CSIR NET 2024: DNA Replication in Eukaryotes-Molecular Biology for CSIR NET | CSIR NET Life science

PW IIT JAM & CUET PG

6 chapters6 takeaways14 key terms5 questions

Overview

यह वीडियो यूकैरियोटिक डीएनए प्रतिकृति (replication) की प्रक्रिया पर केंद्रित है, जो प्रोकैरियोटिक डीएनए प्रतिकृति के त्वरित पुनरीक्षण के बाद शुरू होती है। इसमें प्रतिकृति के लिए आवश्यक प्रारंभिक स्थितियाँ, जैसे डीएनए का एकल-रज्जुक (single-stranded) रूप में खुलना, और प्रतिकृति की दिशा (5' से 3') के कारण निरंतर (leading) और असंतत (lagging) रज्जुक का निर्माण समझाया गया है। वीडियो यूकैरियोटिक प्रतिकृति में मल्टीपल ओरिजिन ऑफ रेप्लिकेशन (ARS), प्री-रेप्लीकेशन कॉम्प्लेक्स (pre-RC) का निर्माण, और एस-फेज में इसके सक्रियण पर विस्तार से चर्चा करता है। यह डीएनए पॉलीमरेज़ अल्फा, डेल्टा, और एप्सिलॉन की भूमिकाओं, पॉलीमरेज़ स्विचिंग, और ओकाज़ाकी खंडों (Okazaki fragments) के निर्माण और जुड़ाव को भी कवर करता है। अंत में, यह आरएनए प्राइमर को हटाने और डीएनए लाइगेज के कार्य पर प्रकाश डालता है।

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Chapters

डीएनए प्रतिकृति के लिए डबल-हेलिक्स का सिंगल-रज्जुक में खुलना पहली आवश्यकता है।
डीएनए संश्लेषण हमेशा 5' से 3' दिशा में होता है, जिसके कारण एक रज्जुक पर निरंतर और दूसरे पर असंतत संश्लेषण होता है।
प्रोकैरियोटिक डीएनए प्रतिकृति एक एकल ओरिजिन ऑफ रेप्लिकेशन (oriC) से शुरू होती है और यह बायडायरेक्शनल होती है।
डीएनए ए (DNA A) इनिशिएटर प्रोटीन है जो oriC पर 13-मर मोटिफ से इंटरेक्ट करके लोकल अनबाइंडिंग शुरू करता है।
डीएनए सी (DNA C) हेलीकेस लोडर है जो डीएनए बी (DNA B) हेलीकेस को oriC पर लोड करता है, जो फिर डबल हेलिक्स को खोलता है।

यह खंड डीएनए प्रतिकृति के मूलभूत सिद्धांतों को स्पष्ट करता है, जो यूकैरियोटिक प्रतिकृति को समझने के लिए आवश्यक आधार प्रदान करता है।

डीएनए संश्लेषण की 5' से 3' दिशा के कारण निरंतर (leading) और असंतत (lagging) रज्जुक का निर्माण।

प्रोकैरियोटिक डीएनए प्रतिकृति टर (Ter) सीक्वेंस और टस (Tus) प्रोटीन द्वारा नियंत्रित टर्मिनेशन साइट्स पर समाप्त होती है।
टर-टस कॉम्प्लेक्स एक ट्रैप बनाता है जो प्रतिकृति फोर्क को रोकता है, जिससे टर्मिनेशन होता है।
आरएनए प्राइमर को डीएनए पॉलीमरेज़ I (DNA Pol I) द्वारा हटाया जाता है, जिसमें 5' से 3' एक्सोन्यूक्लिज़ गतिविधि होती है।
डीएनए पॉलीमरेज़ I (DNA Pol I) द्वारा बनाए गए गैप को डीएनए पॉलीमरेज़ I (DNA Pol I) की 5' से 3' पॉलीमराइज़ेशन गतिविधि द्वारा भरा जाता है।
ओकाज़ाकी खंडों (Okazaki fragments) को डीएनए लाइगेज (DNA ligase) द्वारा जोड़ा जाता है।

यह खंड प्रतिकृति प्रक्रिया के समापन और आरएनए प्राइमर को हटाने की यांत्रिकी को समझाता है, जो डीएनए प्रतिकृति के पूर्ण होने के लिए महत्वपूर्ण है।

डीएनए लाइगेज का ओकाज़ाकी खंडों के बीच फॉस्फोडिएस्टर बॉन्ड बनाकर उन्हें जोड़ना।

डीएनए पॉलीमरेज़ I (DNA Pol I) एक अनूठा एंजाइम है जिसमें पॉलीमराइज़ेशन, 3' से 5' प्रूफरीडिंग, और 5' से 3' एक्सोन्यूक्लिज़ गतिविधियाँ होती हैं।
डीएनए पॉलीमरेज़ I (DNA Pol I) को प्रोटीज उपचार द्वारा दो टुकड़ों में तोड़ा जा सकता है: छोटा एन-टर्मिनल (5' से 3' एक्सोन्यूक्लिज़) और बड़ा क्लेनॉ (Klenow) टुकड़ा (पॉलीमराइज़ेशन और प्रूफरीडिंग)।
डीएनए पॉलीमरेज़ III (DNA Pol III) एक होलोएंजाइम है जो 13 सबयूनिट्स से बना होता है, जिसमें कोर एंजाइम, गामा कॉम्प्लेक्स (क्लैंप लोडर), और बीटा क्लैंप (स्लाइडिंग क्लैंप) शामिल हैं।
बीटा क्लैंप डीएनए पॉलीमरेज़ III की प्रोसेसिविटी (processivity) को बढ़ाता है, जिससे यह एक बार में बड़ी संख्या में न्यूक्लियोटाइड्स जोड़ सकता है।

यह खंड प्रोकैरियोटिक डीएनए प्रतिकृति में शामिल मुख्य एंजाइमों की जटिल संरचना और विविध गतिविधियों को उजागर करता है, जो प्रतिकृति की सटीकता और दक्षता के लिए महत्वपूर्ण हैं।

डीएनए पॉलीमरेज़ I (DNA Pol I) का क्लेनॉ टुकड़ा (Klenow fragment) जिसमें पॉलीमराइज़ेशन और प्रूफरीडिंग दोनों क्षमताएं होती हैं।

यूकैरियोटिक जीनोम में मल्टीपल ओरिजिन ऑफ रेप्लिकेशन (ARS - ऑटोनॉमस रेप्लिकेटिंग सीक्वेंस) होते हैं, जो प्रतिकृति को गति देते हैं।
ARS में A, B1, B2, और B3 डोमेन होते हैं, जहाँ ओरिजिन रिकग्निशन कॉम्प्लेक्स (ORC) और ARS बाइंडिंग फैक्टर 1 (ABF1) जैसे प्रोटीन बाइंड करते हैं।
G1 फेज के दौरान, ORC, ABF1, सीडीसी6 (Cdc6), सीडीटी1 (Cdt1), और एमसीएम (MCM 2-7) हेक्सामर मिलकर प्री-रेप्लीकेशन कॉम्प्लेक्स (pre-RC) बनाते हैं, जो निष्क्रिय अवस्था में होता है।
प्री-रेप्लीकेशन कॉम्प्लेक्स (pre-RC) का सक्रियण एस-फेज में प्रोटीन काइनेज (जैसे CDK और DDK) द्वारा फॉस्फोराइलेशन के माध्यम से होता है।

यह खंड बताता है कि क्यों यूकैरियोट्स में प्रतिकृति के लिए कई शुरुआती बिंदु (origins) आवश्यक हैं और कैसे सेल डिवीजन चक्र के दौरान प्रतिकृति के लिए तैयारी (pre-RC गठन) और सक्रियण (एस-फेज में) होता है।

G1 फेज में ORC, Cdc6, Cdt1, और MCM 2-7 हेक्सामर का मिलकर प्री-रेप्लीकेशन कॉम्प्लेक्स (pre-RC) बनाना।

एस-फेज में सक्रिय होने के बाद, हेलीकेस (MCM 2-7) डबल हेलिक्स को खोलता है, जिससे प्रतिकृति फोर्क बनता है।
यूकैरियोटिक डीएनए प्रतिकृति में तीन मुख्य डीएनए पॉलीमरेज़ शामिल हैं: डीएनए पॉल अल्फा (प्राइमर संश्लेषण), डीएनए पॉल एप्सिलॉन (लीडिंग स्ट्रैंड संश्लेषण), और डीएनए पॉल डेल्टा (लैगिंग स्ट्रैंड संश्लेषण)।
डीएनए पॉल अल्फा आरएनए प्राइमर को संश्लेषित करता है, जिसे बाद में डीएनए पॉल एप्सिलॉन और डेल्टा द्वारा प्रतिस्थापित (polymerase switching) किया जाता है।

यह खंड यूकैरियोटिक प्रतिकृति के लिए आवश्यक प्रमुख डीएनए पॉलीमरेज़ की विशिष्ट भूमिकाओं और उनके बीच समन्वय (पॉलीमरेज़ स्विचिंग) को स्पष्ट करता है।

डीएनए पॉल अल्फा द्वारा आरएनए प्राइमर के संश्लेषण के बाद डीएनए पॉल एप्सिलॉन और डेल्टा द्वारा उसका प्रतिस्थापन (पॉलीमरेज़ स्विचिंग)।

लैगिंग स्ट्रैंड पर ओकाज़ाकी खंड (Okazaki fragments) 100-400 बेस पेयर लंबे होते हैं।
आरएनए प्राइमर्स को आरएनए एच (RNAse H) और एफईएन1 (FEN1 - फ्लैप एंडोन्यूक्लिज़ 1) द्वारा हटाया जाता है।
डीएनए पॉल डेल्टा या एप्सिलॉन द्वारा गैप को भरा जाता है, और डीएनए लाइगेज द्वारा फॉस्फोडिएस्टर बॉन्ड बनाकर खंडों को जोड़ा जाता है।

यह खंड बताता है कि कैसे यूकैरियोटिक लैगिंग स्ट्रैंड पर असंतत संश्लेषण के टुकड़ों को जोड़ा जाता है और आरएनए प्राइमर को हटाकर डीएनए प्रतिकृति को पूरा किया जाता है।

आरएनए एच (RNAse H) और एफईएन1 (FEN1) द्वारा आरएनए प्राइमर को हटाना और डीएनए लाइगेज द्वारा ओकाज़ाकी खंडों को सील करना।

Key takeaways

1डीएनए प्रतिकृति की दिशा (5' से 3') निरंतर और असंतत संश्लेषण के निर्माण का मूल कारण है।
2प्रोकैरियोटिक प्रतिकृति एकल ओरिजिन से शुरू होती है, जबकि यूकैरियोटिक प्रतिकृति मल्टीपल ओरिजिन का उपयोग करती है ताकि बड़े जीनोम को कुशलतापूर्वक कॉपी किया जा सके।
3डीएनए पॉलीमरेज़ I (DNA Pol I) प्रोकैरियोट्स में प्राइमर हटाने और गैप भरने के लिए महत्वपूर्ण है, जबकि यूकैरियोट्स में आरएनए एच (RNAse H) और एफईएन1 (FEN1) यह कार्य करते हैं।
4डीएनए पॉलीमरेज़ III (DNA Pol III) प्रोकैरियोट्स में मुख्य प्रतिकृति एंजाइम है, जो उच्च प्रोसेसिविटी के लिए बीटा क्लैंप का उपयोग करता है।
5यूकैरियोट्स में, डीएनए पॉल अल्फा, डेल्टा, और एप्सिलॉन विशिष्ट भूमिकाएँ निभाते हैं, और पॉलीमरेज़ स्विचिंग एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है।
6प्री-रेप्लीकेशन कॉम्प्लेक्स (pre-RC) का निर्माण G1 फेज में होता है और एस-फेज में सक्रियण प्रतिकृति को नियंत्रित करता है।

Key terms

ओरिजिन ऑफ रेप्लिकेशन (oriC, ARS)हेलीकेस (DNA B, MCM 2-7)हेलीकेस लोडर (DNA C, Cdc6, Cdt1)डीएनए पॉलीमरेज़ I (DNA Pol I)डीएनए पॉलीमरेज़ III (DNA Pol III)होलोएंजाइमबीटा क्लैंप (Beta clamp)स्लाइडिंग क्लैंप (Sliding clamp)ओकाज़ाकी खंड (Okazaki fragments)डीएनए लाइगेज (DNA ligase)प्री-रेप्लीकेशन कॉम्प्लेक्स (pre-RC)पॉलीमरेज़ स्विचिंग (Polymerase switching)आरएनए एच (RNAse H)एफईएन1 (FEN1)

Test your understanding

1डीएनए प्रतिकृति की 5' से 3' दिशा के कारण निरंतर और असंतत रज्जुक का निर्माण क्यों होता है?
2प्रोकैरियोटिक और यूकैरियोटिक डीएनए प्रतिकृति में ओरिजिन ऑफ रेप्लिकेशन (origin of replication) के बीच मुख्य अंतर क्या हैं?
3डीएनए पॉलीमरेज़ I (DNA Pol I) की अनूठी संरचना और गतिविधियाँ क्या हैं, और यह प्रोकैरियोटिक प्रतिकृति में क्या भूमिका निभाता है?
4यूकैरियोटिक सेल साइकिल के G1 और S फेज में प्री-रेप्लीकेशन कॉम्प्लेक्स (pre-RC) का निर्माण और सक्रियण कैसे होता है?
5यूकैरियोटिक डीएनए प्रतिकृति में डीएनए पॉलीमरेज़ अल्फा, डेल्टा, और एप्सिलॉन की विशिष्ट भूमिकाएँ क्या हैं और पॉलीमरेज़ स्विचिंग क्या है?