कोशिका के केंद्रक (Nucleus) या न्यूक्लियॉइड (Nucleoid) में स्थित डीएनए में आनुवंशिक सूचनाएं न्यूक्लियोटाइड क्षारकों के विशिष्ट अनुक्रम (Base sequence) के रूप में संचित रहती हैं। किंतु डीएनए स्वयं प्रत्यक्ष रूप से प्रोटीन का संश्लेषण नहीं करता। प्रोटीन संश्लेषण (Protein Synthesis / Gene Expression) की संपूर्ण प्रक्रिया दो मुख्य चरणों में पूर्ण होती है: प्रथम चरण अनुलेखन (Transcription: DNA → RNA) तथा द्वितीय चरण स्थानांतरण या अनुवादन (Translation: mRNA → Protein)।

अनुलेखन (Transcription) की परिभाषा: “डीएनए-निर्भर आरएनए पॉलीमरेज (DNA-dependent RNA Polymerase) एंजाइम की सहायता से डीएनए के एक रज्जुक (Template Strand) पर निहित आनुवंशिक सूचना को पूरक एकल-रज्जुकी आरएनए (Complementary single-stranded RNA — mRNA, tRNA, rRNA) के रूप में प्रतिलिपित करने की जैव-रासायनिक प्रक्रिया को अनुलेखन (Transcription) कहते हैं।”

आणविक जीवविज्ञान का सेंट्रल डोग्मा एवं रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन (Central Dogma & Reverse Transcription)

• सेंट्रल डोग्मा (Central Dogma — Francis Crick, 1958): फ्रांसिस क्रिक ने बताया कि जैविक तंत्रों में आनुवंशिक सूचना का प्रवाह एकदिशीय (DNA → RNA → Protein) होता है।
• टेमिनिज्म या रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन (Teminism / Reverse Transcription — Temin & Baltimore, 1970): वर्ष 1970 में हॉवर्ड टेमिन (Howard Temin) और डेविड बाल्टीमोर (David Baltimore) ने Rous Sarcoma Virus (RSV) एवं अन्य रेट्रोवायरस (Retroviruses, जैसे HIV) में रिवर्स ट्रांसक्रिप्टेज (Reverse Transcriptase — RNA-dependent DNA Polymerase) एंजाइम की खोज की, जो वायरल आरएनए से पूरक डीएनए (cDNA) बनाता है। इसके लिए उन्हें 1975 में नोबेल पुरस्कार मिला।

🎯 इस व्याख्यान के प्रमुख अध्ययन उद्देश्य (Key Learning Objectives)

• अनुलेखन इकाई (Transcription Unit) की संरचना को समझना: उन्नायक (Promoter), संरचनात्मक जीन (Structural Gene) तथा समापक (Terminator) और टेम्पलेट रज्जुक (3′ → 5′) बनाम कोडिंग रज्जुक (5′ → 3′) के अंतर को स्पष्ट करना।
• प्रोकैरियोटिक एवं यूकैरियोटिक उन्नायक अनुक्रमों का विश्लेषण: प्रिबनो बॉक्स (Pribnow Box / −10 TATAAT), −35 अनुक्रम (TTGACA), होगनेस/टाटा बॉक्स (Hogness / TATA Box), CAAT बॉक्स और GC बॉक्स को समझना।
• आरएनए पॉलीमरेज एंजाइम तंत्र का तुलनात्मक अध्ययन: प्रोकैरियोटिक होलोएंजाइम (α₂ββ’ω + σ) और यूकैरियोटिक RNA Pol I, II एवं III के कार्यों एवं α-अमानिटिन संवेदनशीलता को जानना।
• अनुलेखन के तीनों चरणों को समझना: प्रारंभन (Initiation), दीर्घीकरण (Elongation) और समापन (Rho-independent एवं Rho-dependent Termination)।
• अनुलेखन-पश्चात प्रसंस्करण (Post-transcriptional Modifications / Split Genes): विषमांगी केंद्रकीय आरएनए (hnRNA) का 5′ कैपिंग (7-methylguanosine), 3′ पॉली-एडेनाइलेशन (Poly-A tail) और स्प्लाइसिंग (Intron removal & Exon joining via Spliceosome) समझना।

डीएनए की प्रतिकृति (Replication) के विपरीत — जहाँ संपूर्ण जीनोम के दोनों रज्जुकों की प्रतिलिपि बनती है — अनुलेखन (Transcription) में किसी समय डीएनए के केवल एक छोटे खंड (एक जीन या ओपेरॉन) के केवल एक ही रज्जुक की प्रतिलिपि आरएनए में बनाई जाती है।

अनुलेखन इकाई के तीन मुख्य घटक (Three Regions of a Transcription Unit)

डीएनए में अनुलेखन में भाग लेने वाले खंड को अनुलेखन इकाई (Transcription Unit) कहते हैं, जिसके तीन मुख्य भाग होते हैं:

1. उन्नायक (Promoter): यह संरचनात्मक जीन के 5′ सिरे के पहले (Upstream — कोडिंग रज्जुक के संदर्भ में) स्थित होता है। यहाँ आरएनए पॉलीमरेज आकर जुड़ता है। किसी अनुलेखन इकाई में प्रमोटर की स्थिति ही यह तय करती है कि कौन-सा रज्जुक टेम्पलेट होगा और कौन-सा कोडिंग।
2. संरचनात्मक जीन (Structural Gene / Coding Region): यह प्रमोटर और टर्मिनेटर के मध्य स्थित वह क्षेत्र है जिसका वास्तव में आरएनए में अनुलेखन होता है। यह अनुलेखन प्रारंभ बिंदु (+1 Transcription Start Site / TSS) से शुरू होता है। (+1 के बाईं ओर के क्षारकों को Upstream / − तथा दाईं ओर के क्षारकों को Downstream / + चिह्न से दर्शाते हैं; अनुक्रम में 0 संख्या नहीं होती)।
3. समापक (Terminator): यह संरचनात्मक जीन के 3′ सिरे के बाद (Downstream — कोडिंग रज्जुक के संदर्भ में) स्थित होता है और अनुलेखन की समाप्ति का संकेत देता है।

उन्नायक (Promoters) में कुछ विशिष्ट संरक्षित न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम (Consensus sequences) पाए जाते हैं जिन्हें आरएनए पॉलीमरेज (या अनुलेखन कारक) पहचानते हैं। परीक्षा की दृष्टि से प्रोकैरियोटिक और यूकैरियोटिक प्रमोटर तत्वों का अंतर अत्यंत महत्वपूर्ण है:

1. प्रोकैरियोटिक प्रमोटर तत्व (Prokaryotic Promoter Elements — E. coli)

• (a) −10 अनुक्रम या प्रिबनो बॉक्स (−10 Consensus Sequence / Pribnow Box):
  • इसकी खोज डेविड प्रिबनो (David Pribnow, 1975) ने की थी।
  • यह अनुलेखन प्रारंभ बिंदु (+1) से लगभग 10 क्षारक युग्म अपस्ट्रीम (−10 स्थिति) पर स्थित होता है।
  • इसका 6 bp का मानक कोडिंग अनुक्रम 5′-TATAAT-3′ होता है।
  • कार्य: चूंकि यह पूर्णतः A=T समृद्ध होता है (केवल 2 हाइड्रोजन बंध), इसलिए आरएनए पॉलीमरेज यहाँ डीएनए द्विकुंडली को आसानी से पिघलाकर (Melting) ‘बंद संकुल’ (Closed complex) को ‘खुले संकुल’ (Open complex / Transcription bubble) में बदलता है।
• (b) −35 अनुक्रम (−35 Consensus Sequence):
  • यह प्रारंभ बिंदु (+1) से 35 क्षारक युग्म अपस्ट्रीम (−35 क्षेत्र) पर स्थित होता है।
  • इसका 6 bp का मानक अनुक्रम 5′-TTGACA-3′ होता है।
  • कार्य: आरएनए पॉलीमरेज का सिग्मा कारक (σ⁷⁰) सबसे पहले इसी −35 अनुक्रम को पहचानकर प्रारंभिक बंधन (Initial recognition & binding) करता है। (−35 और −10 बॉक्स के बीच 16–18 bp की दूरी होती है)।

2. यूकैरियोटिक प्रमोटर तत्व (Eukaryotic Promoter Elements for RNA Pol II)

• (a) टाटा बॉक्स या होगनेस बॉक्स (TATA Box / Hogness Box / Goldberg-Hogness Box):
  • यह प्रारंभ बिंदु (+1) से −25 से −35 bp अपस्ट्रीम स्थित होता है।
  • इसका मानक अनुक्रम 5′-TATAAA-3′ (या TATAAAA) होता है।
  • यहाँ सर्वप्रथम सामान्य अनुलेखन कारक TFIID का TBP (TATA-Binding Protein) आकर जुड़ता है।
• (b) कैट बॉक्स (CAAT Box): यह लगभग −75 से −80 bp अपस्ट्रीम स्थित होता है तथा इसका अनुक्रम 5′-GGCCAATCT-3′ होता है। यह प्रमोटर की दक्षता को नियंत्रित करता है।
• (c) जीसी बॉक्स (GC Box): यह लगभग −90 से −110 bp अपस्ट्रीम स्थित होता है और इसका अनुक्रम 5′-GGGCGG-3′ होता है (प्रायः हाउसकीपिंग जीनों में पाया जाता है)।
• (d) एन्हांसर एवं साइलेंसर (Enhancers & Silencers): एन्हांसर वे दूरस्थ डीएनए अनुक्रम हैं जो प्रमोटर से हजारों क्षारक दूर (अपस्ट्रीम या डाउनस्ट्रीम) स्थित होने पर भी डीएनए लूपिंग द्वारा अनुलेखन की दर को 100 गुना तक बढ़ा देते हैं, जबकि साइलेंसर अनुलेखन को दबाते हैं।

डीएनए पॉलीमरेज के विपरीत, आरएनए पॉलीमरेज (DNA-dependent RNA Polymerase) को अनुलेखन प्रारंभ करने के लिए किसी भी प्राइमर (Primer) की आवश्यकता नहीं होती; यह सीधे प्रमोटर पर पहला राइबोन्यूक्लियोसाइड ट्राइफॉस्फेट (ATP या GTP) रखकर 5′ → 3′ दिशा में आरएनए श्रृंखला शुरू कर सकता है।

1. प्रोकैरियोटिक आरएनए पॉलीमरेज (Prokaryotic RNA Polymerase — E. coli)

जीवाणुओं (E. coli) में सभी प्रकार के आरएनए (mRNA, tRNA एवं rRNA) का संश्लेषण केवल एक ही प्रकार के आरएनए पॉलीमरेज (Single RNA Polymerase) द्वारा किया जाता है (खोजकर्ता: सैमुअल वाइस, जेराड हर्वित्ज एवं ऑड्रे स्टीवंस, 1960; सिग्मा कारक की खोज: रिचर्ड बर्गेस एवं एकहार्ड बाउत्ज़, 1969)।

• 2α (दो अल्फा उप-इकाइयाँ — rpoA, 36.5 kDa प्रत्येक): कोर एंजाइम के संयोजन (Assembly) और प्रमोटर के अपस्ट्रीम तत्व (UP element) से जुड़ने का कार्य करती हैं।
• β (बीटा उप-इकाई — rpoB, 151 kDa): यह मुख्य उत्प्रेरक केंद्र (Catalytic center) का भाग है जो rNTPs से जुड़ती है और फॉस्फोडाइएस्टर बंध बनाती है। रिफैम्पिसिन (Rifampicin) एंटीबायोटिक इसी β उप-इकाई से जुड़कर जीवाणु अनुलेखन के प्रारंभन को रोकता है।
• β’ (बीटा-प्राइम उप-इकाई — rpoC, 155 kDa): यह सबसे बड़ी उप-इकाई है जो डीएनए टेम्पलेट रज्जुक से मजबूती से जुड़ती है (DNA binding)। (सक्रिय केंद्र में Mg²⁺ और Zn²⁺ आयन होते हैं)।
• ω (ओमेगा उप-इकाई — rpoZ, 10 kDa): यह β’ उप-इकाई के सही फोल्डिंग और एंजाइम की स्थिरता में सहायता करती है।
• σ (सिग्मा कारक — rpoD, सामान्यतः σ⁷⁰): यह केवल प्रमोटर की विशिष्ट पहचान (Promoter specificity) करता है और डीएनए पर गैर-विशिष्ट बंधन को कम करता है। जैसे ही 8–10 nt की आरएनए श्रृंखला बन जाती है, सिग्मा कारक अलग हो जाता है और शेष कोर एंजाइम (α₂ββ’ω) दीर्घीकरण करता है।

2. यूकैरियोटिक आरएनए पॉलीमरेज: श्रम का स्पष्ट विभाजन (Eukaryotic RNA Polymerases — Roeder & Rutter, 1969)

यूकैरियोटिक केंद्रक में तीन मुख्य आरएनए पॉलीमरेज (RNA Pol I, II, III) पाए जाते हैं, जबकि पादपों (Plants) में जीन साइलेंसिंग हेतु दो अतिरिक्त पॉलीमरेज (RNA Pol IV एवं V) भी होते हैं। विषैला मशरूम (Amanita phalloides — Death Cap mushroom) से प्राप्त चक्रीय ऑक्टापेप्टाइड विष α-अमानिटिन (α-Amanitin) के प्रति इनकी संवेदनशीलता से इन्हें पहचाना जाता है:

प्रोकैरियोट्स (जैसे E. coli) में अनुलेखन कोशिकाद्रव्य (Cytoplasm) में तीन सुस्पष्ट चरणों में संपन्न होता है:

चरण 1: प्रारंभन (Initiation)

1. प्रमोटर की पहचान एवं बंद संकुल (Closed Binary Complex): सर्वप्रथम आरएनए पॉलीमरेज होलोएंजाइम (α₂ββ’ωσ) अपने सिग्मा कारक (σ) की सहायता से प्रमोटर के −35 (TTGACA) तथा −10 (TATAAT) क्षेत्रों से जुड़ता है। इस अवस्था में डीएनए अभी द्वि-रज्जुकी (बंद) रहता है, इसलिए इसे बंद संकुल (Closed Complex) कहते हैं।
2. खुला संकुल एवं अनुलेखन बबल (Open Complex & Transcription Bubble): इसके बाद एंजाइम −10 प्रिबनो बॉक्स से +3 क्षेत्र तक के लगभग 12–17 क्षारक युग्मों (~17 bp) को खोल देता है, जिससे एक अनुलेखन बबल (Transcription Bubble) बनता है। इसे खुला संकुल (Open Complex) कहते हैं।
3. प्रथम न्यूक्लियोटाइड का जुड़ना एवं सिग्मा कारक का विमोचन (Promoter Clearance): +1 स्थान पर पहला राइबोन्यूक्लियोसाइड ट्राइफॉस्फेट (प्रायः एक प्यूरीन — ATP या GTP) बिना किसी प्राइमर के जुड़ता है। कुछ आरंभिक असफल प्रयासों (Abortive initiation) के बाद जब 8–10 nt लंबा आरएनए बन जाता है, तो सिग्मा कारक (σ) एंजाइम से अलग हो जाता है।

चरण 2: श्रृंखला दीर्घीकरण (Elongation)

• सिग्मा कारक के हटने के बाद शेष कोर एंजाइम (α₂ββ’ω) 3′ → 5′ टेम्पलेट रज्जुक पर आगे बढ़ता है और Mg²⁺ की उपस्थिति में राइबोन्यूक्लियोसाइड ट्राइफॉस्फेट्स (ATP, UTP, GTP, CTP) को जोड़ते हुए 5′ → 3′ दिशा में लगभग 40–50 न्यूक्लियोटाइड/सेकंड की गति से आरएनए श्रृंखला को लंबा करता है: (RNA)_n + rNTP   ⎯⎯^{RNA Polymerase (Mg2+)}⎯⎯→   (RNA)_n+1 + PP_i
• जैसे-जैसे अनुलेखन बबल (~17 bp) आगे खिसकता है, उसके भीतर नव-निर्मित आरएनए का 3′ सिरा टेम्पलेट डीएनए के साथ लगभग 8–9 क्षारक युग्मों (8–9 bp) का एक अस्थायी आरएनए-डीएनए संकर (Transient RNA–DNA Hybrid) बनाता है, जबकि पीछे का डीएनए पुनः द्विकुंडली बना लेता है।

चरण 3: समापन (Termination — दो विधियाँ)

जीवाणुओं में अनुलेखन का समापन दो भिन्न तंत्रों द्वारा होता है:

1. रो-स्वतंत्र या आंतरिक समापन (Rho-Independent / Intrinsic Termination):
   • इसमें किसी बाहरी प्रोटीन कारक की आवश्यकता नहीं होती। समापक डीएनए क्षेत्र में एक G≡C समृद्ध उल्टा पुनरावृत्ति अनुक्रम (GC-rich Inverted Repeat / Palindrome) होता है जिसके तुरंत बाद टेम्पलेट में 4–8 एडेनिन (A) की श्रृंखला होती है।
   • जब इसका अनुलेखन होता है, तो आरएनए का G≡C समृद्ध भाग अपने ही ऊपर मुड़कर एक अत्यंत स्थिर हेयरपिन लूप / स्टेम-लूप संरचना (G–C Rich Hairpin Loop) बना लेता है, जिसके ठीक पीछे 4–8 यूरेसिल (Poly-U tail: UUUUUU…) की पूँछ होती है।
   • हेयरपिन लूप आरएनए पॉलीमरेज को रोक देता है, और चूंकि rU = dA संकर बंध अत्यंत कमजोर होते हैं, इसलिए आरएनए स्वतः डीएनए टेम्पलेट से अलग हो जाता है।
2. रो-निर्भर समापन (Rho-Dependent Termination):
   • इसमें रो कारक (ρ-factor / Rho protein — एक ATP-निर्भर षट्भुजीय आरएनए हेलिकेज, ~275 kDa) की आवश्यकता होती है।
   • रो प्रोटीन नव-निर्मित आरएनए पर स्थित rut स्थल (Rho utilization site — C-rich, G-poor region) से जुड़ता है, ATP का जल-अपघटन करते हुए आरएनए के सहारे 5′ → 3′ दिशा में दौड़कर अनुलेखन बबल पर रुके हुए आरएनए पॉलीमरेज तक पहुँचता है, और अपनी RNA–DNA हेलिकेज गतिविधि द्वारा आरएनए-डीएनए संकर को खोलकर आरएनए को मुक्त कर देता है।

प्रोकैरियोटिक आरएनए पॉलीमरेज के विपरीत, यूकैरियोटिक आरएनए पॉलीमरेज (विशेषतः RNA Polymerase II) अकेले स्वयं प्रमोटर को पहचानकर उससे नहीं जुड़ सकता। उसे प्रमोटर पर जुड़ने के लिए अनेक सहायक प्रोटीनों की आवश्यकता होती है जिन्हें सामान्य अनुलेखन कारक (General Transcription Factors — TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH) कहते हैं:

1. TFIID (TBP + TAFs): यह प्रमोटर के TATA बॉक्स (−25 से −30) को पहचानने वाला सबसे पहला कारक है। इसकी उप-इकाई TBP (TATA-Binding Protein) TATA बॉक्स से जुड़कर डीएनए को लगभग 80° मोड़ देती है।
2. TFIIA एवं TFIIB: ये TBP–DNA संकुल को स्थिर करते हैं और RNA Polymerase II को सही प्रारंभ बिंदु (+1) पर स्थापित करने हेतु पुल का कार्य करते हैं।
3. TFIIF: यह जीवाणु के सिग्मा (σ) कारक के समतुल्य कार्य करता है — यह RNA Polymerase II के साथ जुड़कर उसे प्रमोटर तक लाता है और गैर-विशिष्ट डीएनए बंधन को रोकता है।
4. TFIIE एवं TFIIH (अत्यंत महत्वपूर्ण): TFIIE आकर TFIIH को बुलाता है। TFIIH में दो मुख्य एंजाइम गतिविधियाँ होती हैं:
   • हेलिकेज गतिविधि (Helicase activity): यह ATP का उपयोग कर प्रारंभ बिंदु पर डीएनए द्विकुंडली को खोलती है।
   • काइनेज गतिविधि (Kinase activity): यह RNA Polymerase II की सबसे बड़ी उप-इकाई के C-टर्मिनल डोमेन (CTD — हेप्टापेप्टाइड पुनरावृत्ति YSPTSPS) के सेरीन अवशेषों (Ser-5 एवं Ser-2) का फॉस्फोराइलेशन करती है, जिससे पॉलीमरेज प्रमोटर छोड़कर दीर्घीकरण (Elongation) प्रारंभ करता है।

प्रोकैरियोट्स में केंद्रक झिल्ली नहीं होती, इसलिए mRNA में कोई इंट्रॉन नहीं होते और अनुलेखन समाप्त होने से पहले ही उस पर राइबोसोम जुड़कर स्थानांतरण शुरू कर देते हैं (Coupled Transcription and Translation)।

इसके विपरीत, यूकैरियोट्स में जीन विखंडित (Split Genes — रिचर्ड रॉबर्ट्स एवं फिलिप शार्प, 1977; 1993 नोबेल पुरस्कार) होते हैं। अतः RNA Polymerase II द्वारा बनाया गया प्राथमिक अनुलेख विषमांगी केंद्रकीय आरएनए (hnRNA — Heterogeneous Nuclear RNA / Pre-mRNA) कहलाता है, जो निष्क्रिय और अस्थिर होता है। केंद्रक से कोशिकाद्रव्य में जाने से पूर्व hnRNA में तीन अनिवार्य प्रसंस्करण (Processing / Maturation) होते हैं:

1. 5′ आच्छादन (5′ Capping — Addition of 7-Methylguanosine Cap)

• जैसे ही नव-संश्लेषित hnRNA लगभग 20–30 न्यूक्लियोटाइड लंबा होता है, उसके 5′ सिरे पर गुआनाइलिल ट्रांसफरेज (Guanylyl transferase) और मिथाइल ट्रांसफरेज द्वारा एक असामान्य 5’–5′ ट्राइफॉस्फेट बंध (5’–5′ Triphosphate linkage) के माध्यम से 7-मिथाइलगुआनोसिन ट्राइफॉस्फेट (m⁷Gppp या 7-MG Cap) जोड़ दिया जाता है।
• 5′ कैप के कार्य: (i) यह mRNA को 5′ → 3′ एक्सोन्यूक्लिएज एंजाइमों द्वारा नष्ट होने से बचाता है, (ii) केंद्रक से बाहर परिवहन में मदद करता है, और (iii) स्थानांतरण (Translation) के समय 40S राइबोसोमल उप-इकाई को mRNA की पहचान कराता है।

2. 3′ पॉली-एडेनाइलेशन या पुच्छन (3′ Polyadenylation — Addition of Poly-A Tail)

• hnRNA के 3′ सिरे के पास एक विशिष्ट संरक्षित संकेत अनुक्रम 5′-AAUAAA-3′ (Polyadenylation signal) होता है।
• एक एंडोन्यूक्लिएज इस संकेत के 10–30 nt आगे आरएनए को काटता है, और पॉली-(A) पॉलीमरेज (Poly-A Polymerase — PAP) एंजाइम बिना किसी डीएनए टेम्पलेट के (Template-independent manner) मुक्त 3′ सिरे पर लगभग 200–300 एडेनिलेट अवशेष (Poly-A Tail: AAAAAAA…) जोड़ देता है। (अपवाद: हिस्टोन mRNAs में पॉली-ए पूँछ नहीं होती!)
• पॉली-A पूँछ के कार्य: यह mRNA को 3′ एक्सोन्यूक्लिएज क्षरण से बचाती है, उसकी अर्ध-आयु (Stability) बढ़ाती है और केंद्रक छिद्र (Nuclear pore) से कोशिकाद्रव्य में निकासी में सहायता करती है।

3. आरएनए स्प्लाइसिंग (RNA Splicing — Removal of Introns & Joining of Exons)

• एक्सॉन (Exons): वे व्यक्त होने वाले (Expressed / Coding) अनुक्रम जो परिपक्व mRNA में बने रहते हैं।
• इंट्रॉन (Introns / Intervening sequences): वे गैर-कोडिंग अनुक्रम जो एक्सॉनों के बीच में पाए जाते हैं और स्प्लाइसिंग द्वारा काटकर हटा दिए जाते हैं।
• चैम्बॉन का GU–AG नियम (Breathnach–Chambon GT–AG / GU–AG Rule): लगभग सभी यूकैरियोटिक केंद्रकीय इंट्रॉन के 5′ सिरे (5′ Splice Site / Donor site) पर 5′-GU… और 3′ सिरे (3′ Splice Site / Acceptor site) पर …AG-3′ डाइन्यूक्लियोटाइड होता है तथा मध्य में एक शाखन बिंदु एडेनिन (Branch point Adenine ‘A’) होता है।
• स्प्लाइसियोसोम एवं लैरिएट संरचना (Spliceosome & Lariat Formation): स्प्लाइसिंग की प्रक्रिया एक विशाल राइबोन्यूक्लियोप्रोटीन संकुल स्प्लाइसियोसोम (Spliceosome) द्वारा संपन्न होती है, जो पाँच छोटे केंद्रकीय आरएनए (snRNAs: U1, U2, U4, U5, U6) और प्रोटीनों से बने snRNPs (Snurps) से मिलकर बनता है। दो क्रमिक ट्रांस-एस्टरीफिकेशन अभिक्रियाओं (Two transesterification reactions) के माध्यम से इंट्रॉन एक फंदे या लैरिएट (Lariat loop — 2’–5′ phosphodiester bond at branch point A) के रूप में बाहर निकल जाता है और दोनों एक्सॉन आपस में जुड़ जाते हैं।
• राइबोजाइम (Ribozymes / Self-splicing Introns — Thomas Cech & Sidney Altman, 1989 Nobel Prize): प्रोटोजोआ Tetrahymena के 26S rRNA (Group I introns) में बिना किसी प्रोटीन या स्प्लाइसियोसोम के आरएनए स्वयं ही उत्प्रेरक (Catalytic RNA / Ribozyme) की तरह कार्य कर अपनी स्प्लाइसिंग कर लेता है।

सारणी 10.1: डीएनए प्रतिकृति बनाम अनुलेखन (DNA Replication vs. Transcription)

सारणी 10.2: प्रोकैरियोटिक बनाम यूकैरियोटिक अनुलेखन (Prokaryotic vs. Eukaryotic Transcription)

उदाहरण 1 (Template vs. Coding Strand to mRNA Sequence — अति-महत्वपूर्ण):

प्रश्न: किसी अनुलेखन इकाई के टेम्पलेट रज्जुक (Template strand) का क्षारक अनुक्रम नीचे दिया गया है:
3′ — A T G C A T G C A T G C T A G C — 5′
इस डीएनए के (a) कोडिंग रज्जुक (Coding strand) तथा (b) इससे अनुलेखित होने वाले mRNA का क्षारक अनुक्रम एवं ध्रुवता (5′ → 3′) लिखिए।

हल (Step-by-Step Solution):

• नियम 1: डीएनए में A के सामने T और G के सामने C जुड़ता है। कोडिंग रज्जुक की दिशा टेम्पलेट (3′ → 5′) के प्रति-समांतर अर्थात् 5′ → 3′ होगी।
• नियम 2: आरएनए (mRNA) में थाइमिन (T) के स्थान पर यूरेसिल (U) होता है। अतः टेम्पलेट के A के सामने mRNA में U आएगा (या कोडिंग रज्जुक के सभी T को U से बदल दें):

उदाहरण 2 (Split Gene Exon–Intron Mature mRNA Length Calculation):

प्रश्न: एक यूकैरियोटिक विखंडित जीन (Split gene) से बने प्राथमिक अनुलेख (hnRNA) की कुल लंबाई 4800 न्यूक्लियोटाइड (nt) है। इसमें 5 एक्सॉन (Exons) और 4 इंट्रॉन (Introns) एकांतर क्रम में स्थित हैं। यदि प्रत्येक इंट्रॉन की औसत लंबाई 750 nt है तथा प्रसंस्करण के दौरान इसके 3′ सिरे पर 200 एडेनिन न्यूक्लियोटाइड की Poly-A पूँछ जोड़ी जाती है, तो परिपक्व कार्यात्मक mRNA (Mature mRNA) की कुल लंबाई कितनी होगी?

हल (Step-by-Step Solution):

1. हटाए गए चारों इंट्रॉनों की कुल लंबाई: Total Intron Length = 4 × 750 nt = 3000 nt
2. स्प्लाइसिंग के पश्चात शेष बचे पाँचों एक्सॉनों की कुल लंबाई: Total Exon Length = 4800 nt − 3000 nt = 1800 nt
3. Poly-A पूँछ (200 nt) जुड़ने के बाद परिपक्व mRNA की कुल लंबाई: Mature mRNA Length = 1800 nt + 200 nt (Poly-A tail) = 2000 न्यूक्लियोटाइड (या 5′ कैप सहित 2001 nt)

उदाहरण 3 (Base Composition of mRNA from Template Strand):

प्रश्न: किसी जीन के टेम्पलेट डीएनए रज्जुक में क्षारकों का प्रतिशत इस प्रकार है: A = 24%, T = 30%, G = 20% तथा C = 26%। इस टेम्पलेट से बनने वाले mRNA में A, U, G एवं C का प्रतिशत ज्ञात कीजिए।

हल: चूंकि mRNA सीधे टेम्पलेट रज्जुक के पूरक रूप में संश्लेषित होता है, इसलिए:

• mRNA में एडेनिन (A) = टेम्पलेट में थाइमिन (T) = 30%
• mRNA में यूरेसिल (U) = टेम्पलेट में एडेनिन (A) = 24%
• mRNA में गुआनिन (G) = टेम्पलेट में साइटोसिन (C) = 26%
• mRNA में साइटोसिन (C) = टेम्पलेट में गुआनिन (G) = 20%

भाग A: 10 रिक्त स्थान भरिए (10 Fill in the Blanks)

1. डीएनए के एक रज्जुक से आरएनए में आनुवंशिक सूचना के प्रतिलिपिकरण की प्रक्रिया को ____________________ कहते हैं।
2. प्रोकैरियोटिक प्रमोटर में −35 क्षेत्र का मानक अनुक्रम ____________________ तथा −10 प्रिबनो बॉक्स का मानक अनुक्रम ____________________ होता है।
3. यूकैरियोट्स में बड़े राइबोसोमल आरएनए (28S, 18S एवं 5.8S rRNA) का संश्लेषण केंद्रिका में स्थित ____________________ द्वारा किया जाता है।
4. विखंडित जीन (Split gene) के कोडिंग भागों को ____________________ तथा गैर-कोडिंग अंतरावर्ती भागों को ____________________ कहते हैं।
5. यूकैरियोटिक hnRNA के 3′ सिरे पर बिना किसी टेम्पलेट के 200–300 एडेनिलेट अवशेष जोड़ने वाला एंजाइम ____________________ है।
6. प्रोकैरियोट्स में एक ही mRNA अणु में अनेक संरचनात्मक जीनों की सूचना होती है, ऐसे mRNA को ____________________ कहते हैं।
7. यूकैरियोटिक प्रमोटर के −25 से −30 क्षेत्र में स्थित TATAAA अनुक्रम को ____________________ कहते हैं।
8. यूकैरियोट्स में hnRNA के 3′ सिरे पर पॉली-एडेनाइलेशन संकेत अनुक्रम (Polyadenylation signal sequence) ____________________ होता है।
9. स्प्लाइसियोसोम (Spliceosome) का निर्माण प्रोटीन और पाँच छोटे केंद्रकीय आरएनए (____________________) से मिलकर होता है।
10. उच्च पादपों (Plants) में जीन साइलेंसिंग और हेटेरोक्रोमैटिन निर्माण हेतु siRNA बनाने वाले दो विशेष अतिरिक्त आरएनए पॉलीमरेज ____________________ हैं।

भाग B: 10 अति-लघु उत्तरीय प्रश्न (10 Very Short Answer Questions — 1–2 Lines)

1. प्रश्न 1: कोडिंग रज्जुक (Coding strand / Sense strand) को यह नाम क्यों दिया गया है जबकि यह अनुलेखन में टेम्पलेट नहीं बनता?
   उत्तर: क्योंकि 5′ → 3′ कोडिंग रज्जुक का क्षारक अनुक्रम नव-संश्लेषित 5′ → 3′ mRNA के कोडिंग अनुक्रम (कोडॉनों) के बिल्कुल समान होता है (केवल T के स्थान पर U होता है)।
2. प्रश्न 2: रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन (Reverse Transcription / Teminism) क्या है?
   उत्तर: रेट्रोवायरस में रिवर्स ट्रांसक्रिप्टेज एंजाइम द्वारा वायरल आरएनए टेम्पलेट से पूरक डीएनए (cDNA) के निर्माण की प्रक्रिया को रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन कहते हैं (टेमिन एवं बाल्टीमोर, 1970)।
3. प्रश्न 3: मोनोसिस्ट्रॉनिक तथा पॉलीसिस्ट्रॉनिक mRNA में मुख्य अंतर क्या है?
   उत्तर: मोनोसिस्ट्रॉनिक mRNA (यूकैरियोट्स में) केवल एक पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला को कोडित करता है, जबकि पॉलीसिस्ट्रॉनिक mRNA (प्रोकैरियोट्स में) एक से अधिक पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं को कोडित करता है।
4. प्रश्न 4: वैकल्पिक स्प्लाइसिंग (Alternative Splicing) का क्या महत्व है?
   उत्तर: वैकल्पिक स्प्लाइसिंग द्वारा एक ही यूकैरियोटिक विखंडित जीन के एक्सॉनों को विभिन्न संयोजनों में जोड़कर अलग-अलग ऊतकों में एक से अधिक प्रकार के प्रोटीन आइसोफॉर्म (Protein isoforms) बनाए जा सकते हैं।
5. प्रश्न 5: अनुलेखन बबल (Transcription Bubble) का आकार कितना होता है?
   उत्तर: अनुलेखन बबल में लगभग 12–17 क्षारक युग्म (~17 bp) खुला हुआ डीएनए होता है जिसके भीतर 8–9 bp का अस्थायी आरएनए-डीएनए संकर बनता है।
6. प्रश्न 6: एन्हांसर (Enhancers) क्या हैं?
   उत्तर: एन्हांसर वे सिस-एक्टिंग (Cis-acting) नियामक डीएनए अनुक्रम हैं जो प्रमोटर से काफी दूर स्थित होने पर भी सक्रियक प्रोटीनों से जुड़कर अनुलेखन की दर को कई गुना बढ़ा देते हैं।
7. प्रश्न 7: राइबोजाइम (Ribozyme) किसे कहते हैं?
   उत्तर: ऐसे आरएनए अणु जो एंजाइम के समान जैव-उत्प्रेरक (Biocatalyst) की तरह कार्य करते हैं (जैसे Tetrahymena का स्व-स्प्लाइसिंग इंट्रॉन एवं 23S/28S rRNA पेप्टिडिल ट्रांसफरेज), राइबोजाइम कहलाते हैं।
8. प्रश्न 8: 5′ कैपिंग में कौन-सा असामान्य रासायनिक बंध बनता है?
   उत्तर: इसमें सामान्य 3’–5′ फॉस्फोडाइएस्टर बंध के बजाय एक असामान्य 5’–5′ ट्राइफॉस्फेट बंध (5’–5′ Triphosphate bridge) बनता है।
9. प्रश्न 9: E. coli में हीट-शॉक जीनों (Heat-shock genes) के अनुलेखन के लिए कौन-सा विशेष सिग्मा कारक प्रयुक्त होता है?
   उत्तर: सामान्य σ⁷⁰ के स्थान पर उच्च ताप पर σ³² (RpoH) सिग्मा कारक प्रयुक्त होता है।
10. प्रश्न 10: यूकैरियोटिक RNA Polymerase II के CTD (Carboxyl-Terminal Domain) का मानक 7-अमीनो अम्ल अनुक्रम क्या है?
    उत्तर: इसका हेप्टापेप्टाइड पुनरावृत्ति अनुक्रम Tyr–Ser–Pro–Thr–Ser–Pro–Ser (YSPTSPS) होता है (मानव में 52 पुनरावृत्तियाँ)।

भाग A: लघु उत्तरीय प्रश्न (Short Answer Questions — 3–4 Marks)

भाग B: अंतर स्पष्ट कीजिए (Differentiate Between — 4 Marks)

भाग C: दीर्घ उत्तरीय प्रश्न (Long Answer Questions — 8–10 Marks Outline)

1. दीर्घ प्रश्न 1: प्रोकैरियोट्स में अनुलेखन (Transcription in Prokaryotes) की संपूर्ण क्रियाविधि का नामांकित चित्र सहित वर्णन कीजिए। इसमें आरएनए पॉलीमरेज होलोएंजाइम और सिग्मा कारक की भूमिका स्पष्ट कीजिए।
   उत्तर रूपरेखा: (i) अनुलेखन इकाई की संरचना (चित्र 23.1), (ii) प्रोकैरियोटिक प्रमोटर (−10 TATAAT व −35 TTGACA), (iii) आरएनए पॉलीमरेज होलोएंजाइम (α₂ββ’ωσ) की उप-इकाइयाँ एवं कार्य, (iv) प्रारंभन, दीर्घीकरण एवं समापन के तीनों चरण (चित्र 23.2)।
2. दीर्घ प्रश्न 2: यूकैरियोट्स में पाए जाने वाले विभिन्न आरएनए पॉलीमरेज एंजाइमों का वर्णन कीजिए तथा प्राथमिक अनुलेख (hnRNA) के अनुलेखन-पश्चात प्रसंस्करण (5′ Capping, 3′ Polyadenylation एवं RNA Splicing) को सचित समझाइए।
   उत्तर रूपरेखा: (i) RNA Pol I, II एवं III का कार्य-विभाजन एवं α-अमानिटिन संवेदनशीलता (सारणी अनुभाग 5), (ii) सामान्य अनुलेखन कारक (TFIID–TFIIH), (iii) विखंडित जीन एवं hnRNA का 5′ m⁷Gppp कैपिंग, 3′ Poly-A पुच्छन और स्प्लाइसियोसोम (snRNPs) द्वारा लैरिएट स्प्लाइसिंग (चित्र 23.3)।

विगत वर्षों के प्रतियोगी एवं विश्वविद्यालय परीक्षा प्रश्न (ICAR JRF / SRF / ARS NET / B.Sc. Ag PYQs)

• [ICAR-JRF Genetics & Plant Breeding]: यदि आरएनए पॉलीमरेज से सिग्मा कारक (σ-factor) को हटा दिया जाए, तो शेष कोर एंजाइम (α₂ββ’ω) पर क्या प्रभाव पड़ेगा? ⇒ कोर एंजाइम आरएनए का संश्लेषण (Elongation) तो कर सकता है, परंतु वह प्रमोटर को विशिष्ट रूप से पहचान नहीं पाएगा और डीएनए पर कहीं से भी गैर-विशिष्ट (Non-specific) रूप से जुड़ जाएगा।
• [ICAR-SRF / NET]: किसी अनुलेखन इकाई में प्रमोटर और टर्मिनेटर की स्थिति किस रज्जुक के संदर्भ में परिभाषित की जाती है? ⇒ सदैव कोडिंग रज्जुक (Coding strand: 5′ → 3′) के संदर्भ में (5′ सिरे पर प्रमोटर और 3′ सिरे पर टर्मिनेटर)।
• [B.Sc. (Hons.) Ag University Exam]: विखंडित जीन (Split genes) पर संक्षिप्त टिप्पणी लिखिए तथा एक्सॉन एवं इंट्रॉन में अंतर स्पष्ट कीजिए।

🔑 समेकित उत्तर कुंजी (Consolidated Answer Key — Section 12 & Section 13A)