आनुवंशिकी और विकास: वंशानुक्रम का आणविक आधार 4

न्यूक्लिऑइड#

न्यूक्लिऑइड एक क्षेत्र है जो प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं, जैसे बैक्टीरिया, के अंदर होता है, जहां आनुवंशिक पदार्थ (DNA) स्थित होता है।

यूकैरियोटिक कोशिकाओं के विपरीत, जिनमें झिल्ली-बद्ध केंद्रक होता है, प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं में उनका DNA न्यूक्लिऑइड क्षेत्र में स्वतंत्र रूप से बिखरा होता है।

न्यूक्लिऑइड बैक्टीरियल जीनोम को संगठित और संरक्षित करने के लिए आवश्यक है।

प्रयोग डिज़ाइन:#

ग्रिफ़िथ ने चूहों को S विकिरण के साथ इंजेक्ट किया, जिससे निमोनिया के कारण उनकी मृत्यु हुई।

चूहों को R विकिरण के साथ इंजेक्ट किया गया, वे बच गए, क्योंकि गैर-विषैला विकिरण रोग का कारण नहीं बना।

स्ट्रेप्टोकोकस निमोनिया#

स्ट्रेप्टोकोकस निमोनिया एक बैक्टीरिया है जो निमोनिया और अन्य संक्रमणों के लिए उत्तरदायी है।

इसका उपयोग ग्रिफ़िथ के प्रयोग में ट्रांसफॉर्मिंग सिद्धांत का अध्ययन करने के लिए किया गया था।

बैक्टीरियल विकिरण:#

स्मूद (S) विकिरण: स्ट्रेप्टोकोकस निमोनिया का विषैला विकिरण जिसमें सुरक्षात्मक पॉलीसैकेराइड कैप्सूल होता है।

रफ (R) विकिरण: गैर-विषैला विकिरण जिसमें कैप्सूल की कमी होती है।

ट्रांसफॉर्मेशन प्रेक्षण:#

ग्रिफ़िथ ने S विकिरण के बैक्टीरिया को गर्मी से मारा और चूहों में इंजेक्ट किया। आश्चर्यजनक रूप से, चूहे बच गए।

निष्कर्ष - ट्रांसफॉर्मेशन:#

हीट-किल्ड S विकिरण में कुछ ऐसा था जिसने R विकिरण को विषैले रूप में बदल दिया।

ट्रांसफॉर्मिंग पदार्थ को बाद में DNA के रूप में पहचाना गया।

पेश किए गए पद:#

ट्रांसफॉर्मिंग सिद्धांत: वह पदार्थ जो R विकिरण को विषैले रूप में बदलने के लिए उत्तरदायी है।

ट्रांसफॉर्मेशन: वह प्रक्रिया जिसके द्वारा आनुवंशिक पदार्थ स्थानांतरित और कोशिका द्वारा स्वीकार किया जाता है।

एवरी, मैकलॉड और मैककार्टी प्रयोग#

उद्देश्य:#

प्राथमिक उद्देश्य जीवाणुओं में आनुवंशिक रूपांतरण के लिए उत्तरदायी बड़े अणु की पहचान करना था।

पृष्ठभूमि:#

ग्रिफिथ के रूपांतरण प्रयोग पर आधारित, जिसने दिखाया कि कोई पदार्थ अविषाक्त जीवाणुओं को विषाक्त बना सकता है।

प्रयोग प्रक्रिया:#

एवरी, मैकलॉड और मैककार्टी ने स्ट्रेप्टोकोकस न्यूमोनिया के S वर्ग से कोशिकीय घटकों (DNA, RNA, प्रोटीन) को पृथक किया और उन्हें अलग-अलग DNase, RNase और Protease से उपचारित किया।

इस कोशिका अर्क को फिर अविषाक्त R वर्ग के साथ मिलाया गया

इस अर्क को चूहों में इंजेक्ट किया गया

प्रेक्षण:#

प्रयोग से पता चला कि जब कोशिका अर्क को प्रोटिएस से उपचारित किया गया, तो विषाक्त S-वर्ग विकसित हुआ। इसके विपरीत, जब कोशिका अर्क को DNase से उपचारित किया गया, तो विषाक्त S-वर्ग विकसित नहीं हुआ।

निष्कर्ष#

इस प्रयोग ने पुष्टि की कि DNA रूपांतरण सिद्धांत था, गर्मी से मारे गए जीवाणुओं में DNA, RNA और प्रोटीन को चयनात्मक रूप से नष्ट करने वाले एंजाइमों का उपयोग करके।

केवल DNA के विनाश ने रूपांतरण को रोका।

वायरस में आनुवंशिक पदार्थ#

वायरस में DNA या RNA उनका आनुवंशिक पदार्थ हो सकता है।

आनुवंशिक पदार्थ का प्रकार विभिन्न वायरसों में भिन्न होता है।

बैक्टीरियोफेज का जीवन चक्र#

बैक्टीरियोफेज वायरस होते हैं जो जीवाणुओं को संक्रमित करते हैं।

उनका जीवन चक्र आमतौर पर संलग्न होना, आनुवंशिक पदार्थ का इंजेक्शन, प्रतिकृति, विधान और नए वायरल कणों की रिहाई शामिल करता है।

रेडियोधर्मी फॉस्फोरस और सल्फर क्यों#

हर्शे और चेस ने बैक्टीरियोफेज में डीएनए को लेबल करने के लिए रेडियोधर्मी फॉस्फोरस (32P) और प्रोटीन को लेबल करने के लिए रेडियोधर्मी सल्फर (35S) का उपयोग किया।

इससे उन्हें यह ट्रैक करने में मदद मिली कि संक्रमण के दौरान कौन-सा घटक (डीएनए या प्रोटीन) बैक्टीरियल कोशिका में प्रवेश करता है।

हर्शे-चेस प्रयोग#

हर्शे-चेस प्रयोग ने निर्णायक प्रमाण दिया कि रेडियोधर्मी फॉस्फोरस से लेबल किया गया डीएनए ही वह आनुवंशिक पदार्थ है जो बैक्टीरियोफेज से बैक्टीरियल कोशिका में स्थानांतरित होता है।

सकारात्मक और ऋणात्मक सुपरकॉइलिंग के बीच अंतर#

सकारात्मक सुपरकॉइलिंग: सकारात्मक सुपरकॉइलिंग में डीएनए अधिक लपेटा जाता है या उसकी प्राकृतिक हेलिकल संरचना की ही दिशा में मोड़ा जाता है। इससे डीएनए अणु में तनाव बढ़ता है।

ऋणात्मक सुपरकॉइलिंग: ऋणात्मक सुपरकॉइलिंग में डीएनए कम लपेटा जाता है या उसकी प्राकृतिक हेलिक्स के विपरीत दिशा में मोड़ा जाता है। इससे डीएनए अणु में तनाव घटता है।

दोनों प्रकार की सुपरकॉइलिंग जीन अभिव्यक्ति और डीएनए पैकेजिंग को प्रभावित कर सकती हैं।

डीएनए पैकेजिंग की आवश्यकता क्यों है#

डीएनए पैकेजिंग आवश्यक है ताकि लंबे डीएनए अणुओं को कोशिका के नाभिक के सीमित स्थान में समायोजित किया जा सके।

कुशल पैकेजिंस से आनुवंशिक पदार्थ के उलझने और क्षतिग्रस्त होने से बचाव होता है।

यह यह भी सुनिश्चित करता है कि डीएनए के विशिष्ट क्षेत्र विभिन्न कोशिकीय प्रक्रियाओं—जैसे जीन अभिव्यक्ति और प्रतिकृतिकरण—के लिए सुलभ रहें।

न्यूक्लियोसोम मॉडल में शामिल प्रोटीन#

डीएनए पैकेजिंग के न्यूक्लियोसोम मॉडल में हिस्टोन प्रोटीन केंद्रीय भूमिका निभाते हैं।

कोर हिस्टोन ऑक्टामर में H2A, H2B, H3 और H4 प्रोटीन होते हैं।

ये हिस्टोन DNA के चारों ओर लिपटे रहने के लिए एक कोर बनाते हैं।

हिस्टोन H1 लिंकर DNA क्षेत्रों से बंधता है, जो उच्च-कोटि के क्रोमेटिन संरचना में योगदान देता है।

सेंट्रोमियर की स्थिति के आधार पर विभिन्न प्रकार की गुणसूत्र#

मेटासेंट्रिक गुणसूत्र: सेंट्रोमियर लगभग बीच में स्थित होता है, जिससे दोनों भुजाएँ लगभग समान लंबाई की बनती हैं।

सबमेटासेंट्रिक गुणसूत्र: सेंट्रोमियर थोड़ा केंद्र से हटा होता है, जिससे एक लंबी भुजा और एक छोटी भुजा बनती है।

एक्रोसेंट्रिक गुणसूत्र: सेंट्रोमियर एक सिरे के पास स्थित होता है, जिससे एक बहुत छोटी भुजा और एक लंबी भुजा बनती है।

टेलोसेंट्रिक गुणसूत्र: सेंट्रोमियर गुणसूत्र के बिल्कुल अंत में होता है, जिससे एक ही लंबी भुजा बनती है।

जेनेटिक मटेरियल की खोज#

प्रारंभिक वैज्ञानिकों ने वह पदार्थ खोजने का प्रयास किया जो वंशानुक्रम के लिए उत्तरदायी है।

इस खोज ने प्रमुख प्रयोगों की ओर अग्रसर किया ताकि यह निर्धारित किया जा सके कि DNA या प्रोटीन में से कौन-सा जेनेटिक मटेरियल है।

जेनेटिक मटेरियल की खोज में वैज्ञानिकों का योगदान#

ग्रेगर मेंडल के मटर के पौधों के साथ काम ने वंशानुक्रम को समझने की नींव रखी।

फ्रेडरिक ग्रिफिथ के स्ट्रेप्टोकोकस न्यूमोनिया प्रयोग ने दिखाया कि एक “ट्रांसफॉर्मिंग सिद्धांत” जेनेटिक सूचना स्थानांतरित कर सकता है।

एवरी, मैकलियोड और मैककार्टी के प्रयोग ने पुष्टि की कि DNA ही ट्रांसफॉर्मिंग सिद्धांत है।

हर्शे और चेस के बैक्टीरियोफेज प्रयोग ने और सबूत दिया कि DNA, प्रोटीन नहीं, जेनेटिक मटेरियल है।

आनुवंशिक पदार्थ की विशेषताएँ#

आनुवंशिक पदार्थ स्थिर होना चाहिए, प्रतिकृतिकरण में सक्षम होना चाहिए और किसी जीव की विशेषताओं की जानकारी रखनी चाहिए।

इसमें उत्परिवर्तन होने चाहिए ताकि आनुवंशिक विविधता संभव हो सके।

डीएनए इन मानदंडों को पूरा करता है और अधिकांश जीवों में आनुवंशिक पदार्थ के रूप में कार्य करता है।

ग्रिफिथ प्रयोग#

ग्रिफिथ के प्रयोग में चूहों को जीवित रोगकारक जीवाणुओं (विषाणुकारी) और ऊष्मा से मारे गए अविषाणुकारी जीवाणुओं का इंजेक्शन दिया गया।

उसने देखा कि ऊष्मा से मारे गए जीवाणुओं वाले चूहे संक्रमित हो गए जब उन्हें जीवित विषाणुकारी जीवाणुओं के साथ मिलाया गया।

इससे संकेत मिला कि ऊष्मा से मारे गए जीवाणुओं में कोई रूपांतरकारी सिद्धांत है जो विषाणुकारी जीवाणुओं को बदल सकता है।