અધ્યાય 11 જૈવપ્રૌદ્યોગિકી: સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રિયાઓ

જવાબ

પુનર્યોજિત પ્રોટીન પુનર્યોજિત DNA ટેકનોલોજીમાંથી મેળવવામાં આવે છે. આ ટેકનોલોજીમાં વેક્ટર અને પ્રતિબંધક ઉત્સેચકોને આણ્વીય સાધનો તરીકે ઉપયોગ કરીને એક જીવાતમાંથી બીજા જીવાતમાં ચોક્કસ જનીનોનું સ્થાનાંતરણ સામેલ છે.

વૈદ્યકીય પ્રથામાં ઉપયોગમાં લેવાતા દસ પુનર્યોજિત પ્રોટીન નીચે મુજબ છે -

જવાબ

પ્રતિબંધક ઉત્સેચકનું નામ Bam $\mathrm{H} 1$ છે.

સાઇટ જ્યાં BAM H1 એ DNA ને કાપે છે

જવાબ

ઉત્સેચકો DNA અણુઓ કરતાં નાના કદના હોય છે. આ એટલા માટે કારણ કે DNA માં તમામ સજીવોના વિકાસ અને કાર્ય માટેની આનુવંશિક માહિતી હોય છે. તેમાં પ્રોટીન અને DNA અણુઓના સંશ્લેષણ માટેની સૂચનાઓ હોય છે. બીજી બાજુ, ઉત્સેચકો પ્રોટીન છે જે DNA ના નાના ભાગ ‘જનીન’માંથી સંશ્લેષિત થાય છે, જે પોલિપેપ્ટાઇડ શૃંખલાના ઉત્પાદનમાં સામેલ હોય છે.

જવાબ

માનવ ડિપ્લોઇડ કોષમાં માનવ DNA ની મોલર સાંદ્રતા નીચે મુજબ છે:

$\Rightarrow$ કુલ ક્રોમોઝોમની સંખ્યા $\times 6.023 \times 10^{23}$

$\Rightarrow 46 \times 6.023 \times 10^{23}$

$\Rightarrow 2.77 \times 10^{18}$ મોલ

આથી, મનુષ્યમાં દરેક ડિપ્લોઇડ કોષમાં DNA ની મોલર સાંદ્રતા $2.77 \times 10^{23}$ મોલ છે.

જવાબ

ના, યુકેરિયોટિક કોષોમાં પ્રતિબંધક એન્ડોન્યુક્લિએઝ હોતા નથી. આ એટલા માટે કારણ કે યુકેરિયોટ્સનું DNA એ મોડિફિકેશન ઉત્સેચક દ્વારા, જેને મિથાઇલેઝ કહેવામાં આવે છે, તે દ્વારા ખૂબ મિથાઇલેટેડ હોય છે. મિથાઇલેશન DNA ને પ્રતિબંધક ઉત્સેચકોની પ્રવૃત્તિથી સુરક્ષિત કરે છે. આ ઉત્સેચકો પ્રોકેરિયોટિક કોષોમાં હાજર હોય છે જ્યાં તેઓ વાઇરસ દ્વારા DNA ના આક્રમણને રોકવામાં મદદ કરે છે.

જવાબ

શેક ફ્લાસ્ક પદ્ધતિનો ઉપયોગ પ્રયોગશાળામાં જૈવપ્રૌદ્યોગિકી ઉત્પાદનોના નાના પાયે ઉત્પાદન માટે થાય છે. બીજી બાજુ, સ્ટર્ડ ટાંક બાયોરિએક્ટરનો ઉપયોગ જૈવપ્રૌદ્યોગિકી ઉત્પાદનોના મોટા પાયે ઉત્પાદન માટે થાય છે.

સ્ટર્ડ ટાંક બાયોરિએક્ટરના શેક ફ્લાસ્કની તુલનામાં ઘણા ફાયદા છે:

(1) નમૂના લેવા અથવા પરીક્ષણ માટે રિએક્ટરમાંથી સંસ્કૃતિનો નાનો જથ્થો લઈ શકાય છે.

(2) તેમાં ફીણ નિયંત્રિત કરવા માટે ફીણ બ્રેકર હોય છે.

(3) તેમાં નિયંત્રણ પ્રણાલી હોય છે જે તાપમાન અને $\mathrm{pH}$ નિયંત્રિત કરે છે.

જવાબ

પેલિન્ડ્રોમિક ક્રમ એ DNA નો એક ચોક્કસ ક્રમ છે જે $5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$ દિશામાંથી વાંચવામાં આવે કે $3 \rightarrow 5$ દિશામાંથી વાંચવામાં આવે, સમાન વાંચાય છે. તેઓ પ્રતિબંધક ઉત્સેચકોની ક્રિયાની સાઇટ છે. મોટાભાગના પ્રતિબંધક ઉત્સેચકો પેલિન્ડ્રોમિક ક્રમ હોય છે.

પેલિન્ડ્રોમિક ક્રમના પાંચ ઉદાહરણો છે:

(1)

(2)

(3)

(4)

જવાબ

મિયોસિસ એ એક પ્રક્રિયા છે જેમાં આનુવંશિક સામગ્રીની માત્રામાં ઘટાડો સામેલ છે. તે બે પ્રકારના છે, એટલે કે મિયોસિસ I અને મિયોસિસ II. પ્રોફેઝ I ના પેકિટીન તબક્કા દરમિયાન, ક્રોમોઝોમનું ક્રોસિંગ ઓવર થાય છે જ્યાં સજાતીય ક્રોમોઝોમના નોન-સિસ્ટર ક્રોમેટિડ વચ્ચે સેગમેન્ટનું વિનિમય થાય છે. આના પરિણામે પુનર્યોજિત DNA ની રચના થાય છે.

જવાબ

હોસ્ટ કોષોના પરદેશી DNA દ્વારા રૂપાંતરણની દેખરેખ રાખવા માટે રિપોર્ટર જનીનનો ઉપયોગ થઈ શકે છે. તેઓ પસંદગીયુક્ત માર્કર તરીકે કાર્ય કરે છે કે હોસ્ટ કોષે પરદેશી DNA લીધું છે કે પરદેશી જનીન કોષમાં વ્યક્ત થાય છે કે નહીં તે નક્કી કરવા માટે. સંશોધકો રિપોર્ટર જનીન અને પરદેશી જનીનને સમાન DNA રચનામાં મૂકે છે. પછી, આ સંયુક્ત DNA રચના કોષમાં દાખલ કરવામાં આવે છે. અહીં, રિપોર્ટર જનીનનો ઉપયોગ રસના જનીનો (પરદેશી જનીનો)ની સફળ ગ્રહણશક્તિ શોધવા માટે પસંદગીયુક્ત માર્કર તરીકે થાય છે. રિપોર્ટર જનીનના ઉદાહરણોમાં lac Z જનીનનો સમાવેશ થાય છે, જે જેલી ફિશમાં લીલા ફ્લોરોસન્ટ પ્રોટીનને એન્કોડ કરે છે.

જવાબ

(a) પ્રતિકૃતિનું મૂળ - પ્રતિકૃતિનું મૂળ એ જીનોમમાં DNA ક્રમ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે જ્યાંથી પ્રતિકૃતિ શરૂ થાય છે. પ્રતિકૃતિની શરૂઆત એક-દિશાત્મક અથવા દ્વિ-દિશાત્મક હોઈ શકે છે. પ્રોટીન સંકીર્ણ ‘ઓન’ સાઇટને ઓળખે છે, બે શૃંખલાઓને અનવાઇન્ડ કરે છે અને DNA ની નકલ શરૂ કરે છે.

(b) બાયોરિએક્ટર - બાયોરિએક્ટર એ મોટા પાત્ર છે જેનો ઉપયોગ કાચા માલમાંથી જૈવપ્રૌદ્યોગિકી ઉત્પાદનોના મોટા પાયે ઉત્પાદન માટે થાય છે. તેઓ ઇચ્છિત ઉત્પાદન મેળવવા માટે શ્રેષ્ઠ તાપમાન, $\mathrm{pH}$, વિટામિન, ઓક્સિજન વગેરે પૂરા પાડીને શ્રેષ્ઠ પરિસ્થિતિઓ પૂરી પાડે છે. બાયોરિએક્ટરમાં ઓક્સિજન ડિલિવરી સિસ્ટમ, ફીણ નિયંત્રણ સિસ્ટમ, PH, તાપમાન નિયંત્રણ સિસ્ટમ અને નમૂના લેવા માટે સંસ્કૃતિનો નાનો જથ્થો મેળવવા માટેનો સેમ્પલિંગ પોર્ટ હોય છે.

(c) ડાઉનસ્ટ્રીમ પ્રોસેસિંગ - ડાઉનસ્ટ્રીમ પ્રોસેસિંગ એ બાયોસિન્થેટિક તબક્કાના પૂર્ણ થયા પછી પરદેશી જનીન ઉત્પાદનોના અલગીકરણ અને શુદ્ધિકરણની પદ્ધતિ છે. ઉત્પાદનને અલગ અને શુદ્ધ કરવા માટે વિવિધ પ્રક્રિયાઓથી પસાર કરવામાં આવે છે. ડાઉનસ્ટ્રીમ પ્રોસેસિંગ પછી, ઉત્પાદન ઘડવામાં આવે છે અને ગુણવત્તા નિયંત્રણ અને અન્ય પરીક્ષણો માટે વિવિધ ક્લિનિકલ ટ્રાયલમાંથી પસાર થાય છે.

જવાબ

(a) PCR: - પોલિમરેઝ ચેઇન રિએક્શન (PCR) એ આણ્વીય જીવવિજ્ઞાનમાં એક જનીન અથવા DNA ના ટુકડાને તેની અનેક નકલો મેળવવા માટે એમ્પ્લિફાય કરવાની તકનીક છે. તેનો વ્યાપકપણે જનીન ચાલાકીની પ્રક્રિયામાં ઉપયોગ થાય છે. આ પ્રક્રિયામાં પ્રાઈમર, ટેમ્પલેટ શૃંખલા અને થર્મોસ્ટેબલ DNA પોલિમરેઝ ઉત્સેચકનો ઉપયોગ કરીને ક્રમોના ઇન વિટ્રો સંશ્લેષણનો સમાવેશ થાય છે, જે થર્મસ એક્વાટિકસ નામના બેક્ટેરિયામાંથી મેળવવામાં આવે છે. ઉત્સેચક પ્રાઈમરને વિસ્તૃત કરવા માટે બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ dNTP (ડીઑક્સિન્યુક્લિઓટાઇડ્સ) નો ઉપયોગ કરે છે. પ્રથમ પગલામાં, ડબલ સ્ટ્રેન્ડેડ DNA અણુઓને ઉચ્ચ તાપમાને ગરમ કરવામાં આવે છે જેથી બે શૃંખલાઓ એક સિંગલ સ્ટ્રેન્ડેડ DNA અણુમાં અલગ થાય. આ પ્રક્રિયાને ડિનેચરેશન કહેવામાં આવે છે. પછી, આ ssDNA અણુનો ઉપયોગ DNA પોલિમરેઝ ઉત્સેચક દ્વારા નવી શૃંખલાના સંશ્લેષણ માટે ટેમ્પલેટ શૃંખલા તરીકે થાય છે અને આ પ્રક્રિયાને એનીલિંગ કહેવામાં આવે છે, જે મૂળ DNA અણુની નકલમાં પરિણમે છે. આ પ્રક્રિયાને rDNA ફ્રેગમેન્ટની બહુવિધ નકલો મેળવવા માટે ઘણા ચક્રો પર પુનરાવર્તિત કરવામાં આવે છે.

(A)

(b) પ્રતિબંધક ઉત્સેચકો આણ્વીય જીવવિજ્ઞાનમાં ઉપયોગમાં લેવાતા આણ્વીય કાતર છે જે ચોક્કસ સાઇટ પરથી DNA ક્રમને કાપવા માટે થાય છે. તે જનીન ચાલાકીમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. ઉત્સેચકો ઓળખ ક્રમ તરીકે ઓળખાતી ચોક્કસ છ-બોક્સ જોડી ક્રમને ઓળખે છે અને ચોક્કસ સાઇટ પર ક્રમને કાપે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઉત્સેચક ECORI માટે ઓળખ સાઇટ નીચે મુજબ છે:

પ્રતિબંધક ઉત્સેચકો બે પ્રકારમાં વર્ગીકૃત થયેલ છે -

(i) એક્ઝોન્યુક્લિએઝ - તે એક પ્રકારનો પ્રતિબંધક ઉત્સેચક છે જે DNA અણુના 5 અથવા 3 છેડાથી ન્યુક્લિઓટાઇડને દૂર કરે છે.

(ii) એન્ડોન્યુક્લિએઝ - તે એક પ્રકારનો પ્રતિબંધક ઉત્સેચક છે જે DNA ની અંદર ચોક્કસ સાઇટ પર કાપ મૂકે છે. આ ઉત્સેચક જનીનિક ઇજનેરીમાં મહત્વપૂર્ણ સાધન તરીકે કાર્ય કરે છે. તે સામાન્ય રીતે સ્ટિકી એન્ડ સાથે DNA ફ્રેગમેન્ટ મેળવવા માટે ક્રમમાં કાપ મૂકવા માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે, જે પછીથી DNA લાઇગેઝ ઉત્સેચક દ્વારા જોડાય છે. (c) કાઇટિનેઝ - કાઇટિનેઝ એ ઉત્સેચકોનો એક વર્ગ છે જે કાઇટિનના વિઘટન માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે, જે ફૂગની કોષ દીવાલનો મુખ્ય ઘટક બનાવે છે. તેથી, ફૂગની કોષ પટલની અંદર બંધાયેલ DNA ને અલગ કરવા માટે, તેના આનુવંશિક પદાર્થને મુક્ત કરવા માટે કોષને તોડવા માટે કાઇટિનેઝ ઉત્સેચકનો ઉપયોગ થાય છે.

જવાબ

(a) પ્લાઝમિડ DNA અને ક્રોમોઝોમલ DNA

(b) RNA અને DNA

(c) એક્ઝોન્યુક્લિએઝ અને એન્ડોન્યુક્લિએઝ