आणविक जीव विज्ञान: DNA से प्रोटीन

समझिए: जीवन का "केंद्रीय सिद्धांत (Central Dogma)" है — DNA → RNA → प्रोटीन। DNA में संदेश लिखा है, RNA उसे ले जाता है, और राइबोसोम उससे प्रोटीन बनाता है।

🎓 पूरा पाठ — स्नातकोत्तर-स्तर की समझ:

DNA ही आनुवंशिक पदार्थ है — प्रमाणों की यात्रा: ग्रिफ़िथ (1928) — गर्म करके मारे गए विषैले S-जीवाणु और जीवित हानिरहित R-जीवाणु मिलाने पर चूहे मर गए; यानी कोई "रूपांतरण कारक" R को S बना रहा था। एवरी, मैकलॉयड और मैकार्टी (1944) — एंज़ाइमों से दिखाया कि यह कारक DNA है (DNase से रूपांतरण रुका, प्रोटीएज़ से नहीं)। हर्शे-चेज़ (1952) — बैक्टीरियोफ़ेज में DNA को ³²P और प्रोटीन को ³⁵S से चिह्नित किया; जीवाणु के अंदर ³²P गया — अंतिम पुष्टि कि DNA ही आनुवंशिक पदार्थ है।

DNA की पैकिंग: लगभग 2 मीटर DNA एक छोटे केंद्रक में कैसे समाता है? DNA हिस्टोन अष्टक के चारों ओर लिपटकर न्यूक्लियोसोम बनाता है (लगभग 200 क्षार-युग्म), जो "माला के मनकों" जैसा दिखता है; यह और संघनित होकर क्रोमैटिन बनता है। ढीला, सक्रिय भाग यूक्रोमैटिन; कसा, निष्क्रिय हेटरोक्रोमैटिन।

प्रतिकृति कैसे होती है? हेलिकेज़ दोनों धागे खोलता है; टोपोआइसोमरेज़ (जाइरेज़) आगे बनने वाले तनाव को हटाता है; प्राइमेज़ छोटा RNA प्राइमर बनाता है; DNA पॉलिमरेज़ केवल 5′ → 3′ दिशा में नया धागा बना सकता है। इसलिए एक धागा लगातार बनता है (अग्रग), दूसरा टुकड़ों में (पश्चग — ओकाज़ाकी खंड), जिन्हें लाइगेज़ जोड़ता है।

अनुलेखन और प्रसंस्करण: RNA पॉलिमरेज़ प्रमोटर से जुड़कर mRNA बनाता है (जीवाणु में सिग्मा कारक प्रमोटर पहचानता है)। यूकैरियोट में प्राथमिक mRNA का प्रसंस्करण होता है: 5′ सिरे पर कैप (मिथाइल ग्वानोसीन), 3′ पर पॉली-A पूँछ, और स्प्लाइसिंग — इंट्रॉन हटाए जाते हैं, एक्सॉन जोड़े जाते हैं।

अनुवादन: aminoacyl-tRNA सिंथेटेज़ हर tRNA पर सही अमीनो अम्ल चढ़ाता है ("चार्जिंग")। राइबोसोम पर तीन स्थल — A (नया tRNA आता), P (बढ़ती श्रृंखला), E (ख़ाली tRNA निकलता)। tRNA का प्रतिकोडॉन mRNA के कोडॉन से जुड़ता है; तीसरे क्षार पर ढीला जोड़ — वॉबल परिकल्पना (क्रिक) — इसीलिए 61 कोडॉन के लिए कम tRNA पर्याप्त।

लैक ओपेरॉन — जीन का स्विच: लैक्टोज़ न हो तो दमनकारी (repressor) ऑपरेटर पर बैठकर अनुलेखन रोकता है; लैक्टोज़ आए तो एलोलैक्टोज़ (प्रेरक) दमनकारी से जुड़कर उसे हटा देता है — जीन चालू। यह प्रेरणीय, ऋणात्मक नियंत्रण का उदाहरण है।

• मानव जीनोम परियोजना (1990–2003): लगभग 3 अरब क्षार-युग्म, 20–25 हज़ार जीन; DNA फ़िंगरप्रिंटिंग VNTR (बार-बार दोहराए क्रम) पर आधारित।

✏️ परीक्षा-प्रश्न, व्याख्या सहित: "हर्शे-चेज़ प्रयोग में किस समस्थानिक से DNA चिह्नित किया गया और क्यों?" हल: ³²P — क्योंकि फ़ॉस्फ़ोरस DNA में है, प्रोटीन में नहीं; जबकि सल्फ़र प्रोटीन (सिस्टीन, मेथियोनीन) में है, DNA में नहीं।

सार: ग्रिफ़िथ → एवरी → हर्शे-चेज़; न्यूक्लियोसोम; हेलिकेज़-प्राइमेज़-पॉलिमरेज़-लाइगेज़; ओकाज़ाकी; कैप, पॉली-A, स्प्लाइसिंग; A-P-E स्थल; वॉबल; लैक ओपेरॉन।

• DNA की संरचना: दोहरी कुंडली (वाटसन-क्रिक, 1953); क्षार-युग्म A = T (2 हाइड्रोजन बंध), G ≡ C (3 हाइड्रोजन बंध); चारगॉफ़ नियम: A + G = T + C।
• RNA में थाइमीन (T) की जगह यूरेसिल (U) होता है, और शर्करा राइबोज़।
• DNA प्रतिकृति अर्धसंरक्षी होती है — हर नए DNA में एक पुराना, एक नया धागा (मेसेल्सन-स्टाल प्रयोग); मुख्य एंज़ाइम DNA पॉलिमरेज़।

• आनुवंशिक कूट: त्रिक (3 क्षार = 1 कोडॉन); कुल 64 कोडॉन — 61 अमीनो अम्ल के लिए, 3 रोकने वाले (UAA, UAG, UGA); शुरुआत AUG (मेथियोनीन) से। कूट सार्वत्रिक और अपह्रासित (एक अमीनो अम्ल के कई कोडॉन) है।
• लैक ओपेरॉन (जैकब और मोनोड) — जीवाणु में जीनों के चालू-बंद होने का मॉडल।

⚠️ परीक्षा का जाल: AUG शुरुआत (start) कोडॉन भी है और मेथियोनीन का कूट भी — "AUG का कार्य" पूछे तो दोनों याद रखें।

📝 परीक्षा में ऐसे: "किसी DNA में 30% एडेनीन है, तो साइटोसीन कितना?" → A = T = 30%, बाकी 40% में G = C → 20%।

🧠 ट्रिक: "AT दो, GC तीन" (हाइड्रोजन बंध); "RNA में U-Turn" (T की जगह U)।