आनुवंशिक कोड क्या है और यह कैसे काम करता है?

कोई फर्क नहीं पड़ता कि हम जीवित प्राणी कितनी रूपात्मक विविधता प्रस्तुत करते हैं, हम सभी एक ही छतरी के नीचे एकजुट हैं: हमारी मूल कार्यात्मक इकाई कोशिका है। यदि किसी जीवित प्राणी के पास एक ऐसी कोशिका है जिस पर उसकी संपूर्ण रूपात्मक संरचना आधारित है, तो उसे एककोशिकीय कहा जाता है। प्रोटोजोआ या बैक्टीरिया), जबकि हममें से कई (कुछ सौ से सैकड़ों अरबों तक) बहुकोशिकीय प्राणी हैं।

इस प्रकार, प्रत्येक जीव कोशिका से शुरू होता है और इसलिए, कुछ आणविक संस्थाओं जैसे कि वायरस को जैविक दृष्टिकोण से सख्ती से "जीवित" नहीं माना जाता है। बदले में, अध्ययनों से पता चला है कि प्रत्येक कोशिका में 42 मिलियन प्रोटीन अणु होते हैं। इसलिए, यह आश्चर्य की बात नहीं है कि शुष्क जीवित ऊतकों के वजन का 50% केवल प्रोटीन से बना होने का अनुमान है।

हम यह सब असंबंधित डेटा क्यों प्रदान करते हैं? आज हम जीवन के रहस्य को उजागर करने आए हैं: आनुवंशिक कोड. पहली नज़र में यह जितना रहस्यमय लग सकता है, हम आपको विश्वास दिलाते हैं कि आप इस अवधारणा को तुरंत समझ जाएंगे। बात कोशिकाओं, प्रोटीन और डीएनए की है। पता लगाने के लिए रुकें।

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आनुवंशिक कोड क्या है?

आइए स्पष्ट और संक्षिप्त रूप से शुरू करें: आनुवंशिक कोड इससे ज्यादा कुछ नहीं है निर्देशों का समूह जो कोशिका को एक विशिष्ट प्रोटीन बनाने का तरीका बताता है. हम पिछली पंक्तियों में पहले ही कह चुके हैं कि प्रोटीन ऊतकों की आवश्यक संरचनात्मक इकाई है जीवित है, यही कारण है कि हम एक वास्तविक प्रश्न का सामना नहीं कर रहे हैं: प्रोटीन के बिना कोई जीवन नहीं है, इसलिए सरल।

आनुवंशिक कोड की विशेषताओं को 1961 में फ्रांसिस क्रिक, सिडनी ब्रेनर और अन्य सहयोगी आणविक जीवविज्ञानी द्वारा स्थापित किया गया था। यह शब्द परिसर की एक श्रृंखला पर आधारित है, लेकिन पहले हमें उन्हें समझने के लिए कुछ शर्तों को स्पष्ट करना होगा। इसका लाभ उठाएं:

डीएनए: न्यूक्लिक एसिड जिसमें सभी मौजूदा जीवों के विकास और कामकाज में उपयोग किए जाने वाले आनुवंशिक निर्देश होते हैं।
आरएनए: न्यूक्लिक एसिड जो प्रोटीन संश्लेषण के मध्यवर्ती चरणों को निर्देशित करने सहित विभिन्न कार्य करता है।
न्यूक्लियोटाइड्स: कार्बनिक अणु, जो एक साथ, जीवित प्राणियों के डीएनए और आरएनए श्रृंखलाओं को जन्म देते हैं।
कोडन या ट्रिपलेट: प्रत्येक 3 अमीनो एसिड जो आरएनए बनाते हैं, एक कोडन बनाते हैं, यानी आनुवंशिक जानकारी का एक तिहाई।
अमीनो एसिड: कार्बनिक अणु जो एक निश्चित क्रम में प्रोटीन को जन्म देते हैं। आनुवंशिक कोड में 20 अमीनो एसिड एन्कोडेड होते हैं।

आनुवंशिक कोड के आधार

एक बार जब हम इन बहुत ही बुनियादी शर्तों के बारे में स्पष्ट हो जाते हैं, तो यह हमारे लिए अन्वेषण करने का समय है क्रिक और उनके सहयोगियों द्वारा स्थापित आनुवंशिक कोड की मुख्य विशेषताएं. ये निम्नलिखित हैं:

कोड ट्रिपल या कोडन में व्यवस्थित होता है: प्रत्येक तीन न्यूक्लियोटाइड (कोडन या ट्रिपलेट) एक एमिनो एसिड को एन्कोड करता है।
आनुवंशिक कोड पतित है: अमीनो एसिड की तुलना में अधिक ट्रिपल या कोडन हैं। इसका मतलब है कि एक एमिनो एसिड आमतौर पर एक से अधिक ट्रिपल द्वारा एन्कोड किया जाता है।
आनुवंशिक कोड अतिव्यापी नहीं है: एक न्यूक्लियोटाइड केवल एक एकल ट्रिपल के अंतर्गत आता है। यानी एक विशिष्ट न्यूक्लियोटाइड एक ही समय में दो कोडन में नहीं होता है।
पठन "बिना अल्पविराम" है: हम बहुत जटिल शब्दावली नहीं लेना चाहते हैं, इसलिए हम कहेंगे कि कोडन के बीच कोई "रिक्त स्थान" नहीं है।
परमाणु आनुवंशिक कोड सार्वभौमिक है: एक ही अमीनो एसिड के लिए विभिन्न प्रजातियों के कोड में एक ही ट्रिपल।

आनुवंशिक कोड को उजागर करना

हमारे पास पहले से ही पारिभाषिक आधार और सैद्धांतिक स्तंभ हैं। अब उन्हें व्यवहार में लाने का समय आ गया है। सबसे पहले हम आपको बता दें कि प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड को एक अक्षर के आधार पर एक नाम प्राप्त होता है, जो नाइट्रोजनस बेस द्वारा वातानुकूलित होता है जो इसे प्रस्तुत करता है. नाइट्रोजनस आधार निम्नलिखित हैं: एडेनिन (ए), साइटोसिन (सी), ग्वानिन (जी), थाइमिन (टी) और यूरैसिल (यू)। एडेनिन, साइटोसिन और ग्वानिन सार्वभौमिक हैं, जबकि थाइमिन डीएनए के लिए अद्वितीय है और यूरैसिल आरएनए के लिए अद्वितीय है। यदि आप इसे देखते हैं, तो आपको क्या लगता है इसका क्या अर्थ है ?:

सीसीटी

सीसीयू

ऊपर वर्णित शर्तों को पुनर्प्राप्त करने का समय आ गया है। सीसीटी एक डीएनए श्रृंखला का हिस्सा है, यानी 3 अलग-अलग न्यूक्लियोटाइड: एक साइटोसिन बेस के साथ, दूसरा साइटोसिन बेस के साथ और दूसरा थाइमिन बेस के साथ। बोल्ड अक्षरों के दूसरे मामले में हम एक कोडन के सामने हैं, क्योंकि यह एक आरएनए श्रृंखला में "टैडुसिडेटेड" डीएनए आनुवंशिक जानकारी है (इसलिए एक यूरैसिल है जहां एक थाइमिन हुआ करता था)।

इस प्रकार, हम पुष्टि कर सकते हैं कि सीसीयू एक कोडन है जो अमीनो एसिड प्रोलाइन के लिए कोड करता है। जैसा कि हमने पहले कहा है, आनुवंशिक कोड पतित होता है। इस प्रकार, अमीनो एसिड प्रोलाइन भी विभिन्न न्यूक्लियोटाइड के साथ अन्य कोडन द्वारा एन्कोड किया गया है: सीसीसी, सीसीए, सीसीजी। तो, अमीनो एसिड प्रोलाइन कुल 4 कोडन या ट्रिपल द्वारा एन्कोड किया गया है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ऐसा नहीं है कि अमीनो एसिड को कोड करने के लिए 4 कोडन की आवश्यकता होती है, लेकिन उनमें से कोई भी मान्य है। सामान्य रूप में, आवश्यक अमीनो एसिड मेथियोनीन और ट्रिप्टोफैन को छोड़कर, 2,3,4 या 6 अलग-अलग कोडन द्वारा एन्कोड किए जाते हैं जो केवल एक-एक को जवाब देते हैं।

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इतनी जटिलता क्यों?

चलो गणना करते हैं। यदि प्रत्येक कोडन को केवल एक न्यूक्लियोटाइड द्वारा एन्कोड किया गया था, तो केवल 4 अलग-अलग अमीनो एसिड बन सकते थे। यह प्रोटीन संश्लेषण को एक असंभव प्रक्रिया बना देगा, क्योंकि सामान्य तौर पर प्रत्येक प्रोटीन लगभग 100-300 अमीनो एसिड से बना होता है। आनुवंशिक कोड में केवल 20 अमीनो एसिड शामिल होते हैं, लेकिन हमारे ऊतकों में मौजूद विभिन्न प्रोटीनों को जन्म देने के लिए इन्हें "असेंबली लाइन" के साथ अलग-अलग तरीकों से व्यवस्थित किया जा सकता है।

दूसरी ओर, यदि प्रत्येक कोडन दो न्यूक्लियोटाइड से बना होता है, तो संभावित "द्विगुणों" की कुल संख्या 16 होगी। हम अभी भी लक्ष्य से दूर हैं। अब, यदि प्रत्येक कोडन तीन न्यूक्लियोटाइड से बना होता है (जैसा कि मामला है), संभावित क्रमपरिवर्तन की संख्या बढ़कर 64 हो जाएगी। यह ध्यान में रखते हुए कि 20 आवश्यक अमीनो एसिड होते हैं, 64 कोडन के साथ उनमें से प्रत्येक को एन्कोड करना संभव है और शीर्ष पर, प्रत्येक मामले में विभिन्न भिन्नताएं प्रदान करते हैं।

एप्लाइड लुक

हमारे पास जगह खत्म हो रही है, लेकिन इतनी सारी जानकारी को कुछ पंक्तियों में केंद्रित करना वास्तव में जटिल है। निम्नलिखित आरेख में हमारा अनुसरण करें, क्योंकि हम आपसे वादा करते हैं कि इस सभी शब्दावली समूह को बंद करना जितना लगता है उससे कहीं अधिक आसान है:

सीसीटी (डीएनए) → सीसीयू (आरएनए) → प्रोलाइन (राइबोसोम)

यह छोटा आरेख निम्नलिखित को व्यक्त करता है: सेलुलर डीएनए में 3 न्यूक्लियोटाइड्स सीसीटी होते हैं, लेकिन यह आनुवंशिक जानकारी को "व्यक्त" नहीं कर सकता है, क्योंकि यह अपने नाभिक में सेलुलर मशीनरी से अलग है।. इसलिए, आरएनए पोलीमरेज़ एंजाइम डीएनए न्यूक्लियोटाइड्स को आरएनए न्यूक्लियोटाइड्स में ट्रांसक्रिबिंग (ट्रांसक्रिप्शन के रूप में जानी जाने वाली प्रक्रिया) के लिए जिम्मेदार है, जो मैसेंजर आरएनए का निर्माण करेगा।

अब हमारे पास मैसेंजर आरएनए में सीसीयू कोडन है, जो नाभिक से अपने छिद्रों के माध्यम से साइटोसोल तक जाएगा, जहां राइबोसोम स्थित हैं। संक्षेप में हम कह सकते हैं कि मैसेंजर आरएनए यह जानकारी राइबोसोम को देता है, जो "समझता है" कि अमीनो एसिड प्रोलाइन को एक विशिष्ट प्रोटीन को जन्म देने के लिए पहले से निर्मित अमीनो एसिड अनुक्रम में जोड़ा जाना चाहिए।

जैसा कि हमने पहले कहा, एक प्रोटीन लगभग 100-300 अमीनो एसिड से बना होता है। इस प्रकार, 300 अमीनो एसिड के क्रम से बनने वाले किसी भी प्रोटीन को कुल 900 ट्रिपल (300x3) या, यदि आप चाहें, तो 2,700 न्यूक्लियोटाइड्स (300x3x3) द्वारा एन्कोड किया जाएगा। अब, 2,700 न्यूक्लियोटाइड्स में से प्रत्येक में प्रत्येक अक्षर की कल्पना करें, कुछ इस तरह: AAAUCCCCGGUGAUUUAUAAGG (...) यह व्यवस्था है, पत्रों का यह समूह, जो वास्तव में है जेनेटिक कोड। पहले की तुलना में यह आसान लग रहा था, है ना?

बायोडाटा

यदि आप आणविक जीव विज्ञान में रुचि रखने वाले किसी जीवविज्ञानी से आनुवंशिक कोड के बारे में पूछें, तो आप निश्चित रूप से लगभग 4-5 घंटे बातचीत करेंगे। यह जानना वास्तव में आकर्षक है कि जीवन का रहस्य, असत्य जैसा कि यह लग सकता है, "अक्षरों" के एक विशिष्ट उत्तराधिकार में निहित है।

इसलिए कि, किसी भी जीवित प्राणी के जीनोम को इन 4 अक्षरों से मैप किया जा सकता है. उदाहरण के लिए, मानव जीनोम परियोजना के अनुसार, हमारी प्रजातियों की सभी आनुवंशिक जानकारी 3,000 मिलियन. से बनी है आधार जोड़े (न्यूक्लियोटाइड्स), जो हमारे सभी के केंद्रक के भीतर गुणसूत्रों के 23 जोड़े पर पाए जाते हैं कोशिकाएं। बेशक, कोई फर्क नहीं पड़ता कि जीवित प्राणी कितने अलग हैं, हम सभी की एक समान "भाषा" है।

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