |
| 4. अभिरंजन (Staining) | फ्यूलजेन अभिरंजक (Feulgen stain) से बैंगनी-लाल और मिथाइल ग्रीन से हरा रंग देता है। | फ्यूलजेन-ऋणात्मक; पाइरोनिन-Y (Pyronin-Y) से लाल रंग देता है। |
हल किए गए संख्यात्मक प्रश्न (Solved Chargaff & B-DNA Numericals)
प्रश्न 1 (चारगाफ के नियम पर आधारित क्षारक प्रतिशत की गणना):
यदि किसी द्विरज्जुकी DNA (dsDNA) अणु के रासायनिक विश्लेषण में साइटोसिन (C) की मात्रा 18% पाई जाती है, तो उस DNA में ग्वानिन (G), एडिनिन (A) और थाइमीन (T) का प्रतिशत कितना होगा?
हल (Step-by-Step Solution):
- दिया है: [C] = 18%।
- चारगाफ के नियम के अनुसार, द्विरज्जुकी DNA में ग्वानिन की मात्रा साइटोसिन के बराबर होती है: [G] = [C] = 18%
- अतः G + C का कुल योग = 18% + 18% = 36%।
- शेष A + T का कुल योग = 100% − 36% = 64%।
- चूँकि [A] = [T] होता है, अतः: [A] = [T] = 64%2 = 32% उत्तर: G = 18%, A = 32% तथा T = 32%।
प्रश्न 2 (वाटसन-क्रिक B-DNA में लंबाई, घुमावों और कुल हाइड्रोजन बंधों की गणना):
एक मानक B-DNA खंड में कुल 200 क्षारक युग्म (200 bp; अर्थात् 400 न्यूक्लियोटाइड) हैं, जिनमें से 60 एडिनिन (A) क्षारक हैं। इस DNA खंड के लिए ज्ञात कीजिए:
(i) DNA खंड की कुल लंबाई (Å एवं nm में), (ii) पूर्ण कुंडली घुमावों (Helical turns) की संख्या, तथा (iii) दोनों रज्जुकों के बीच कुल हाइड्रोजन बंधों (Total Hydrogen Bonds) की संख्या।
हल (Step-by-Step Solution):
- कुल क्षारक युग्म = 200 bp।
- (i) DNA खंड की कुल लंबाई: दो क्रमिक क्षारक युग्मों के बीच की दूरी 3.4 Å (0.34 nm) होती है: Total Length = 200 × 3.4 Å = 680 Å (अथवा 68.0 nm)
- (ii) पूर्ण कुंडली घुमावों (Helical turns) की संख्या: प्रति घुमाव 10 bp होते हैं: Number of Turns = 200 bp10 bp/turn = 20 पूर्ण घुमाव
- (iii) कुल हाइड्रोजन बंधों की संख्या:
• चूँकि 60 एडिनिन (A) हैं, अतः A = T युग्मों की संख्या = 60 bp (प्रत्येक में 2 H-बंध)।
• शेष G ≡ C युग्मों की संख्या = 200 − 60 = 140 bp (प्रत्येक में 3 H-बंध)। Total H-Bonds = (60 × 2) + (140 × 3) = 120 + 420 = 540 हाइड्रोजन बंध
त्वरित संशोधन बिंदु (Quick Revision One-Liners)
- फ्रेडरिक मीशर (1869) ने न्यूक्लिक अम्ल की खोज कर उसे ‘न्यूक्लिन’ कहा, जबकि ऑल्टमान (1889) ने ‘न्यूक्लिक अम्ल’ नाम दिया।
- ग्रिफिथ (1928) ने Streptococcus pneumoniae में रूपांतरण खोजा; एवरी, मैकलियोड एवं मैककार्टी (1944) ने सिद्ध किया कि रूपांतरणकारी कारक DNA है; और हर्षे एवं चेज़ (1952) ने T2 फेज में 32P व 35S से इसे अंतिम रूप से प्रमाणित किया।
- एकल-रज्जुक DNA (ssDNA) जीवाणुभोजी φX174 (Sinsheimer, 1959) और M13 में पाया जाता है, जबकि द्विरज्जुकी RNA (dsRNA) रियोवायरस (Reovirus) और वाउंड ट्यूमर वायरस (WTV) में पाया जाता है।
- Z-DNA (Rich, 1979) एकमात्र वामावर्त (Left-handed) DNA है जिसका व्यास 18 Å, पिच 45 Å और प्रति घुमाव 12 bp होते हैं।
- कोशिका में मात्रा के अनुसार RNA का क्रम: rRNA (80%) > tRNA (10%–15%) > mRNA (3%–5%)।
- रॉबर्ट हॉली (1965) ने यीस्ट के tRNAAla का द्विविमीय क्लोवर-लीफ मॉडल दिया, जबकि किम (1973) ने इसका त्रिविमीय उल्टे L-आकार (Inverted L-shape) का एक्स-किरण मॉडल दिया।
बहुविकल्पीय प्रश्न (20 Multiple Choice Questions)
उत्तर एवं व्याख्या देखें
व्याख्या: स्विस वैज्ञानिक फ्रेडरिक मीशर ने 1869 में न्यूक्लिन की खोज की, जिसे बाद में ऑल्टमान (1889) ने न्यूक्लिक अम्ल नाम दिया।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
व्याख्या: DNA में फॉस्फोरस होता है (सल्फर नहीं) और प्रोटीन में सल्फर होता है (फॉस्फोरस नहीं); अतः 32P से DNA और 35S से प्रोटीन चिन्हित किया गया।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
व्याख्या: केवल DNase ने रूपांतरणकारी DNA को नष्ट कर रूपांतरण को रोका, जिससे सिद्ध हुआ कि DNA ही आनुवंशिक पदार्थ है।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
व्याख्या: एडिनिन और ग्वानिन प्यूरीन हैं, जबकि साइटोसिन, थाइमीन और यूरेसिल पिरिमिडीन हैं।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
व्याख्या: B-DNA का व्यास 20 Å (2.0 nm), एक पिच 34 Å (3.4 nm) और प्रति घुमाव 10 क्षारक युग्म होते हैं।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
व्याख्या: रीढ़ में दो न्यूक्लियोटाइड 3’–5′ फॉस्फोडाइएस्टर बंध से जुड़ते हैं, जबकि दोनों रज्जुकों के पूरक क्षारक हाइड्रोजन बंध से जुड़ते हैं।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
व्याख्या: Z-DNA एकमात्र वामावर्त DNA है जिसमें 12 bp प्रति घुमाव, व्यास 18 Å और पिच 45.6 Å होती है।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
व्याख्या: A = 20% ⇒ T = 20% (A + T = 40%)। शेष G + C = 60%, अतः C = G = 60/2 = 30%।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
व्याख्या: rRNA कुल कोशिकीय RNA का ~80%, tRNA 10%–15% और mRNA केवल 3%–5% होता है।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
व्याख्या: रॉबर्ट हॉली ने 1965 में यीस्ट के ऐलनीन-tRNA की संरचना ज्ञात कर क्लोवर-लीफ मॉडल दिया।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
व्याख्या: प्रत्येक tRNA के 3′ सिरे पर CCA-OH अनुक्रम होता है जिसके अंतिम एडिनोसिन से अमीनो अम्ल जुड़ता है।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
व्याख्या: सिनशाइमर (1959) ने खोजा कि φX174 में एकल-रज्जुक DNA (ssDNA) होता है।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
व्याख्या: फ्रेंकल-कॉनराट और सिंगर (1957) ने TMV में सिद्ध किया कि ssRNA आनुवंशिक पदार्थ है।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
व्याख्या: लैक ओपेरॉन के अध्ययन के दौरान जैकब और मोनोड ने 1961 में ‘mRNA’ शब्द दिया।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
व्याख्या: शर्करा + क्षारक = न्यूक्लियोसाइड (जैसे एडिनोसिन); तथा न्यूक्लियोसाइड + फॉस्फेट = न्यूक्लियोटाइड (जैसे एडिनिलिक अम्ल / AMP)।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
व्याख्या: tRNA के लूप बनाने में स्यूडोयूरिडीन, DHU और इनोसिन जैसे दुर्लभ क्षारक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
व्याख्या: 16S, 23S और 5S प्रोकैरियोटिक rRNA हैं, जबकि 18S, 28S, 5.8S और 5S यूकैरियोटिक rRNA हैं।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
व्याख्या: किंग्स कॉलेज लंदन में रोज़ालिंड फ्रैंकलिन और विल्किंस के एक्स-किरण क्रिस्टलोग्राफी कार्य ने ही DNA की सर्पिल संरचना और 34 Å / 3.4 Å आयाम बताए।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
व्याख्या: A = T में 2 हाइड्रोजन बंध और G ≡ C में 3 हाइड्रोजन बंध होने के कारण उच्च GC-युक्त DNA अधिक ताप-स्थायी होता है।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
व्याख्या: 2′-OH की अनुपस्थिति DNA को क्षारीय जल-अपघटन से बचाती है और थाइमीन साइटोसिन के स्वतः विऐमीनीकरण की पहचान आसान बनाता है।
रिक्त स्थान की पूर्ति एवं अति-लघु उत्तरीय प्रश्न (Fill in the Blanks & Very Short Questions)
A. रिक्त स्थान की पूर्ति करें (10 Fill in the Blanks)
- जीवाणुओं में रूपांतरण (Transformation) की खोज सन् 1928 में ________ ने Streptococcus pneumoniae में की थी। [फ्रेडरिक ग्रिफिथ (Frederick Griffith)]
- DNA का द्विकुंडली मॉडल सन् 1953 में ________ एवं ________ ने प्रस्तुत किया था। [जेम्स वाटसन (Watson), फ्रांसिस क्रिक (Crick)]
- मानक B-DNA में एक पूर्ण घुमाव की लंबाई ________ Å होती है और इसमें ________ क्षारक युग्म होते हैं। [34 Å (3.4 nm), 10]
- DNA में एडिनिन और थाइमीन के बीच ________ हाइड्रोजन बंध होते हैं, जबकि ग्वानिन और साइटोसिन के बीच ________ हाइड्रोजन बंध होते हैं। [2, 3]
- वामावर्त कुंडलन और जिग-जैग रीढ़ वाला DNA रूप ________ कहलाता है जिसमें प्रति घुमाव ________ क्षारक युग्म होते हैं। [Z-DNA, 12]
- पेंटोज शर्करा और नाइट्रोजनी क्षारक के मिलने से ________ बनता है, और उसमें फॉस्फेट जुड़ने से ________ बनता है। [न्यूक्लियोसाइड (Nucleoside), न्यूक्लियोटाइड (Nucleotide)]
- स्थानांतरण RNA (tRNA) को 1M NaCl में घुलनशील होने के कारण ________ RNA भी कहा जाता है। [विलेय (Soluble — sRNA)]
- रियोवायरस (Reovirus) और वाउंड ट्यूमर वायरस में आनुवंशिक पदार्थ ________ RNA होता है। [द्विरज्जुकी (Double-stranded — dsRNA)]
- यूकैरियोटिक mRNA के 5′ सिरे पर ________ कैप और 3′ सिरे पर ________ पूँछ पाई जाती है। [7-मिथाइलग्वानोसिन (m7G), पॉली-A (Poly-A)]
- जिस तापमान पर द्विरज्जुकी DNA के 50% अणु विकृत होकर एकल-रज्जुक में बदल जाते हैं, उसे ________ तापमान कहते हैं। [गलनांक (Tm — Melting temperature)]
B. अति-लघु उत्तरीय प्रश्न (10 Very Short Answer Questions — एक वाक्य में उत्तर)
- न्यूक्लियोसाइड और न्यूक्लियोटाइड में क्या अंतर है?
उत्तर: पेंटोज शर्करा और नाइट्रोजनी क्षारक का यौगिक न्यूक्लियोसाइड कहलाता है, जबकि न्यूक्लियोसाइड के 5′ कार्बन पर फॉस्फेट समूह जुड़ने से बना फॉस्फोरिक एस्टर न्यूक्लियोटाइड कहलाता है। - चारगाफ का नियम क्या है?
उत्तर: किसी भी द्विरज्जुकी DNA में कुल प्यूरीन (A + G) की मोलर मात्रा कुल पिरिमिडीन (T + C) के बराबर होती है (A = T तथा G = C)। - DNA की दोनों श्रृंखलाएँ ‘प्रतिसमांतर’ (Antiparallel) होती हैं—इसका क्या अर्थ है?
उत्तर: इसका अर्थ है कि DNA द्विकुंडली की एक श्रृंखला की ध्रुवता 5′ → 3′ दिशा में और दूसरी पूरक श्रृंखला की ध्रुवता विपरीत 3′ → 5′ दिशा में होती है। - एकल-रज्जुक DNA (ssDNA) किन विषाणुओं में पाया जाता है?
उत्तर: जीवाणुभोजी φX174 (Phi X 174), M13 और जेमिनीवायरस (Geminiviruses) में। - Z-DNA की दो मुख्य विशेषताएँ लिखिए।
उत्तर: यह एक वामावर्त (Left-handed) द्विकुंडली है जिसकी शर्करा-फॉस्फेट रीढ़ टेढ़ी-मेढ़ी (Zig-zag) होती है और इसमें प्रति घुमाव 12 क्षारक युग्म होते हैं। - tRNA को ‘अनुकूलक अणु’ (Adapter molecule) क्यों कहते हैं?
उत्तर: क्योंकि यह एक सिरे (3′-CCA) पर विशिष्ट अमीनो अम्ल को बांधता है और दूसरे सिरे (प्रतिकोडॉन लूप) से mRNA के कोडॉन को पढ़कर न्यूक्लिक अम्ल की भाषा को प्रोटीन की भाषा में जोड़ता है। - राइबोजाइम (Ribozyme) क्या है? एक उदाहरण दीजिए।
उत्तर: उत्प्रेरक (एंजाइम) के रूप में कार्य करने वाले RNA अणु को राइबोजाइम कहते हैं (Altman & Cech); उदाहरण: राइबोसोम का 23S / 28S rRNA (पेप्टिडल ट्रांसफरेज)। - DNA का विशिष्ट अभिरंजक (Specific stain) कौन-सा है?
उत्तर: फ्यूलजेन अभिरंजक (Feulgen stain — शिफ अभिकर्मक)। - यदि एक एकल-रज्जुक वाले विषाणु के न्यूक्लिक अम्ल में A = 25%, G = 35%, C = 20% और T = 20% है, तो यह किस प्रकार का न्यूक्लिक अम्ल है?
उत्तर: थाइमीन (T) की उपस्थिति के कारण यह DNA है और A ≠ T तथा G ≠ C होने के कारण यह एकल-रज्जुक DNA (ssDNA) है। - थाइमीन का रासायनिक नाम क्या है?
उत्तर: 5-मिथाइल यूरेसिल (5-Methyl uracil)।
लघु उत्तरीय प्रश्न (Short Answer Questions — 60-80 शब्द)
उत्तर: ग्रिफिथ (1928) ने दिखाया था कि ताप-मृत S-III जीवाणु जीवित R-II जीवाणुओं को उग्र S-III में रूपांतरित कर देते हैं। एवरी, मैकलियोड और मैककार्टी (1944) ने ताप-मृत S-III कोशिकाओं से प्रोटीन, RNA और DNA को अलग-अलग एंजाइमों से उपचारित किया। जब निष्कर्ष को प्रोटीएज़ (प्रोटीन पाचक) या RNase (RNA पाचक) से उपचारित किया गया, तब भी रूपांतरण हुआ; किंतु जब DNase (DNA पाचक एंजाइम) मिलाया गया, तो रूपांतरण करने की क्षमता पूर्णतः समाप्त हो गई। इससे सिद्ध हुआ कि रूपांतरणकारी आनुवंशिक पदार्थ DNA ही है।
उत्तर: इरविन चारगाफ (1950) के अनुसार किसी भी द्विरज्जुकी DNA (dsDNA) में: (1) प्यूरीन क्षारकों (A + G) की कुल मोलर मात्रा सदैव पिरिमिडीन क्षारकों (T + C) की कुल मोलर मात्रा के बराबर होती है ([A + G] / [T + C] = 1); (2) एडिनिन की मात्रा थाइमीन के बराबर (A = T) और ग्वानिन की मात्रा साइटोसिन के बराबर (G = C) होती है; तथा (3) क्षारक अनुपात (A + T) / (G + C) किसी प्रजाति के लिए निश्चित व विशिष्ट होता है, किंतु विभिन्न प्रजातियों में भिन्न होता है।
उत्तर: रॉबर्ट हॉली (1965) ने बताया कि tRNA की एकल श्रृंखला अंतः-आणविक हाइड्रोजन बंधों द्वारा मुड़कर तिपतिया पत्ती (Cloverleaf) जैसी द्विविमीय संरचना बनाती है जिसमें चार प्रमुख भुजाएँ होती हैं: (1) ग्राही तना (Acceptor stem): इसके 3′ सिरे पर CCA-OH अनुक्रम होता है जहाँ अमीनो अम्ल जुड़ता है; (2) DHU भुजा: जो अमीनोएसिल-tRNA सिंथेटेज एंजाइम को पहचानती है; (3) प्रतिकोडॉन भुजा (Anticodon arm): जिसमें तीन क्षारकों का एंटीकोडॉन होता है जो mRNA के कोडॉन से जुड़ता है; और (4) TψC भुजा: जो राइबोसोम से जुड़ने में सहायता करती है।
उत्तर: (1) प्रोकैरियोटिक mRNA प्रायः पॉलीसिस्ट्रॉनिक (Polycistronic) होता है (एक ही mRNA अणु एक से अधिक पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं को कोड करता है), जबकि यूकैरियोटिक mRNA मोनोसिस्ट्रॉनिक (Monocistronic) होता है; (2) यूकैरियोटिक mRNA के 5′ सिरे पर 7-मिथाइलग्वानोसिन कैप (5′ Cap) और 3′ सिरे पर पॉली-A पूँछ (3′ Poly-A tail) पाई जाती है जो प्रोकैरियोट्स में अनुपस्थित होती है; तथा (3) यूकैरियोटिक पूर्ववर्ती hnRNA में इंट्रॉन होते हैं जिन्हें स्प्लाइसिंग द्वारा हटाया जाता है।
अंतर स्पष्ट करें एवं व्याख्यात्मक प्रश्न (Differentiate Between & Explain/Describe)
A. अंतर स्पष्ट करें (Differentiate Between)
| तुलना का आधार | B-DNA (वाटसन एवं क्रिक, 1953) | Z-DNA (अलेक्जेंडर रिच, 1979) |
|---|---|---|
| 1. कुंडलन की दिशा एवं रीढ़ | दक्षिणावर्त (Right-handed) एवं चिकनी नियमित रीढ़। | वामावर्त (Left-handed) एवं टेढ़ी-मेढ़ी (Zig-zag) रीढ़। |
| 2. व्यास एवं पिच | व्यास = 20 Å; एक घुमाव की पिच = 34 Å। | व्यास = 18 Å (पतला); एक घुमाव की पिच = 45.6 Å (लंबा)। |
| 3. प्रति घुमाव क्षारक युग्म | 10 क्षारक युग्म (10 bp) प्रति घुमाव। | 12 क्षारक युग्म (12 bp या 6 डाइमर) प्रति घुमाव। |
B. व्याख्या/वर्णन करें (Explain / Describe Questions)
व्याख्या: एक्स-किरण विवर्तन से यह सिद्ध हो चुका था कि DNA द्विकुंडली का व्यास पूरी लंबाई में एकसमान 20 Å (2.0 nm) होता है और दोनों शर्करा-फॉस्फेट श्रृंखलाओं के बीच की आंतरिक दूरी लगभग 10.85 Å होती है। प्यूरीन क्षारक (A, G) दो वलय वाले बड़े अणु हैं और पिरिमिडीन क्षारक (T, C) एक वलय वाले छोटे अणु हैं। यदि दो प्यूरीन आपस में जुड़ते तो चौड़ाई 20 Å से अधिक (उभार) हो जाती, और यदि दो पिरिमिडीन आपस में जुड़ते तो चौड़ाई 20 Å से कम (धँसाव) रह जाती। केवल एक द्वि-वलय प्यूरीन और एक एकल-वलय पिरिमिडीन (A = T तथा G ≡ C) का युग्मन ही एकसमान 20 Å व्यास और स्थायी हाइड्रोजन बंध प्रदान करता है।
दीर्घ उत्तरीय प्रश्न (Long Answer Questions — 200-250 शब्द)
उत्तर की संरचना (Structured Model Answer):
- आनुवंशिक पदार्थ के रूप में DNA के तीन ऐतिहासिक प्रयोग (चित्र 21.2):
- ग्रिफिथ का रूपांतरण प्रयोग (1928): Streptococcus pneumoniae के S-III और R-II विभेदों का चूहों पर प्रयोग।
- एवरी, मैकलियोड एवं मैककार्टी (1944): प्रोटीएज़, RNase और DNase उपचार द्वारा जैव-रासायनिक प्रमाण।
- हर्षे एवं चेज़ का ब्लेंडर प्रयोग (1952): T2 जीवाणुभोजी में 32P (DNA) और 35S (प्रोटीन) रेडियोआइसोटोप प्रयोग।
- वाटसन एवं क्रिक का B-DNA द्विकुंडली मॉडल (1953 — चित्र 21.1A):
- दो प्रतिसमांतर पॉलीन्यूक्लियोटाइड रज्जुक (5’→3′ व 3’→5′) और 3’–5′ फॉस्फोडाइएस्टर रीढ़।
- पूरक क्षारक युग्मन (A = T एवं G ≡ C) तथा चारगाफ के नियमों की पूर्ति।
- ज्यामितीय माप: व्यास 20 Å, कुंडली पिच 34 Å, प्रति घुमाव 10 bp, दो क्षारकों के बीच दूरी 3.4 Å, और दीर्घ व लघु खाँचें।
उत्तर सारांश: इसमें (1) सारणी 6.1 के अनुसार A, B, C, D और Z-DNA की कुंडलन दिशा, व्यास, प्रति घुमाव क्षारक युग्म और पिच की तुलना; (2) DNA और RNA में रासायनिक अंतर (सारणी 6.2); तथा (3) mRNA (3–5%, कोडॉन वाहक), tRNA (10–15%, हॉली का क्लोवर-लीफ मॉडल — चित्र 21.1B) और rRNA (80%, राइबोसोम संरचना व पेप्टिडल ट्रांसफरेज कार्य) का विस्तृत वर्णन करें।
PYQ-पैटर्न अभ्यास प्रश्न (PYQ-Pattern Practice Questions — University & ICAR JRF/SRF Style)
नोट: नीचे दिए गए प्रश्न कृषि विश्वविद्यालयों की सेमेस्टर परीक्षाओं (B.Sc. Ag.) तथा ICAR JRF/SRF/NET के वास्तविक प्रश्न-प्रारूप (PYQ-Pattern) पर आधारित अभ्यास प्रश्न हैं:
- [2 अंक — परिभाषा] न्यूक्लियोसाइड (Nucleoside) और न्यूक्लियोटाइड (Nucleotide) में उदाहरण सहित अंतर लिखिए।
- [2 अंक — कारण बताइए] तंबाकू मोज़ेक वायरस (TMV) और φX174 जीवाणुभोजी पर चारगाफ के नियम लागू क्यों नहीं होते?
- [3 अंक — संख्यात्मक] एक 340 nm लंबे मानक B-DNA अणु में (i) कुल कितने क्षारक युग्म (bp) होंगे, (ii) कुल कितने कुंडली घुमाव (Turns) होंगे, तथा (iii) यदि इसमें 30% एडिनिन है तो ग्वानिन क्षारकों की संख्या कितनी होगी?
- [5 अंक — आरेख] स्थानांतरण RNA (tRNA) के क्लोवर-लीफ मॉडल (Holley, 1965) का नामांकित चित्र बनाइए और इसकी चारों भुजाओं के कार्य लिखिए।
- [5 अंक — तुलना] (i) DNA और RNA में, तथा (ii) B-DNA और Z-DNA में पाँच-पाँच प्रमुख अंतर लिखिए।
- [10 अंक — निबंधात्मक] वाटसन और क्रिक के DNA द्विकुंडली मॉडल का सचित्र वर्णन कीजिए तथा हर्षे और चेज़ (1952) के प्रयोग द्वारा समझाइए कि DNA ही आनुवंशिक पदार्थ है।
समेकित उत्तर कुंजी (Consolidated Answer Key)
भाग A: 20 बहुविकल्पीय प्रश्नों (MCQs) की त्वरित उत्तर तालिका
01: (B) | 02: (B) | 03: (C) | 04: (B) | 05: (A) |
06: (B) | 07: (D) | 08: (B) | 09: (C) | 10: (A)
11: (B) | 12: (A) | 13: (B) | 14: (A) | 15: (B) |
16: (A) | 17: (A) | 18: (A) | 19: (A) | 20: (A)
भाग B: रिक्त स्थानों (Fill in the Blanks) के उत्तर
1. फ्रेडरिक ग्रिफिथ (Frederick Griffith) | 2. जेम्स वाटसन (Watson), फ्रांसिस क्रिक (Crick) | 3. 34 Å (3.4 nm), 10 | 4. 2, 3 | 5. Z-DNA, 12 | 6. न्यूक्लियोसाइड (Nucleoside), न्यूक्लियोटाइड (Nucleotide) | 7. विलेय (Soluble — sRNA) | 8. द्विरज्जुकी (Double-stranded — dsRNA) | 9. 7-मिथाइलग्वानोसिन (m7G), पॉली-A (Poly-A) | 10. गलनांक (Tm — Melting temperature)।
