डीएनए के भौतिक और रासायनिक गुण
| मापदण्ड नाम | अर्थ |
| लेख विषय: | डीएनए के भौतिक और रासायनिक गुण |
| रूब्रिक (विषयगत श्रेणी) | खेल |
1. विकृतीकरण
डीएनए का विकृतीकरण रासायनिक कारकों (यूरिया, गुआनिडीन क्लोराइड, एसिड, क्षार) और भौतिक कारकों (तापमान) की कार्रवाई के तहत किया जाता है। विकृतीकरण के परिणामस्वरूप डीएनए की द्वितीयक संरचना नष्ट हो जाती है। जब विकृतीकरण कारक का प्रभाव हटा दिया जाता है, तो डीएनए की द्वितीयक संरचना को बहाल किया जाना चाहिए। इस प्रक्रिया को पुनर्जीवन कहते हैं।
डीएनए का विकृतीकरण, या पिघलना, 260 एनएम की तरंग दैर्ध्य पर डीएनए समाधानों के ऑप्टिकल घनत्व में वृद्धि के साथ है। इस घटना को हाइपरक्रोमिक प्रभाव कहा जाता है। निर्दिष्ट तरंग दैर्ध्य पर मोनोन्यूक्लियोटाइड्स के पूर्ण क्षय के दौरान डीएनए समाधान के ऑप्टिकल घनत्व में अधिकतम वृद्धि लगभग 80% है।
एक डीएनए अणु जिसमें केवल पॉली-डी (एटी) होता है, पॉली-डी (जीसी) से युक्त डीएनए अणु की तुलना में कम तापमान पर पिघलता है। यह इस तथ्य के कारण है कि ए और टी के बीच दो हाइड्रोजन बांड और जी और सी के बीच तीन हाइड्रोजन बांड बनते हैं।
2. गलनांक
डीएनए की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता इसका पिघलने का तापमान है, जो उस तापमान से मेल खाती है जिस पर डीएनए समाधान के ऑप्टिकल घनत्व में वृद्धि पूर्ण डीएनए विकृतीकरण के दौरान देखी गई अधिकतम वृद्धि के आधे के बराबर होती है। पॉली-डी (एटी) से युक्त डीएनए का पिघलने का तापमान 66 o C है, पॉली-डी (GC) से युक्त डीएनए 85 o C है। प्राकृतिक डीएनए का गलनांक 66 o C से अधिक है, लेकिन 85 o से कम है। सी, क्योंकि उनमें सभी चार नाइट्रोजनस आधार शामिल हैं, लेकिन विभिन्न जीवित जीवों में अलग-अलग अनुपात में। तो मानव डीएनए को 81 - 82 o C, E. कोलाई - 90.5 o C के बराबर गलनांक की विशेषता है।
जब डीएनए विलयन को ठंडा (एनील्ड) किया जाता है, तो डीएनए की मूल माध्यमिक संरचना को पूरकता के सिद्धांत के अनुसार बहाल किया जा सकता है।
3. संकरण
यदि विभिन्न डीएनए अणुओं के मिश्रण को शुरू में पिघलाया जाता है और फिर एनील किया जाता है, तो यदि उनकी प्राथमिक संरचनाओं में समानता है, तो डीएनए अणुओं के बीच संकरण संभव है।
चित्र - विभिन्न डीएनए अणुओं के बीच संकरण
डीएनए अणुओं के बीच समानता जितनी अधिक होगी, संकरण की डिग्री उतनी ही अधिक होगी। जीवित जीवों की विभिन्न प्रजातियों के डीएनए के बीच संकरण के परिणामों के आधार पर, उनके संबंधों का न्याय किया जा सकता है। संकरण की डिग्री जितनी अधिक होगी, विश्लेषण की गई प्रजातियों के बीच संबंध उतना ही करीब होगा।
डीएनए और आरएनए अणुओं के बीच संकरण भी संभव है, बशर्ते कि समरूप न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम हों।
चित्र - डीएनए और आरएनए के बीच संकरण
4. न्यूक्लिक एसिड पराबैंगनी प्रकाश को दृढ़ता से अवशोषित करते हैं, और यह संपत्ति उनकी एकाग्रता के निर्धारण का आधार है। पराबैंगनी प्रकाश का उत्परिवर्तजन प्रभाव भी इसी संपत्ति से जुड़ा है।
यूकेरियोटिक डीएनए संगठन
यूकेरियोटिक डीएनए अणु की लंबाई कोशिका के आकार से कई गुना अधिक होती है। विभिन्न जैविक प्रक्रियाओं के प्रवाह को सुनिश्चित करने के लिए, इसे उचित रूप से पैक किया जाना चाहिए। इसके संघनन के कई स्तर हैं।
1. नग्न डीएनए - एक डबल हेलिक्स है, इसका व्यास 1.8 एनएम˸ . है
ऐसा डीएनए DNases के प्रति अतिसंवेदनशील होता है, एंजाइम जो फॉस्फोडाइस्टर बांड को हाइड्रोलाइज करते हैं।
डीएनए के भौतिक और रासायनिक गुण - अवधारणा और प्रकार। "डीएनए के भौतिक और रासायनिक गुण" 2015, 2017-2018 श्रेणी का वर्गीकरण और विशेषताएं।
डीएनए संरचना
डीएनए के रूप
डीएनए की न्यूक्लियोटाइड संरचना
डीएनए पिघलना
डीएनए की टोपोलॉजी
डीएनए एक अणु है जिसमें दो समानांतर अणु होते हैं जो एक पेचदार संरचना के गठन के साथ पूरकता के सिद्धांत के अनुसार हाइड्रोजन बांड से जुड़े होते हैं।
डीएनए संरचना
डीएनए श्रृंखला की संरचनात्मक इकाई डीऑक्सीराइबोन्यूक्लियोसाइड है, जिसमें फॉस्फेट, डीऑक्सीराइबोज चीनी और चार न्यूक्लियोटाइड शामिल हैं: एडेनिन (ए), साइटोसिन (सी), गुआनिन (जी) और थाइमिन (टी)। कुछ चरणों में, थाइमिन को यूरैसिल (पीबीएस1 फेज) से बदल दिया जाता है, जो आमतौर पर आरएनए में शामिल होता है। डीएनए के दो स्ट्रैंड के न्यूक्लियोटाइड्स पूरकता के सिद्धांत के अनुसार हाइड्रोजन बांड से जुड़े होते हैं: ए-टी, जी-सी। प्यूरीन (2 रिंग) -एडेनिन, गुआनिन पाइरीमिडीन -थाइमाइन, साइटोसिन |
डीडीएनए = 20 ए; - प्यूरीन-12ए के लिए, पाइरीमिडीन-8ए के लिए |
ए-टी जोड़ी में 2 एच-बॉन्ड होते हैं, जी-सी जोड़ी में 3 होते हैं |
घूर्णन डीएनए अणु
बेस टॉटोमेरिज्म
हेटरोसायकल में, नाइट्रोजन से बंधे प्रोटॉन गुजर सकते हैं
अन्य नाइट्रोजन परमाणुओं पर या कीटो समूह के ऑक्सीजन परमाणुओं पर, और समाधानों में विभिन्न टॉटोमेरिक संरचनाओं का एक संतुलन होगा जो तेजी से एक दूसरे में परिवर्तित हो रहे हैं।
टॉटोमेरिक परिवर्तनों के परिणामस्वरूप, एनोल रूप में यू और जी संभोग के दौरान सी और ए की नकल कर सकते हैं, जबकि सी और ए इमिनो रूप में यू और जी की नकल कर सकते हैं, जिससे डीएनए (छवि) में उत्परिवर्तन हो सकता है।
स्टैकिंग इंटरैक्शन
डीएनए श्रृंखला में आधार एक दूसरे के ऊपर एक ढेर में स्थित होते हैं, जो श्रृंखला के अतिरिक्त स्थिरीकरण प्रदान करता है - स्टैकिंग इंटरैक्शन।
बेस के बीच स्टैकिंग इंटरैक्शन का मूल्य: प्यूरीन-प्यूरिन>पाइरीमिडीन-प्यूरिन>पाइरीमिडीन-पाइरीमिडीन
ऑलिगो- और पोलीन्यूक्लियोटाइड्स में, आसन्न ठिकानों के बीच स्टैकिंग से एक स्थिर सिंगल-स्ट्रैंडेड हेलिकल स्ट्रक्चर (पॉलीए) का निर्माण होता है, जबकि स्टैकिंग की अनुपस्थिति एक अव्यवस्थित कॉइल (पॉलीयू) की ओर ले जाती है।
स्टैकिंग इंटरैक्शन की ऊर्जा ~ -3 - -15 kcal/mol
डीऑक्सीरोबोज फॉस्फेट के अंदर बेस के बाहर शुगर-फॉस्फेट बैकबोन फॉस्फोडाइस्टर बॉन्ड से जुड़े होते हैं। फॉस्फेट के ओएच समूह जुड़े हुए हैं
डीऑक्सीराइबोज के 3" और 5" कार्बन पर एक OH समूह के साथ।
जब थाइमिन एनोल रूप में होता है या साइटोसिन इमिनो रूप में होता है तो बेमेल हो सकता है।
न्यूक्लियोटाइड संशोधन
चित्र एक संशोधित न्यूक्लियोटाइड्स[गायक]।
डीएनए में न्यूक्लियोटाइड संशोधनों से गुजर सकते हैं: 5-मिथाइलसीटोसिन,
5-हाइड्रॉक्सीमिथाइलसिटोसिन, 5-हाइड्रॉक्सीमेथाइलुरैसिल,
एन-मिथाइलडेनिन। कुछ बैक्टीरियोफेज के डीएनए में, मोनो- या डिसैकराइड एक ग्लाइकोसिडिक बंधन के माध्यम से हाइड्रोक्सीमेथाइलसिटोसिन के हाइड्रोक्सीमेथाइल समूह से जुड़े होते हैं। सबसे निचले यूकेरियोट्स और अकशेरुकी जीवों के डीएनए में अपेक्षाकृत कम 5-मिथाइलसीटोसिन होता है और
N6-मिथाइलडेनिन। कशेरुकियों में, आधार मेथिलिकरण खेलता है
जीन अभिव्यक्ति के नियमन में एक महत्वपूर्ण भूमिका है, जिसमें 5-मिथाइलसीटोसिन सबसे आम है। दिखाया गया है, कि
कशेरुकी डीएनए में 95% से अधिक मिथाइल समूह दुर्लभ सीजी डाइन्यूक्लियोटाइड्स के साइटोसिन अवशेषों में निहित हैं, और इनमें से 50% से अधिक डाइन्यूक्लियोटाइड्स मिथाइलेटेड हैं। पौधों में, 5-मिथाइलसिटोसिन सीजी डाइन्यूक्लियोटाइड्स में पाया जा सकता है
और सीएनजी ट्रिन्यूक्लियोटाइड्स (एन - सी, ए या टी)।
डीएनए के आकार
| विकल्प | बी-आकार | एक आकार | सी-आकार | जेड आकार |
| कुंडली | दांए हाथ से काम करने वाला | दांए हाथ से काम करने वाला | दांए हाथ से काम करने वाला | बाएं हाथ से काम करने वाला |
| इकाइयों दोहराना | सोम 1 | 1मोन | 1मोन | 2मोन |
| प्रचलन में सोम | 10,4 | 10,7 | 9.3 | 12 |
| व्यास | 23.7ए | 25.5ए | 18.4ए | |
| रोटेशन/मोन | 35,9 | 33,6 | 38,7 | 60/2 |
| सोम का अक्ष की ओर झुकाव | -1,2 | +19 | -9 | |
| रस्ट अक्ष के अनुदिश m-y सोम | 0.332 एनएम | 0.23 एनएम | 0.38 एनएम | |
| मोड़ लंबाई | 34ए | 28ए | 31ए | 34.4ए |
विभिन्न तरीकों से डीएनए के अध्ययन में, विभिन्न परिस्थितियों (नमक सांद्रता, आर्द्रता) के तहत गठित डीएनए के विभिन्न रूपों की उपस्थिति पाई गई, जिनमें से कुछ जीवित जीवों में मौजूद होने में सक्षम हैं।
डीएनए रूपों के ए, बी, सी, डी, टी-परिवार हैं, जिन्हें विभिन्न उपप्रकारों (सी", सी "") में विभाजित किया जा सकता है।
बी-डीएनए- क्रिस्टल पर और जलीय घोल में दिखाए गए डीएनए की मूल अवस्था।
सी-डीएनए- वह रूप जो Na की कम सांद्रता और 44-66% की आर्द्रता पर मौजूद है, यदि GC=31-72% है।
ए-डीएनए- यह रूप डीएनए-आरएनए संकर में बनता है, इसलिए, प्रतिलेखन के दौरान, डीएनए संपर्क आरएनए-पोल की साइट पर ए-फॉर्म में गुजरता है। यह आकार 5A के व्यास के साथ एक आंतरिक शून्य की उपस्थिति की विशेषता है।
Z- डीएनए- बाएं हाथ का रूप बी -> जेड संक्रमण जीसी -5 "अनुक्रम की उपस्थिति से सुगम होता है, जो जीवों में मिथाइलेशन की साइट है। सुपरकोलिंग के दौरान प्लास्मिड में ऐसे अनुक्रम बी से जेड फॉर्म में बदलते हैं।
B->Z संक्रमण पर, 11-bp खंड में बाएँ और दाएँ हेलिक्स के बीच एक संक्रमणकालीन रूप होता है।
जेड-डीएनए डी. मेलानोगास्टर के पॉलीटीन क्रोमोसोम के इंटरबैंड में पाया गया।
जीसी-5" पोलीन्यूक्लियोटाइड, बी-फॉर्म में होने के कारण, कम नमक सांद्रता पर न्यूक्लियोसोम बनाता है। उच्च नमक सांद्रता पर, जीसी-5" पोलीन्यूक्लियोटाइड जेड-फॉर्म में गुजरता है, जो न्यूक्लियोसोम नहीं बनाता है।
A-, Z-रूप अतिरिक्त प्रभावों (प्रोटीन, सुपरकोलिंग) के बिना जलीय घोल में मौजूद नहीं हो सकते।
डी-डीएनए- T2 फेज डीएनए के एटी-समृद्ध क्षेत्र, जिसमें साइटोसिन को 5 "-हाइड्रॉक्सीमिथाइलसिटोसिन द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, एकमात्र ज्ञात प्राकृतिक डीएनए डी-फॉर्म में है। इसके अलावा, फेज डीएनए 70% से अधिक ग्लाइकोसिलेटेड है।
डी-डीएनए का डबल हेलिक्स बी-डीएनए की तुलना में अधिक मुड़ा हुआ है और इसमें एक गहरी छोटी नाली है - पानी और धनायनों के लिए एक सुविधाजनक गुहा।
3डी डीएनए संरचनाएं
डीएनए वक्रता
डीएनए की न्यूक्लियोटाइड संरचना
चारगफ नियम
कुछ के डीएनए की न्यूक्लियोटाइड संरचना
जीवों[गायक]।
| स्रोत | लेकिन | जी | सी | टी | ए+टी/जी+सी | ए+जी/टी+सी | जी + सी, मोल।% |
| बैक्टीरियोफेज बैक्टीरियोफेज T2 इशरीकिया कोली बेसिलस सुबटिलिस शूप का पेपिलोमा वायरस Saccharomyces cerevisiae क्लैमाइडोमोनास चूजा चूहा गाय गेहूँ |
26,0 32,5 23,8 29,0 26,6 31,3 19,6 27,9 28,9 27,3 27,2 |
23,8 18,2 26,0 20,7 24,5 18,7 30,2 21,2 21,1 22,5 22,6 |
24,3 16,72 26,4 21,3 24,2 17,1 30,0 21,5 20,3 22,5 22,8 |
25,8 32,6 23,8 29,0 24,7 32,9 |
1,08 1,86 0,91 1,38 1,05 1,79 0,65** 1,34** 1,44** 1,22** 1,20** |
0,99 1,03* 0,99 0,99 1,04 1,00 0,99** 0,96** 1,00** 0,99** 0,99** |
48 35* 52 42 49 36 60** 43** 41** 44** 45** |
* 5-हाइड्रॉक्सीमिथाइलसिटोसिन
** 5-मिथाइलसिटोसिन सहित
यूकेरियोट्स में, 5"-CG-3" की घटना की आवृत्ति 5"-GC-3" की तुलना में अधिक होती है, क्योंकि डाइन्यूक्लियोटाइड 5"-GC-3" जीन अभिव्यक्ति के नियमन में शामिल मिथाइलेशन से गुजरता है। प्रोकैरियोट्स में, अनुपात 5'-CG-3'/5'-GC-3' यादृच्छिक के करीब है (तालिका देखें)।
डीएनए अणुओं का आकार
डीएनए आकार बेस पेयर (बीपी) या हजार बेस पेयर (बीपी) में व्यक्त किया जाता है
| स्रोत | एम, हाँ | लंबाई | सोमवार | संरचना प्रकार |
| बैक्टीरियोफेज X174 एसवी40 बैक्टीरियोफेज T2 हीमोफिलस इन्फ्लुएंजा का गुणसूत्र एस्चेरिचिया कोलाई क्रोमोसोम Saccharomyces cerevisiae गुणसूत्र 1 गुणसूत्र 12 ड्रोसोफिला मेलानोगास्टर गुणसूत्र 2 गुणसूत्र 3 गुणसूत्र 4 |
1,6 10 6
3,5 10 6 1,2 10 8 7,9 10 8 2,6 10 8 1,4 10 8
4 10 10
|
1.6 µm 1.1 µm 50 µm 300 µm 1 मिमी 50 µm 15 मिमी |
5 10 3
5,2 10 3 2 10 5 1,2 10 6 4 10 6 2,1 10 5
6,0 10 7
|
सर्कुलर सिंगल स्ट्रैंड गोलाकार डबल स्ट्रैंड रैखिक डबल स्ट्रैंड अनजान गोलाकार डबल स्ट्रैंड रैखिक डबल स्ट्रैंड रैखिक डबल स्ट्रैंड |
डीएनए पिघलना
विकृतीकरणया गलन- जब डीएनए को ~1000C तक गर्म किया जाता है या जब pH बढ़ जाता है तो डीएनए स्ट्रैंड का विचलन।
जंजीरों का विचलन कमजोर हाइड्रोजन के विनाश के कारण होता है
ठिकानों के बीच बांड और प्लानर इंटरैक्शन।
विकृतीकरण भी इससे प्रभावित होता है: मोनो- और द्विसंयोजक धातुओं के आयन, प्रोटीन जो फॉस्फेट समूहों के नकारात्मक आरोपों को बेअसर करते हैं।
GC का गलनांक AT . से अधिक होता है. एटी जोड़े के दो एच-बॉन्ड को तोड़ने के लिए, जीसी-जोड़े के तीन एच-बॉन्ड को तोड़ने की तुलना में कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है; तापमान और पीएच मान जिस पर विकृतीकरण होता है, डीएनए की न्यूक्लियोटाइड संरचना पर निर्भर करता है।
डीएनए पिघल वक्र
विकृतीकरण एक प्रतिवर्ती प्रक्रिया है, डबल-फंसे डीएनए संरचना की बाद की बहाली श्रृंखलाओं के पूर्ण विचलन के साथ भी हो सकती है। पुनर्एकीकरण प्रक्रिया, जिसे पुनर्मूल्यांकन, पुनर्संयोजन, या एनीलिंग कहा जाता है, तब होता है जब
तापमान या पीएच में गिरावट
तापमान या पीएच में तेज कमी के साथ, जोड़ी के कारण पूरक श्रृंखलाओं का सही पुनर्मिलन मुश्किल है।
एक ही या विभिन्न श्रृंखलाओं के भीतर स्थानीय रूप से पूरक क्षेत्रों के आधार।
डीएनए का पुनर्विकास गलनांक से ~ 200C नीचे के तापमान पर होता है।
पुनर्विकास के दौरान, दोहराए गए डीएनए वाले चेन सेक्शन पहले जुड़े होते हैं और फिर अद्वितीय सेक्शन के साथ।
डीएनए पुनर्जीवन वक्र
टी पिघल बनाम सांद्र। नमक
डीएनए गुण
अल्ट्रासाउंड डीएनए को बराबर टुकड़ों में काटता है ~ 500 बीपी लंबाई में ।
डीएनए गैर-ध्रुवीय सॉल्वैंट्स में अघुलनशील है।
क्षार डीएनए को हाइड्रोलाइज करता है।
फॉस्फेट समूहों के आवेश के कारण, डीएनए पर ऋणात्मक आवेश होता है।
डीएनए अणुओं की टोपोलॉजी
साहित्य:
- गायक: जीन और जीनोम v.1
- Zenger.V: न्यूक्लिक एसिड के संरचनात्मक संगठन के सिद्धांत। एम., मीर, 1987
1944 में, एवरी, मैकलियोड और मैकार्थी द्वारा किए गए प्रयोगों ने प्रदर्शित किया कि न्यूमोकोकस के उत्परिवर्ती अकैप्सुलर स्ट्रेन में एक कैप्सूल बनाने की क्षमता को कैप्सूल बनाने में सक्षम शुद्ध न्यूमोकोकल डीएनए को अपनी कोशिकाओं में पेश करके बहाल किया जा सकता है। लेखकों ने इस परिवर्तन के लिए जिम्मेदार एजेंट (डीएनए) को "परिवर्तनकारी कारक" कहा। बहुत जल्द, आनुवंशिक अनुसंधान में परिवर्तन विधि का व्यापक रूप से उपयोग किया जाने लगा। अपेक्षाकृत हाल ही में, प्रयोग किए गए जिसमें खमीर कोशिकाएं, स्तनधारी कोशिकाएं, कृंतक और कीट भ्रूण प्राप्तकर्ता के रूप में कार्य करते थे, और क्लोन डीएनए आनुवंशिक जानकारी के दाता के रूप में कार्य करता था।
डीएनए के रासायनिक गुण
मोनोमेरिक इकाइयों की रासायनिक प्रकृति जो डीएनए बनाती है (डीऑक्सीएडेनाइलेट, डीऑक्सीसाइटिडाइलेट, डीऑक्सीगुआनालेट, और थाइमिडाइलेट) चैप में वर्णित है। 34. मोनोमर्स 3, 5-फॉस्फोडाइस्टर बॉन्ड के निर्माण के साथ पोलीमराइज़ करते हैं, जिससे डीएनए का एक ही स्ट्रैंड बनता है (चित्र 37. 1)। डीएनए में जानकारी प्यूरीन और पाइरीमिडीन डीऑक्सीराइबोन्यूक्लियोटाइड्स के एक विशिष्ट अनुक्रम के रूप में लिखी जाती है।
बहुलक डीएनए अणु, जैसा कि चित्र से देखा जा सकता है, ध्रुवीय है। एक छोर पर 5-हाइड्रॉक्सिल - (या फॉस्फेट समूह) है, दूसरे पर 3-फॉस्फेट - (या हाइड्रॉक्सिल समूह)। डीएनए के एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण और चारगफ नियम के आंकड़ों के आधार पर, जिसके अनुसार डीएनए अणु में डीऑक्सीडेनोसिन (ए) अवशेषों की सामग्री थाइमिडीन (टी) की सामग्री और डीऑक्सीगुआनोसिन (जी) की सामग्री के बराबर होती है। ) डीऑक्सीसाइटोसिन (सी), वाटसन, क्रिक और विल्किंस की सामग्री के बराबर है जो डीएनए की डबल-स्ट्रैंडेड संरचना के 50-एस मॉडल की शुरुआत में प्रस्तावित है। डीएनए के बी-रूप का मॉडल अंजीर में दिखाया गया है। 37.2. इस दाहिने हाथ की दो श्रृंखलाएं, डबल-स्ट्रैंडेड अणु प्यूरीन और पाइरीमिडीन बेस के बीच बने हाइड्रोजन बॉन्ड द्वारा एक साथ रखी जाती हैं। पूरक युग्मों का निर्माण कड़ाई से विशिष्ट है। A हमेशा सहवास करता है (चित्र 37. 3)।
एक डबल-स्ट्रैंडेड अणु में, फॉस्फोडाइस्टर बॉन्ड के चारों ओर रोटेशन के निषेध के कारण प्रतिबंध, प्रमुख "ग्लाइकोसिडिक बॉन्ड्स का ऑटो-कॉन्फ़िगरेशन (चित्र। 34.9) और चार बेस (ए, जी, टी और सी) के प्रचलित टॉटोमेरिक रूप। , चित्र 34.3) ऐसी स्थितियाँ निर्मित करते हैं जिनमें A केवल T के साथ एक मजबूत जोड़ी बना सकता है, और G केवल C के साथ (चित्र। 37.3)। यह वही है जो चारगफ नियमों (ए = टी; जी = सी) की व्याख्या करता है। डबल हेलिक्स की दो किस्में, ध्रुवीय होने के कारण, हैं और
चावल। 37.1 डीएनए अणु की संरचना का एक टुकड़ा जिसमें प्यूरीन और पाइरीमिडीन बेस एडेनिन (ए), थाइमिन (टी), साइटोसिन (सी) और गुआनिन (जी) एक फॉस्फोडाइस्टर बैकबोन कनेक्टिंग -डीऑक्सीराइबोसिल अवशेषों द्वारा एक साथ जुड़े होते हैं - संबंधित न्यूक्लिक बेस के लिए ग्लाइकोसिडिक बंधन। कृपया ध्यान दें: एकल डीएनए स्ट्रैंड की फॉस्फोडाइस्टर रीढ़ की हड्डी में "ध्रुवीयता" होती है (यानी, इसमें एक निश्चित दिशा को प्रतिष्ठित किया जा सकता है, उदाहरण के लिए)।
विरोधी समानांतर, यानी एक सर्किट और दूसरे की दिशा। ऐसी तस्वीर विपरीत दिशाओं में निर्देशित एकतरफा यातायात वाली दो समानांतर सड़कों से मिलती जुलती है। दो पूरक डीएनए स्ट्रैंड्स में से एक, जिसमें एक विशिष्ट न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम के रूप में एक विशेष जीन की संरचना के बारे में जानकारी होती है, को आमतौर पर कोडिंग (या टेम्पलेट) कहा जाता है; इसके पूरक अन्य श्रृंखला को गैर-कोडिंग कहा जाता है।
जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 37.3, डीऑक्सीगुआनोसिन और डीऑक्सीसाइटिडाइन के अवशेषों के बीच तीन हाइड्रोजन बांड बनते हैं, और थाइमिडीन और डीऑक्सीडेनोसिन के बीच केवल दो। इसलिए, जी-सी बांड लगभग 50% मजबूत है। यह परिस्थिति, साथ ही स्टैकिंग इंटरैक्शन, जीसी-समृद्ध डीएनए क्षेत्रों के उच्च विकृतीकरण (पिघलने) तापमान की व्याख्या कर सकती है।
डीएनए संरचना
डीएनए कई प्रकार के डबल हेलिक्स बना सकता है। वर्तमान में, छह रूप पहले से ही ज्ञात हैं (ए से ई और जेड-फॉर्म से)। डीएनए के अधिकांश संरचनात्मक रूप केवल कड़ाई से नियंत्रित प्रयोगात्मक परिस्थितियों में ही मौजूद हो सकते हैं। ये विकल्प अलग-अलग हैं 1) डबल हेलिक्स के एक मोड़ पर आधार जोड़े की संख्या में; 2) आधार जोड़े के विमानों और हेलिक्स की धुरी के साथ बनने वाले कोण के बीच की दूरी; 3) सर्पिल का व्यास; 4) डबल हेलिक्स का ओरिएंटेशन (दाएं, बाएं) (तालिका 37. 1)।
इनमें से कुछ रूप नमक की सांद्रता और जलयोजन की डिग्री में परिवर्तन के साथ एक दूसरे में बदल जाते हैं। यह संभव है कि डीएनए के विभिन्न संरचनात्मक रूपों के बीच संक्रमण भी विवो में होता है।
चावल। 37.2. वाटसन और क्रिक के बी-आकार के डबल हेलिक्स संरचना का मॉडल। बाएं: एक अणु का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व (ए - एडेनिन, सी - साइटोसिन, जी - ग्वानिन, टी - थाइमिन, पी - फॉस्फेट, एस-शुगर [डीऑक्सीराइबोज])। दाएं: डीएनए संरचना मॉडल। (जेडी वाटसन से फोटो, जीन 3 संस्करण के आणविक जीव विज्ञान। कॉपीराइट 1976, 1970, 1965 डब्ल्यू ए बेंजामिन, इंक।, मेनलो पार्क, कैलिफ़ोर्निया द्वारा।)
शारीरिक स्थितियों (कम नमक सांद्रता, उच्च स्तर की जलयोजन) के तहत, डीएनए का प्रमुख संरचनात्मक प्रकार बी-फॉर्म है। ऐसे अणु की हेलिक्स पिच 3.4 एनएम है। डीएनए के एक कॉइल को "सिक्कों" के दो मुड़े हुए ढेर के रूप में दर्शाया जा सकता है, प्रत्येक में 10। ढेर के दो विपरीत "सिक्कों" के बीच हाइड्रोजन बांड द्वारा ढेर को एक साथ रखा जाता है, और एक फॉस्फोडाइस्टर रीढ़ की हड्डी के दो रिबन के साथ "लिपटे" होते हैं जो दाएं हाथ के हेलिक्स में मुड़ जाते हैं। कम उच्च जलयोजन की स्थितियों में और Na + या K + आयनों की उच्च सामग्री के साथ, थोड़ी अलग संरचना उत्पन्न होती है - तथाकथित A-रूप। इस दाहिने हाथ की रचना में बी फॉर्म की तुलना में एक बड़ा हेलिक्स व्यास है और प्रति मोड़ आधार जोड़े की संख्या अधिक है। यह डबल-फंसे आरएनए या आरएनए-डीएनए डुप्लेक्स की संरचना विशेषता के समान है। फॉर्म सी-ई भी दाएं हाथ के हैं, उनका गठन केवल विशेष प्रयोगों में देखा जा सकता है, और जाहिर है, वे विवो में मौजूद नहीं हैं।
जेड-आकार। डीएनए एक बाएं हाथ का डबल हेलिक्स है, जिसमें अणु की धुरी के साथ फॉस्फोडाइस्टर रीढ़ की हड्डी ज़िगज़ैग होती है। इसलिए अणु का नाम (ज़िगज़ैग) -डीएनए। जेड-डीएनए सबसे कम मुड़ (प्रति मोड़ 12 आधार जोड़े) और प्रकृति में सबसे पतला ज्ञात है, इसमें केवल एक नाली है (नीचे देखें)। जेड-डीएनए कई अन्य स्थिर कारकों की उपस्थिति में प्यूरीन और पाइरीमिडीन डीओक्सीन्यूक्लियोटाइड्स (जीसी या एसी) को बारी-बारी से दोहराए जाने वाले अनुक्रमों में पाया जाता है। इनमें शामिल हैं: 1) एक उच्च नमक एकाग्रता या शुक्राणु और शुक्राणु जैसे विशिष्ट उद्धरणों की उपस्थिति; 2) डीएनए अणु में नकारात्मक सुपरकोइल की एक उच्च सामग्री (अध्याय 38 देखें); 3) जेड-डीएनए-विशिष्ट प्रोटीन का बंधन; 4) कुछ डीऑक्सीसाइटिडीन अवशेषों के कार्बन-5 परमाणु का मिथाइलेशन।
जेड-फॉर्म में डीएनए, जेड-साइट से काफी दूर स्थित और काफी दूर जीन की अभिव्यक्ति के नियमन में शामिल हो सकता है। कुछ प्रोटीन जो बी-फॉर्म डीएनए के बड़े या छोटे खांचे में बंधे होते हैं, वे डीएनए के जेड-फॉर्म से बंधने में असमर्थ होते हैं। इसके अलावा, डीएनए के जेड-फॉर्म से डीएनए के बी-फॉर्म में डीएनए के एक हिस्से का प्रत्यावर्तन, जो होता है, उदाहरण के लिए, मिथाइल समूहों के नुकसान के परिणामस्वरूप β-मिथाइलडीऑक्सीसाइटिडिन। प्रत्यावर्तन के क्षेत्र से काफी दूरी पर स्थित डीएनए खंडों की मरोड़ स्थिति को प्रभावित कर सकता है।
चावल। 37.3. डीऑक्सीडेनोसिन और थाइमिडीन बेस (शीर्ष) के बीच दो हाइड्रोजन बॉन्ड (धराशायी लाइन) और डीऑक्सीगुआनोसिन और डीऑक्सीसाइटिडिन बेस (नीचे) के बीच तीन हाइड्रोजन बॉन्ड का निर्माण। डीएनए में, कार्बोहाइड्रेट अवशेष 2-डीऑक्सीराइबोज है; आरएनए में, डी-राइबोज
टोरसन ट्विस्ट-अनविंड डीएनए, साथ ही डीऑक्सीसाइटिडाइन मिथाइलेशन, शायद जीन गतिविधि को प्रभावित करता है (नीचे देखें)।
ड्रोसोफिला (फल मक्खी) के गुणसूत्रों में जेड-डीएनए की उपस्थिति को डीएनए के जेड-फॉर्म के लिए विशिष्ट एंटीबॉडी का उपयोग करके दिखाया गया है। मानव डीएनए में ऐसे क्षेत्र हैं जो संभावित रूप से जेड-फॉर्म में बदलने में सक्षम हैं; वे जीनोम में बिखरे हुए हैं।
तालिका 37.1. कुछ प्रकार के डीएनए संरचनाओं की विशेषता
यह मानने का कारण है कि जेड-फॉर्म के स्थिरीकरण के लिए आवश्यक शर्तें भी मानव कोशिकाओं में महसूस की जा सकती हैं।
डीएनए का विकृतीकरण (पिघलना)
तापमान बढ़ाने या नमक की सांद्रता को कम करके डीएनए की डबल-स्ट्रैंडेड संरचना को घोल में "पिघला" जा सकता है। पिघलने के दौरान, न केवल डीएनए श्रृंखला अलग हो जाती है, बल्कि इस श्रृंखला के भीतर न्यूक्लिक आधारों के अंतःक्रियाओं को ढेर करने की प्रणाली भी बाधित होती है। इस मामले में फॉस्फोडिएस्टर बांड नहीं टूटे हैं। डीएनए विकृतीकरण प्यूरीन और पाइरीमिडीन बेस के ऑप्टिकल अवशोषण में वृद्धि के साथ है। इस घटना को डीएनए विकृतीकरण का हाइपरक्रोमिक प्रभाव कहा जाता है। विकृतीकरण देशी डीएनए के समाधान में निहित उच्च चिपचिपाहट को भी समाप्त करता है, जिसकी फाइबर जैसी संरचना प्रत्येक स्ट्रैंड में न्यूक्लिक बेस के स्टैकिंग इंटरैक्शन और दो स्ट्रैंड के बीच पूरक इंटरैक्शन दोनों के कारण होती है।
किसी दिए गए डीएनए अणु की श्रृंखलाओं का पृथक्करण एक निश्चित तापमान सीमा के भीतर होता है। इस अंतराल के मध्य बिंदु को डीएनए गलनांक या . मान डीएनए की न्यूक्लियोटाइड संरचना और समाधान में नमक एकाग्रता पर निर्भर करता है। जी-सी जोड़े में समृद्ध डीएनए अणु (वे तीन हाइड्रोजन पुलों से जुड़े होते हैं) ए-टी-समृद्ध अणुओं की तुलना में उच्च तापमान पर "पिघलते हैं" (ए-टी जोड़े दो हाइड्रोजन पुलों से जुड़े होते हैं)। मोनोवैलेंट धनायनों की सांद्रता में दस गुना वृद्धि 16.6 डिग्री सेल्सियस बढ़ जाती है। फॉर्मामाइड, आमतौर पर पुनः संयोजक डीएनए के प्रयोगों में उपयोग किया जाता है, आधारों के बीच हाइड्रोजन बांड को अस्थिर करता है, जिससे कम हो जाता है। यह डीएनए या डीएनए-आरएनए हाइब्रिड के स्ट्रैंड को कम पर विचलन करने की अनुमति देता है, जिससे उच्च तापमान पर अलग-अलग स्ट्रैंड के टूटने की संभावना कम हो जाती है।
डीएनए की संरचना में खांचे
अंजीर में दिखाए गए मॉडल का अध्ययन करते समय। 37.2, फॉस्फोडिएस्टर बैकबोन के समानांतर अणु की धुरी के चारों ओर मुड़े हुए प्रमुख और छोटे खांचे की डीएनए संरचना में उपस्थिति पर ध्यान दे सकता है। इन खांचे में, प्रोटीन विशेष रूप से न्यूक्लिक बेस के कुछ परमाणुओं के साथ बातचीत कर सकते हैं और इसलिए, डबल हेलिक्स की संरचना में पूरक बातचीत को परेशान किए बिना विशिष्ट न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों को "पहचानें"। जैसा कि चैप में दिखाया जाएगा। 39 और 41, इस तरह की बातचीत के माध्यम से नियामक प्रोटीन जीन अभिव्यक्ति को नियंत्रित कर सकते हैं।
आराम से और सुपरकोल्ड डीएनए
कुछ जीवों का डीएनए, जैसे बैक्टीरिया, बैक्टीरियोफेज और कई जानवरों के डीएनए वायरस, एक बंद गोलाकार संरचना है। बेशक, ऐसी संरचना अणुओं की ध्रुवीयता का उल्लंघन नहीं करती है, लेकिन इसमें मुक्त और -हाइड्रॉक्सिल और फॉस्फोरिल समूह गायब हो जाते हैं। बंद छल्ले आराम से या सुपरकोल्ड रूपों में मौजूद हो सकते हैं। सुपरकोइलिंग तब प्रकट होती है जब एक बंद रिंग अपनी धुरी के चारों ओर घूमती है या जब रैखिक डीएनए का एक खंड मुड़ जाता है, जिसके सिरे स्थिर होते हैं। यह ऊर्जा-आवश्यक प्रक्रिया संरचना के एक इंट्रामोल्युलर तनाव की उपस्थिति की ओर ले जाती है। सुपरकोइल्स की संख्या में वृद्धि के साथ, आंतरिक (मरोड़) तनाव बढ़ता है (इसे एक साधारण रबर बैंड पर जांचें)। वामावर्त घुमाकर (डीएनए के बी-फॉर्म के दाएं हाथ के डबल हेलिक्स को घुमाने की विपरीत दिशा में) डीएनए में सुपरकॉइल्स को नकारात्मक कहा जाता है। एक अर्थ में, हम यह मान सकते हैं कि ऐसी संरचनात्मक अवस्था को प्राप्त करने के लिए आवश्यक ऊर्जा साधारण (गैर-ऋणात्मक) सुपरकोइल्स में संग्रहित होती है। एक डीएनए अणु के दूसरे प्रकार की सुपरमॉलेक्यूलर संरचना में संक्रमण की ऊर्जा नकारात्मक मोड़ क्षेत्रों के गठन के कारण कम हो सकती है। ऐसा ही एक संक्रमण प्रतिकृति और प्रतिलेखन की तैयारी में स्ट्रैंड सेपरेशन है। यही कारण है कि जैविक प्रणालियों में डीएनए सुपरकोलिंग अत्यधिक फायदेमंद है। डीएनए अणु में टोपोलॉजिकल परिवर्तनों को उत्प्रेरित करने वाले एंजाइमों को टोपोइज़ोमेरेज़ कहा जाता है। उनमें से सबसे अधिक अध्ययन बैक्टीरियल गाइरेज़ है, जो नकारात्मक सुपरकोइल के गठन की शुरुआत करता है।
डीएनए का कार्य
न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम में एन्कोडेड आनुवंशिक जानकारी दो उद्देश्यों को पूरा करती है। सबसे पहले, यह प्रोटीन अणुओं के संश्लेषण के लिए आवश्यक है, और दूसरी बात, यह सेल पीढ़ियों और जीवों की पीढ़ियों की एक श्रृंखला में खुद को स्थानांतरित करना सुनिश्चित करता है। दोनों कार्य इस तथ्य पर निर्भर करते हैं कि डीएनए अणु एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है; पहले मामले में प्रतिलेखन के लिए - आरएनए अणुओं की संरचना में जानकारी को फिर से लिखना और दूसरे में प्रतिकृति के लिए - बेटी डीएनए अणुओं में जानकारी की प्रतिलिपि बनाना।
वाटसन और क्रिक डबल हेलिक्स स्ट्रैंड की पूरकता डीएनए प्रतिकृति के अर्ध-रूढ़िवादी मोड का सुझाव देती है। इसका मतलब है कि श्रृंखलाएं अलग हो जाती हैं और प्रत्येक एक नए पूरक अनुक्रम के संश्लेषण के लिए एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है (चित्र। 37.4)। दो परिणामी डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए अणु, जिनमें से प्रत्येक में एक माता-पिता और एक नए संश्लेषित पूरक स्ट्रैंड होते हैं, दो बेटी कोशिकाओं (चित्र। 37.5) के बीच वितरित किए जाते हैं। इस प्रकार, प्रत्येक बेटी कोशिका को मूल कोशिका के समान जानकारी प्राप्त होती है। दो बेटी कोशिकाओं में से प्रत्येक मूल माता-पिता के डीएनए के एक कतरा को बरकरार रखती है।
एस्चेरिचिया कोलाई जीवाणु में प्रतिकृति के अर्ध-रूढ़िवादी तंत्र को संतुलन सेंट्रीफ्यूजेशन के साथ संयोजन में नाइट्रोजन के भारी आइसोटोप का उपयोग करके मेसेल्सन और स्टाल द्वारा क्लासिक प्रयोग में स्पष्ट रूप से प्रदर्शित किया गया था।
चावल। 37.4. डीएनए की डबल स्ट्रैंडेड संरचना। मूल डीएनए अणु के दो स्ट्रैंड्स में से प्रत्येक का उपयोग नए पूरक स्ट्रैंड्स के संश्लेषण के लिए एक टेम्पलेट के रूप में किया जाता है। (जे डी वॉटसन से। जीन 3 एड का आणविक जीव विज्ञान। कॉपीराइट 1976, 1970, 1965 डब्ल्यू। ए। बेंजामिन, इंक।, मेनलो पार्क द्वारा,
चावल। 37.5. अर्ध-रूढ़िवादी और रूढ़िवादी प्रतिकृति में डीएनए किस्में का अपेक्षित वितरण। आकृति में, मूल जंजीरें काली हैं और नई जंजीरें हल्की हैं। (लेह्निंगर ए एल बायोकैमिस्ट्री द्वितीय संस्करण, वर्थ, 1975 से अनुमति के साथ फिर से खींचा और पुन: प्रस्तुत किया गया।)
ई कोलाई डीएनए और मानव डीएनए रासायनिक रूप से समान हैं, हालांकि, निश्चित रूप से, उनके न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम अलग हैं, और इसके अलावा, एक मानव कोशिका में एक जीवाणु की तुलना में लगभग 1000 गुना अधिक डीएनए होता है। यह पता चला कि डीएनए प्रतिकृति का रासायनिक तंत्र प्रोकैरियोट्स में समान है, जैसे कि ई। कोलाई, और यूकेरियोट्स, मनुष्यों सहित, इस तथ्य के बावजूद कि इन प्रक्रियाओं में शामिल एंजाइम प्रोकैरियोटिक और यूकेरियोटिक कोशिकाओं में भिन्न होते हैं। यह मानने का हर कारण है कि प्रोकैरियोटिक जीवों के न्यूक्लिक एसिड के रसायन विज्ञान के अध्ययन में प्राप्त डेटा यूकेरियोटिक प्रणालियों पर भी लागू होता है। वास्तव में, मेसेलसन और स्टाल के समान स्तनधारी कोशिकाओं के साथ प्रयोगों के परिणाम ई. कोलाई पर पहले प्राप्त आंकड़ों के साथ तुलनीय निकले।
यदि वायरल या बैक्टीरियल डीएनए के घोल को धीरे-धीरे गर्म किया जाता है, तो उनके अणु काफी निश्चित तापमान (चित्र 27-16) पर विकृत हो जाते हैं। देशी डीएनए डुप्लेक्स से अनियंत्रित, बेतरतीब ढंग से मुड़, विकृत रूप में संक्रमण का पता पराबैंगनी प्रकाश अवशोषण में वृद्धि या डीएनए समाधान की चिपचिपाहट में कमी से लगाया जा सकता है। प्रत्येक प्रकार के डीएनए का अपना विकृतीकरण तापमान होता है, जिसे "गलनांक" कहा जाता है। डीएनए में G=C जोड़े की सामग्री जितनी अधिक होगी, इस डीएनए का गलनांक उतना ही अधिक होगा। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि जीसी जोड़े अधिक स्थिर हैं और ए = टी जोड़े के विनाश की तुलना में उनके पृथक्करण के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है; यह आंशिक रूप से इस तथ्य के कारण है कि G=C जोड़े तीन हाइड्रोजन बांड से जुड़े हुए हैं, और A=T जोड़े केवल दो से जुड़े हुए हैं।
पीएच और आयनिक ताकत की निश्चित परिस्थितियों में डीएनए तैयारी के पिघलने बिंदु का सावधानीपूर्वक निर्धारण इसलिए डीएनए में ए = टी और जी = सी जोड़े के अनुपात के बारे में जानकारी प्रदान कर सकता है।
डीएनए की दूसरी भौतिक संपत्ति, जी = सी और ए = टी जोड़े के अनुपात से निर्धारित होती है, उत्प्लावन घनत्व है। जी = सी-नैप की उच्च सामग्री वाले डीएनए की तैयारी में ए = टी जोड़े की उच्च सामग्री वाले डीएनए की तुलना में थोड़ा अधिक घनत्व होता है। डीएनए की तैयारी सीज़ियम क्लोराइड () के एक केंद्रित समाधान में उच्च गति पर सेंट्रीफ्यूज की जाती है, जिसका घनत्व डीएनए के घनत्व के समान सीमा में होता है।
चावल। 27-15. संकरण परीक्षण का सिद्धांत। विभिन्न प्रजातियों के जीवों से पृथक डीएनए की दो तैयारियों को गर्म किया जाता है ताकि वे पूरी तरह से विकृत हो जाएं और उनकी जंजीरें अलग हो जाएं। जब इन तैयारियों को मिलाया जाता है और धीरे-धीरे ठंडा किया जाता है, तो प्रत्येक प्रजाति के पूरक डीएनए स्ट्रैंड एक दूसरे को ढूंढेंगे और सामान्य डुप्लेक्स बनाने के लिए तैयार होंगे। यदि दो डीएनए के बीच अनुक्रम में महत्वपूर्ण समरूपता है, तो हाइब्रिड अणुओं का निर्माण संभव है, जो आंशिक द्वैध हैं। समरूपता की डिग्री जितनी अधिक होगी, संकरों के बनने की संभावना उतनी ही अधिक होगी। मिश्रण में संकरों की सामग्री को विभिन्न तरीकों से मापा जा सकता है, विशेष रूप से क्रोमैटोग्राफी या घनत्व ढाल सेंट्रीफ्यूजेशन द्वारा। आमतौर पर, माप प्रक्रिया को सरल बनाने के लिए, डीएनए में से एक को रेडियोधर्मी आइसोटोप के साथ लेबल किया जाता है।
चावल। 27-16. दो डीएनए तैयारियों का विकृतीकरण (पिघलना) वक्र। मध्य संक्रमण बिंदु के अनुरूप तापमान को गलनांक कहा जाता है। चूंकि मान पीएच और नमक की सांद्रता पर निर्भर करता है, इसलिए इसके मापन के लिए शर्तों को निर्दिष्ट करना हमेशा आवश्यक होता है।
अपकेंद्रित्र ट्यूब में सेंट्रीफ्यूजेशन के दौरान, ट्यूब के तल पर उच्चतम घनत्व के साथ एक घनत्व ढाल बनता है। यदि इसमें डीएनए रखा गया है, तो यह पहले टेस्ट ट्यूब के नीचे की ओर बढ़ेगा, लेकिन फिर एक निश्चित स्थिति में रुक जाएगा और तैरता रहेगा। इस स्थिति में, यह न तो उठ सकता है और न ही बस सकता है, क्योंकि यहाँ घोल का घनत्व इसके घनत्व के बराबर है। इस विधि से जिसका अधिक विस्तार से वर्णन अध्याय में किया गया है। 28, डीएनए अणुओं को अलग करना संभव है जो जी = सी जोड़े की सामग्री में एक दूसरे से भिन्न होते हैं, क्योंकि उनके पास अलग-अलग उत्प्लावक घनत्व होते हैं। इस डीएनए के उत्प्लावन घनत्व के आधार पर, हम इसमें G=C और A=T जोड़े के अनुपात की गणना कर सकते हैं।
डीएनए संकरण
डीएनए संकरण, न्यूक्लिक एसिड संकरण- कनेक्शन कृत्रिम परिवेशीयएक अणु में पूरक एकल-फंसे न्यूक्लिक एसिड। पूर्ण पूरकता के साथ, संयोजन आसान और तेज़ है, और आंशिक गैर-पूरकता के मामले में, श्रृंखलाओं का विलय धीमा हो जाता है, जिससे पूरकता की डिग्री का आकलन करना संभव हो जाता है। डीएनए-डीएनए और डीएनए-आरएनए संकरण संभव है।
प्रयोग प्रोटोकॉल
- डबल-फंसे डीएनए को एक उपयुक्त बफर में गर्म किया जाता है। बाहरी परिस्थितियों में परिवर्तन के कारण, पूरक नाइट्रोजनस आधारों के बीच हाइड्रोजन बांड थर्मोडायनामिक रूप से प्रतिकूल हो जाते हैं और जंजीरें अलग हो जाती हैं।
- विकृत डीएनए की तैयारी अन्य विकृत डीएनए के साथ मिश्रित होती है।
- तैयारियों को धीरे-धीरे ठंडा किया जाता है, जबकि एकल-फंसे डीएनए एक-दूसरे से जुड़े होते हैं (हाइड्रोजन बांड पूरक आधारों के बीच बनते हैं), और एक "हाइब्रिड" डीएनए अणु बनता है।
एकल-फंसे डीएनए की एनीलिंग दर का विश्लेषण प्रजातियों या एक ही प्रजाति के व्यक्तियों के बीच डीएनए अनुक्रमों में समानता और अंतर का आकलन करना संभव बनाता है।
डीएनए गलनांक गणना
डीएनए की माध्यमिक संरचना जीव विज्ञान, आनुवंशिक निदान और आणविक जीव विज्ञान और नैनो प्रौद्योगिकी के अन्य तरीकों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। इसलिए, डीएनए या आरएनए अणुओं के गलनांक का सटीक निर्धारण सभी आणविक जैविक विधियों में सबसे महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जैसे कि माइक्रोएरे के लिए नमूनों या ओलिगोन्यूक्लियोटाइड्स का चयन या पीसीआर प्राइमरों का चयन। लघु ओलिगोन्यूक्लियोटाइड्स के गलनांक की गणना के लिए कई सरल सूत्र हैं। लघु ओलिगोन्यूक्लियोटाइड के गलनांक (Tm) की मोटे तौर पर गणना (<20 нуклеотидов) проводят по прямому подсчету количества нуклеотидов (G+C - сумма всех гуанинов и цитозинов , L - длина олигонуклеотида):
K + आयनों और DMSO की सांद्रता को ध्यान में रखते हुए, एक छोटे ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड (और लंबे डीएनए अंशों के लिए) के लिए T m की गणना के लिए औसत सूत्र:
हालांकि, ये समीकरण ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड संकरण के दौरान बाध्यकारी दीक्षा को ध्यान में नहीं रखते हैं, स्वयं अनुक्रम की विशेषताओं और ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड डुप्लेक्स की अंतिम प्रभाव विशेषता को ध्यान में नहीं रखते हैं। इसलिए, यह सूत्र अधिक उपयुक्त है जहां डीएनए अनुक्रम औसत है और डुप्लेक्स की लंबाई 40 न्यूक्लियोटाइड से अधिक है।
डीएनए ऊष्मप्रवैगिकी
डबल-स्ट्रैंडेड या सिंगल-स्ट्रैंडेड डीएनए के पिघलने के तापमान की गणना करने के लिए आज इस्तेमाल की जाने वाली सबसे आम विधि दो-चरण थर्मोडायनामिक मॉडल पर आधारित है। दो पूरक डीएनए अणु ए और बी या तो एक दूसरे से बंधे हैं या समाधान में मुक्त हैं ("रैंडम कॉइल स्टेट")। आमतौर पर यह माना जाता है कि दोनों अणु ए और बी पूरी तरह से पूरक हैं, इसलिए उनका संकरण स्पष्ट है, और डुप्लेक्स में एक या अधिक पूरक त्रुटियों की अनुमति है, जिसमें गैर-पूरक जी-जी, जी-टी और जी-ए जोड़े (डगमगाने वाले जोड़े) शामिल हैं। केवल एक अणु के मामले में, इसे लूप संरचना में पैक करना चाहिए। द्वैध में संकरण की प्रक्रिया सूत्र द्वारा वर्णित है:
जहां ए और बी समाधान ("यादृच्छिक कुंडल राज्य") में अलग-अलग श्रृंखलाएं हैं, और एबी गठित डुप्लेक्स है। यह प्रतिक्रिया प्रतिवर्ती है। इस प्रतिक्रिया के लिए संतुलन स्थिरांक k को इस प्रकार परिभाषित किया गया है:
संतुलन स्थिरांक श्रृंखला सांद्रता, तापमान, नमक सांद्रता, pH और प्रतिक्रिया में अन्य घटकों (जैसे ग्लिसरॉल या DMSO) पर निर्भर करता है। एक या दोनों श्रृंखलाओं (और / या) की एकाग्रता में परिवर्तन के जवाब में निरंतर K बदलता है, फिर पूरी प्रणाली परिवर्तनों का जवाब देती है और फिर [ए], [बी] की व्यक्तिगत सांद्रता और भी बदल जाती है। उदाहरण के लिए, यदि सिस्टम में अधिक श्रृंखला ए है, तो एकाग्रता में वृद्धि होगी। मान लीजिए संतुलन स्थिरांक 1.81x10 6 है और जंजीरों की सांद्रता = = 10 -5 M:
हम k की गणना के लिए सूत्रों में घटकों को प्रतिस्थापित करते हैं:
पुनर्व्यवस्थित करने के बाद, हम प्राप्त करते हैं:
उदाहरण के लिए, इस सूत्र में प्रतिस्थापित करने पर = 7.91x10 -6 M तब जंजीरों का सांद्रण [A] = [B] = 2.09x10 -6 M होगा। अर्थात केवल 79% जंजीरों को डुप्लेक्स में जोड़ा जाएगा।
क्या तापमान में बदलाव के साथ संतुलन स्थिरांक निर्धारित करना संभव है? यह हमें मुक्त ऊर्जा (dG), एन्थैल्पी (dH) और एन्ट्रापी (dS) जैसे महत्वपूर्ण थर्मोडायनामिक मापदंडों की समझ में लाता है। मुक्त ऊर्जा, थैलेपी और एन्ट्रापी में परिवर्तन "संकरण तापमान टी" से एक अव्यवस्थित, यादृच्छिक अवस्था में संक्रमण के दौरान होता है। इन अनुपातों को सूत्र dG = dH - TdS द्वारा परिभाषित किया गया है, (श्रृंखलाओं की सांद्रता के लिए [A] = [B] = = 1M), तो गिब्स मुक्त ऊर्जा की गणना के लिए आदर्श सूत्र है:
जहां T केल्विन में तापमान है, dH° (cal/mol) और dS° (cal/mol K)।
इसके संतुलन स्थिरांक के लिए रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान गिब्स मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन से संबंधित एक उपयोगी संबंध है:
जहाँ R सार्वत्रिक गैस स्थिरांक (1.987cal/mol K) है।
दोनों सूत्रों को मिलाकर हमें प्राप्त होता है:
पिघलने का तापमान (T m) संतुलन पर निर्धारित होता है, जब आधी श्रृंखलाएं एक-दूसरे से जुड़ी होती हैं और दूसरी आधी मुक्त अवस्था में होती है, अर्थात k=1:
एक साधारण लूप के गलनांक की गणना इस प्रकार की जाती है। डीएनए डुप्लेक्स के लिए, प्रत्येक स्ट्रैंड (मोल्स, एम में) की एकाग्रता को ध्यान में रखना आवश्यक है। इस प्रकार, यदि [ए] और [बी] अणु ए और बी की सांद्रता हैं, तो जंजीरों की कुल एकाग्रता, सी, उनके योग के बराबर है, [ए] + [बी]।
यह माना जाता है कि दोनों श्रृंखलाओं की एकाग्रता समान है [ए] = [बी] = सी/2। इस मामले में,
जहाँ f = 4. एक स्व-पूरक ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड = C और फिर f = 1 के लिए। यह पिघलने का तापमान तभी निर्धारित होता है जब आधे अणु एक दूसरे से बंधे होते हैं।
स्व-पूरक ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड के लिए, k = 1/ इसलिए:
एक गैर-पूरक द्वैध के लिए, जब , k =1/( – /2), Tm की गणना निम्नानुसार की जाती है:
प्रमुख स्ट्रैंड (आमतौर पर एक पीसीआर प्राइमर) की दाढ़ एकाग्रता कहां है और [बीटी] कम एकाग्रता स्ट्रैंड (जीनोमिक डीएनए) की दाढ़ एकाग्रता है।
गलनांक गणना
थर्मोडायनामिक पैरामीटर डीजी, डीएच और डीएस की गणना निकटतम पड़ोसी मॉडल के आधार पर की जाती है। गतिशील प्रोग्रामिंग एल्गोरिदम का उपयोग करते हुए संकरण के दौरान डीएनए की माध्यमिक संरचना की सटीक भविष्यवाणी के लिए प्रत्येक पूरक आधार जोड़ी के साथ-साथ सभी बेमेल, मुक्त सिरों, हेयरपिन और लूप के लिए सभी संभावित थर्मोडायनामिक मापदंडों के डेटाबेस की आवश्यकता होती है। लघु ओलिगोन्यूक्लियोटाइड की गणना के लिए थर्मोडायनामिक सूत्र थर्मोडायनामिक मापदंडों पर आधारित है - एन्ट्रापी डीएस और एन्थैल्पी डीएच, चार न्यूक्लियोटाइड के 10 संयोजनों में से प्रत्येक के लिए (तालिका 1)। तालिका 1 1M NaCl की सांद्रता पर न्यूक्लियोटाइड जोड़े के लिए निकटतम पड़ोसियों (NN) के लिए थर्मोडायनामिक मापदंडों को दिखाती है।
टीएम (°С) की गणना करने के लिए, प्रत्येक जोड़ी के लिए सभी गिब्स मुक्त ऊर्जा मूल्यों को एक न्यूक्लियोटाइड की वृद्धि में अभिव्यक्त किया जाता है:
dG सामान्य = dG प्रारंभिक + dG समरूपता +∑dG + dG अंत में
डीजी सैद्धांतिक = 1.96 + 0 - 2.17 - 1.44 - 1.44 - 1.00 - 1.45 - 1.30 +0.05
डीजी सैद्धांतिक = -5.35 किलो कैलोरी/मोल
एन्ट्रापी (dH = -43.5 kcal/mol) और तापीय धारिता (dS = -122.5) मानों की गणना इसी प्रकार की जाती है:
कई डीएनए डुप्लेक्स में एकल-स्ट्रैंड संरचनाएं प्रतिस्पर्धा करती हैं, और यह सिस्टम के संतुलन को बदल देती है और परिणामस्वरूप, सूत्र द्वारा अनुमानित मूल्य से टी एम मूल्य में कमी आती है।
समाधान में नमक के लिए सुधार के साथ टी एम की गणना के लिए सामान्य सूत्र है:
जहां एल ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड की लंबाई है, आर गैस स्थिरांक (1.987cal/K mol) है, c ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड की सांद्रता है (आमतौर पर 2x10 −7 M), मोल्स में पोटेशियम आयनों की सांद्रता है (आमतौर पर 5x10 - 2 एम)।
| जोड़े का क्रम (5"-3"/3"-5") |
° किलो कैलोरी/मोल |
° कैल / (मोल के) |
° 37 किलो कैलोरी/मोल |
|---|---|---|---|
| एए/टीटी | -7.6 | -21.3 | -1.00 |
| एटी/टीए | -7.2 | -20.4 | -0.88 |
| टीए/एटी | -7.2 | -20.3 | -0.58 |
| सीए/जीटी | -8.5 | -22.7 | -1.45 |
| जीटी/सीए | -8.4 | -22.4 | -1.44 |
| सीटी/जीए | -7.8 | -21.0 | -1.28 |
| जीए/सीटी | -8.2 | -22.2 | -1.30 |
| तटरक्षक/जीसी | -10.6 | -27.2 | -2.17 |
| जीसी/सीजी | -9.8 | -24.4 | -2.24 |
| जीजी/सीसी | -8.0 | -19.9 | -1.84 |
| दीक्षा | +0.2 | -5.7 | +1.96 |
| टर्मिनल ए-टी जोड़ी | +2.2 | +6.9 | +0.05 |
| समरूपता सुधार | 0.0 | -1.4 | +0.43 |
डुप्लेक्स के अंदर एकल त्रुटि
पूरक न्यूक्लियोटाइड जोड़े के लिए निकटतम पड़ोसी मॉडल को उन जोड़े तक बढ़ाया जा सकता है जिनमें गैर-पूरक न्यूक्लियोटाइड शामिल हैं। यह दिखाया गया है कि अवरोही क्रम में गैर-पूरक आधार जोड़े की स्थिरता में कमी की प्रवृत्ति है:
जी-सी > पर> जी जी > जी टी ≥ जी ए > टी टी ≥ ए ए > टी सी ≥ ए सी ≥ सी सी
गुआनिडीन जी सबसे अधिक "विशाल" आधार है क्योंकि यह गैर-पूरक आधारों (जी · जी, जी · टी और जी · ए) के साथ मजबूत आधार जोड़े बनाता है। दूसरी ओर, साइटोसिन सी सबसे अधिक भेदभावपूर्ण आधार है क्योंकि यह गैर-पूरक आधारों (टी · सी ≥ ए · सी ≥ सी · सी) के साथ सबसे स्थिर पूरक जोड़े और अस्थिर जोड़े बनाता है।
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