कक्षा 12 जीव विज्ञान: वंशागति के आण्विक आधार NCERT समाधान

नाइट्रोजनीकृत क्षार (Nitrogenous bases) और न्यूक्लियोसाइड (Nucleosides) को वर्गीकृत करने के लिए, हमें उनकी रासायनिक संरचना को समझना होगा। न्यूक्लियोसाइड में एक नाइट्रोजनीकृत क्षार और एक पेंटोस शर्करा (जैसे डीऑक्सीराइबोस या राइबोस) होती है। न्यूक्लियोटाइड में एक न्यूक्लियोसाइड और एक या अधिक फॉस्फेट समूह होते हैं। दिए गए शब्दों में से:

नाइट्रोजनीकृत क्षार (Nitrogenous bases): ये वे यौगिक हैं जिनमें नाइट्रोजन परमाणु होते हैं और ये न्यूक्लिक एसिड के निर्माण खंड हैं।

• एडीनीन (Adenine)
• थाइमीन (Thymine) - यह डीएनए में पाया जाता है।
• यूरेसिल (Uracil) - यह आरएनए में पाया जाता है।
• साइटोसीन (Cytosine) - यह डीएनए और आरएनए दोनों में पाया जाता है।

न्यूक्लियोसाइड (Nucleosides): ये नाइट्रोजनीकृत क्षार और शर्करा के संयोजन से बनते हैं।

• साइटिडीन (Cytidine) - साइटोसीन + राइबोस/डीऑक्सीराइबोस शर्करा
• ग्वानोसीन (Guanosine) - ग्वानिन + राइबोस/डीऑक्सीराइबोस शर्करा

नोट: प्रश्न में 'न्यूक्लियोटाइड' के रूप में वर्गीकृत करने के लिए कहा गया है, लेकिन दिए गए विकल्पों में से केवल न्यूक्लियोसाइड (साइटिडीन, ग्वानोसीन) और नाइट्रोजनीकृत क्षार (एडीनीन, थाइमीन, यूरेसिल, साइटोसीन) हैं। यदि प्रश्न का आशय न्यूक्लियोसाइड से था, तो ऊपर सूचीबद्ध किया गया है। यदि 'न्यूक्लियोटाइड' का अर्थ केवल क्षार से था, तो यह एक गलत शब्दावली है। सामान्यतः, एडीनीन, थाइमीन, यूरेसिल, साइटोसीन नाइट्रोजनीकृत क्षार हैं, और जब वे शर्करा से जुड़ते हैं तो न्यूक्लियोसाइड बनाते हैं, और जब फॉस्फेट जुड़ता है तो न्यूक्लियोटाइड बनता है।

डीएनए की द्विरज्जुक संरचना में क्षार युग्मन के नियमों (चारगाफ के नियम) के अनुसार, एडेनिन (A) की मात्रा थाइमिन (T) के बराबर होती है, और ग्वानिन (G) की मात्रा साइटोसीन (C) के बराबर होती है। साथ ही, कुल प्यूरीन (A+G) की मात्रा कुल पिरिमिडीन (T+C) के बराबर होती है।

दिया गया है:

• साइटोसीन (C) का प्रतिशत = 20%

चारगाफ के नियम के अनुसार:

• ग्वानिन (G) का प्रतिशत = साइटोसीन (C) का प्रतिशत = 20%

अब, डीएनए में कुल क्षार का प्रतिशत 100% होता है। इसलिए:

$$G\; +\; C\; =\; 20\backslash \%\; +\; 20\backslash \%\; =\; 40\backslash \%$$

शेष प्रतिशत एडेनिन (A) और थाइमिन (T) का होगा:

$$A\; +\; T\; =\; 100\backslash \%\; -\; (G\; +\; C)\; =\; 100\backslash \%\; -\; 40\backslash \%\; =\; 60\backslash \%$$

चूंकि एडेनिन (A) की मात्रा थाइमिन (T) के बराबर होती है ($A\; =\; T$):

$$A\; =\; \backslash frac\{60\backslash \%\}\{2\}\; =\; 30\backslash \%$$

अतः, डीएनए में मिलने वाले एडेनिन का प्रतिशत 30% होगा।

डीएनए के एक रज्जुक का दिया गया अनुक्रम है:

$5\text{'}—ATGCATGCATGCATGCATGCATGC—3\text{'}$

डीएनए की द्विरज्जुक संरचना में, दोनों रज्जुक एक-दूसरे के पूरक (complementary) होते हैं और विपरीत दिशाओं में चलते हैं (एंटी-पैरेलल)। क्षार युग्मन के नियम के अनुसार, एडेनिन (A) हमेशा थाइमिन (T) के साथ और ग्वानिन (G) हमेशा साइटोसीन (C) के साथ युग्मित होता है।

दिए गए रज्जुक (5' → 3') के पूरक रज्जुक का निर्माण करते समय, हम प्रत्येक क्षार के पूरक क्षार को विपरीत दिशा (3' → 5') में लिखेंगे:

• A के पूरक T
• T के पूरक A
• G के पूरक C
• C के पूरक G

इसलिए, दिए गए रज्जुक 5' → 3' के पूरक रज्जुक का अनुक्रम 3' → 5' दिशा में इस प्रकार होगा:

$3\text{'}—TACGTACGTACGTACGTACGTACG—5\text{'}$

प्रश्न में पूरक रज्जुक के अनुक्रम को 5' → 3' दिशा में लिखने के लिए कहा गया है। इसलिए, हमें उपरोक्त 3' → 5' अनुक्रम को उलट देना होगा:

$5\text{'}—GCATGCATGCATGCATGCATGCAT—3\text{'}$

अतः, पूरक रज्जुक का 5' → 3' दिशा में अनुक्रम 5'—GCATGCATGCATGCATGCATGCAT—3' है।

अनुलेखन (Transcription) वह प्रक्रिया है जिसमें डीएनए के एक रज्जुक से आरएनए का संश्लेषण होता है। इस प्रक्रिया में, डीएनए का एक रज्जुक (टेम्पलेट स्ट्रैंड) आरएनए पॉलिमरेज एंजाइम के लिए टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है, और इसके पूरक आरएनए अणु का निर्माण होता है।

दिया गया कूटलेखन रज्जुक (coding strand) का अनुक्रम है:

$5\text{'}—ATGCATGCATGCATGCATGCATGC—3\text{'}$

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि आरएनए पॉलिमरेज डीएनए के टेम्पलेट स्ट्रैंड से आरएनए का संश्लेषण करता है, न कि कूटलेखन स्ट्रैंड से। टेम्पलेट स्ट्रैंड, कूटलेखन स्ट्रैंड का पूरक होता है और यह 3' → 5' दिशा में चलता है।

इसलिए, कूटलेखन रज्जुक (5' → 3') के पूरक के रूप में टेम्पलेट स्ट्रैंड (3' → 5') का अनुक्रम होगा:

$3\text{'}—TACGTACGTACGTACGTACGTACG—5\text{'}$

अब, आरएनए पॉलिमरेज इस टेम्पलेट स्ट्रैंड (3' → 5') पर आरएनए का संश्लेषण करेगा। बनने वाला एमआरएनए (mRNA) अनुक्रम टेम्पलेट स्ट्रैंड का पूरक होगा और 5' → 3' दिशा में बनेगा। आरएनए में, थाइमिन (T) के स्थान पर यूरेसिल (U) पाया जाता है।

टेम्पलेट स्ट्रैंड (3' → 5') के पूरक के रूप में एमआरएनए (5' → 3') का अनुक्रम होगा:

• T के पूरक A
• A के पूरक U (डीएनए के T के स्थान पर)
• C के पूरक G
• G के पूरक C

इस प्रकार, एमआरएनए का अनुक्रम होगा:

$5\text{'}—AUGCAUGCAUGCAUGCAUGCAUGC—3\text{'}$

अतः, दूत आरएनए (mRNA) का अनुक्रम 5'—AUGCAUGCAUGCAUGCAUGCAUGC—3' है।

वाटसन और क्रिक ने 1953 में डीएनए की द्विकुण्डली संरचना का मॉडल प्रस्तुत किया, जो मौरिस विल्किन्स और रोजालिंड फ्रैंकलिन द्वारा किए गए एक्स-रे विवर्तन (X-ray diffraction) अध्ययनों पर आधारित था। डीएनए द्विकुण्डली की कई विशेषताएं थीं जिन्होंने उन्हें डीएनए प्रतिकृति के अर्ध-संरक्षी (semi-conservative) रूप को कल्पित करने में मदद की:

1. पूरकता (Complementarity): डीएनए की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता यह है कि इसके दोनों पॉली न्यूक्लियोटाइड स्ट्रैंड एक-दूसरे के पूरक होते हैं। इसका मतलब है कि एक स्ट्रैंड पर क्षार का क्रम दूसरे स्ट्रैंड पर क्षार के क्रम को निर्धारित करता है (A हमेशा T के साथ और G हमेशा C के साथ युग्मित होता है)। इस पूरकता के कारण, यदि एक स्ट्रैंड को टेम्पलेट के रूप में उपयोग किया जाता है, तो उसके पूरक स्ट्रैंड को सटीक रूप से संश्लेषित किया जा सकता है।
2. क्षार युग्मन (Base Pairing): विशिष्ट क्षार युग्मन (A-T और G-C) यह सुनिश्चित करता है कि प्रतिकृति के दौरान सही न्यूक्लियोटाइड जोड़े जाएं। यह विशिष्टता आनुवंशिक जानकारी की सटीकता को बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण है।
3. द्विरज्जुक संरचना (Double Helix Structure): डीएनए की द्विरज्जुक संरचना में, दोनों स्ट्रैंड एक-दूसरे से हाइड्रोजन बंधों द्वारा जुड़े होते हैं। प्रतिकृति के दौरान, इन हाइड्रोजन बंधों को तोड़ा जा सकता है, जिससे दोनों स्ट्रैंड अलग हो जाते हैं। प्रत्येक अलग हुआ स्ट्रैंड फिर एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है, जिस पर एक नया पूरक स्ट्रैंड संश्लेषित होता है।

अर्ध-संरक्षी प्रतिकृति की व्याख्या:

इन विशेषताओं के आधार पर, वाटसन और क्रिक ने प्रस्तावित किया कि डीएनए प्रतिकृति अर्ध-संरक्षी होती है। इसका अर्थ है कि जब डीएनए की द्विकुण्डली प्रतिकृति करती है, तो मूल डीएनए अणु के दोनों स्ट्रैंड अलग हो जाते हैं। प्रत्येक स्ट्रैंड एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है, और उस पर एक नया, पूरक स्ट्रैंड संश्लेषित होता है। परिणामी दो डीएनए अणुओं में से प्रत्येक में एक मूल (पैतृक) स्ट्रैंड और एक नव-निर्मित स्ट्रैंड होता है। यह 'अर्ध-संरक्षी' प्रकृति सुनिश्चित करती है कि आनुवंशिक जानकारी पीढ़ी दर पीढ़ी सटीकता से स्थानांतरित हो।

न्यूक्लिक अम्ल पॉलिमरेज एंजाइम होते हैं जो न्यूक्लिक एसिड (डीएनए या आरएनए) के संश्लेषण को उत्प्रेरित करते हैं। उनकी क्रिया का आधार टेम्पलेट (जिस पर संश्लेषण होता है) और संश्लेषित होने वाले उत्पाद की रासायनिक प्रकृति पर निर्भर करता है। न्यूक्लिक अम्ल पॉलिमरेज को मुख्य रूप से निम्नलिखित प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है:

डीएनए टेम्पलेट पर कार्य करने वाले पॉलिमरेज

1. डीएनए निर्भर डीएनए पॉलिमरेज (DNA dependent DNA polymerase):
   • यह एंजाइम डीएनए टेम्पलेट का उपयोग करके नए डीएनए स्ट्रैंड का संश्लेषण करता है।
   • यह डीएनए प्रतिकृति (DNA replication) के लिए जिम्मेदार है।
   • यह प्रोकैरियोट्स और यूकैरियोट्स दोनों में पाया जाता है।
2. डीएनए निर्भर आरएनए पॉलिमरेज (DNA dependent RNA polymerase):
   • यह एंजाइम डीएनए टेम्पलेट का उपयोग करके आरएनए स्ट्रैंड का संश्लेषण करता है।
   • यह अनुलेखन (Transcription) की प्रक्रिया के लिए जिम्मेदार है, जिससे विभिन्न प्रकार के आरएनए (जैसे mRNA, tRNA, rRNA) बनते हैं।
   • प्रोकैरियोट्स में: एक ही प्रकार का डीएनए निर्भर आरएनए पॉलिमरेज सभी प्रकार के आरएनए का संश्लेषण करता है।
   • यूकैरियोट्स में: आरएनए के विभिन्न प्रकारों के संश्लेषण के लिए तीन मुख्य प्रकार के डीएनए निर्भर आरएनए पॉलिमरेज होते हैं:
     • आरएनए पॉलिमरेज I: राइबोसोमल आरएनए (rRNA) के संश्लेषण के लिए उत्तरदायी।
     • आरएनए पॉलिमरेज II: मैसेंजर आरएनए (mRNA) के पूर्ववर्ती (hnRNA) के संश्लेषण के लिए उत्तरदायी।
     • आरएनए पॉलिमरेज III: ट्रांसफर आरएनए (tRNA), 5S rRNA और छोटे न्यूक्लियर आरएनए (snRNA) के संश्लेषण के लिए उत्तरदायी।

आरएनए टेम्पलेट पर कार्य करने वाले पॉलिमरेज

1. आरएनए निर्भर आरएनए पॉलिमरेज (RNA dependent RNA polymerase):
   • यह एंजाइम आरएनए टेम्पलेट का उपयोग करके नए आरएनए स्ट्रैंड का संश्लेषण करता है।
   • यह मुख्य रूप से आरएनए वायरस (जैसे इन्फ्लूएंजा वायरस, एचआईवी के कुछ चरण) में पाया जाता है, जहाँ यह आरएनए के प्रतिकृति (replication) या आरएनए से डीएनए संश्लेषण (रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन, जो रेट्रोवायरस में होता है) के लिए जिम्मेदार होता है। सामान्यतः, कोशिकाएं आरएनए का प्रतिकृति नहीं करती हैं।

नोट: रेट्रोवायरस में, आरएनए टेम्पलेट से डीएनए संश्लेषण के लिए रिवर्स ट्रांसक्रिपटेस (Reverse Transcriptase) नामक एंजाइम कार्य करता है, जो एक प्रकार का आरएनए-निर्भर डीएनए पॉलिमरेज है।