पुनर्जनन और मरम्मत का चरण. मरम्मत

डीएनए की मरम्मत- यह उसकी मरम्मत है, यानी अणु की संरचना में उत्पन्न होने वाली त्रुटियों का सुधार। शब्द "पुनरावृत्ति" अंग्रेजी के "मरम्मत" से आया है, जिसका अनुवाद "मरम्मत", "मरम्मत" आदि के रूप में किया जाता है।

डीएनए संरचना में त्रुटियां जिन्हें अक्सर ठीक किया जा सकता है, का मतलब न्यूक्लियोटाइड्स के अनुक्रम का उल्लंघन होता है - संरचनात्मक इकाइयां जो प्रत्येक डीएनए स्ट्रैंड बनाती हैं। डीएनए अणु में दो स्ट्रैंड होते हैं, जो एक दूसरे के पूरक होते हैं। इसका मतलब यह है कि यदि किसी एक सर्किट में क्षति होती है, तो दूसरे क्षतिग्रस्त सर्किट का उपयोग करके पहले के क्षतिग्रस्त खंड को पुनर्स्थापित करना संभव है। इसके अलावा, यूकेरियोटिक कोशिकाओं में, प्रत्येक गुणसूत्र समजात होता है, यानी, इसमें जीन का एक ही सेट होता है (लेकिन एलील्स नहीं)। चरम मामलों में, जब अणु के दोनों स्ट्रैंड पर एक खंड क्षतिग्रस्त हो जाता है, तो इसे समजात गुणसूत्र से कॉपी किया जा सकता है। इसके अलावा, कोशिका चक्र के एस-चरण के बाद, जब प्रतिकृति (स्व-प्रतिलिपि) होती है, तो प्रत्येक गुणसूत्र में दो डबल-स्ट्रैंडेड क्रोमैटिड होते हैं जो एक दूसरे के समान होते हैं, यानी, अनिवार्य रूप से दो समान डीएनए अणु होते हैं। इसका उपयोग क्षतिग्रस्त अणु की मूल संरचना को बहाल करने के लिए भी किया जा सकता है।

विकास के दौरान, डीएनए की मरम्मत के लिए जिम्मेदार कई अलग-अलग सेलुलर आणविक तंत्र उभरे हैं। ये मुख्य रूप से विभिन्न एंजाइम और उनके कॉम्प्लेक्स हैं। उनमें से कुछ प्रतिकृति में भी शामिल हैं। ऐसे एंजाइमों को एन्कोड करने वाले जीन को नुकसान विशेष रूप से खतरनाक है। इससे किसी न किसी मरम्मत तंत्र का नुकसान होता है। इस मामले में, कोशिकाओं में क्षति और उत्परिवर्तन का अधिक तेजी से संचय होता है। यह अक्सर अनियंत्रित रूप से विभाजित होने वाली कोशिकाओं, यानी ट्यूमर की उपस्थिति का कारण बनता है।

दूसरी ओर, यदि डीएनए क्षति विशेष रूप से गंभीर है, तो कोशिकाओं में आत्म-विनाश तंत्र सक्रिय हो जाता है ( apoptosis). इस प्रकार, ऐसी कोशिकाओं को विभाजित होने की अनुमति नहीं है, जिसका अर्थ है कि अगली पीढ़ी में महत्वपूर्ण डीएनए क्षति नहीं होगी।

डीएनए की संरचना में त्रुटियां इसके अस्तित्व के विभिन्न चरणों में (संश्लेषण के दौरान, संश्लेषण के पूर्व और बाद की अवधि में), विभिन्न कारणों से (संयोग से, रासायनिक रूप से सक्रिय पदार्थों, विकिरण, आदि के प्रभाव में) हो सकती हैं। इसके अलावा, परिवर्तन अलग-अलग हो सकते हैं (न्यूक्लियोटाइड के एक रासायनिक समूह का नुकसान या एक अतिरिक्त समूह का जुड़ना, एक न्यूक्लियोटाइड का दूसरे के साथ प्रतिस्थापन, दो पड़ोसी न्यूक्लियोटाइड के बीच एक रासायनिक बंधन की स्थापना, श्रृंखला टूटना, एक खंड का नुकसान, आदि) . ऐसी विविधता के कारण, मरम्मत तंत्र को वर्गीकृत करना मुश्किल है। उन्हें अक्सर उन लोगों में विभाजित किया जाता है जो प्रतिकृति के दौरान, प्रतिकृति के तुरंत बाद और कोशिका के शेष जीवन चक्र के दौरान होते हैं। डीएनए संरचना और मरम्मत विधियों में परिवर्तन के सबसे अधिक अध्ययन किए गए कारण नीचे सूचीबद्ध हैं।

यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि सभी त्रुटियों को ठीक नहीं किया जाता है; अपेक्षाकृत छोटी और गैर-महत्वपूर्ण त्रुटियों को अगली पीढ़ी की कोशिकाओं और जीवों में प्रेषित किया जा सकता है। इन्हें क्षति नहीं, बल्कि उत्परिवर्तन कहा जा सकता है। अधिकांश उत्परिवर्तन हानिकारक होते हैं, लेकिन जो पर्यावरणीय परिस्थितियों में तटस्थ या लाभकारी होते हैं वे विकास के लिए सामग्री प्रदान करते हैं। इस प्रकार, डीएनए मरम्मत तंत्र की अपूर्णता ने हमारे ग्रह पर जीवन की विविधता सुनिश्चित की है।

प्रतिकृति के दौरान न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम का सुधार

डीएनए पोलीमरेज़ डीएनए प्रतिकृति में अधिकांश काम करते हैं, एक नए स्ट्रैंड में न्यूक्लियोटाइड द्वारा न्यूक्लियोटाइड जोड़ते हैं। मुख्य कार्य के अलावा, कई पोलीमरेज़ अंतिम न्यूक्लियोटाइड को हटाने में सक्षम हैं जो गलत तरीके से जुड़ा हुआ है, यानी, जो टेम्पलेट श्रृंखला के न्यूक्लियोटाइड का पूरक नहीं है।

न्यूक्लियोटाइड्स की रासायनिक संरचना को थोड़ा संशोधित किया जा सकता है। साथ ही, वे अपने पूरक साझेदारों के साथ नहीं बल्कि हाइड्रोजन बांड से जुड़ना शुरू करते हैं। उदाहरण के लिए, साइटोसिन को ग्वानिन से बंधना चाहिए। लेकिन इसका परिवर्तित रूप एडेनिन के साथ हाइड्रोजन बंधन बनाता है, जिसके साथ थाइमिन का बंधन होना चाहिए था।

जब डीएनए का एक नया स्ट्रैंड संश्लेषित किया जाता है, तो अगला न्यूक्लियोटाइड पहले टेम्पलेट के पूरक आधार पर हाइड्रोजन बांड द्वारा बंधा होता है। पोलीमरेज़ फिर इसे सहसंयोजक बंधन के साथ बढ़ती श्रृंखला के अंत में बांध देता है।
हालाँकि, यदि यह एक संशोधित न्यूक्लियोटाइड था जो अनुचित तरीके से मूल स्ट्रैंड के पूरक आधार से बंधा हुआ था, तो यह आमतौर पर जल्दी से अपने मूल रूप में वापस आ जाता है और गैर-पूरक बन जाता है। हाइड्रोजन बंधन टूट जाते हैं, जिससे नए स्ट्रैंड का अंत एक स्वतंत्र रूप से लटकते न्यूक्लियोटाइड के साथ सहसंयोजक रूप से संश्लेषित होने वाले स्ट्रैंड से बंधा रह जाता है।

इस मामले में, डीएनए पोलीमरेज़ अगले न्यूक्लियोटाइड को संलग्न नहीं कर सकता है, और उसके पास इस गलत न्यूक्लियोटाइड को हटाने के अलावा कोई विकल्प नहीं है।

यदि हाइड्रोजन बांड नहीं टूटे हैं, तो श्रृंखला गलत न्यूक्लियोटाइड से आगे बढ़ती रहेगी, और बिंदु उत्परिवर्तन जारी रहेगा। प्रतिकृति के बाद इसे ख़त्म किया जा सकता है.

प्रतिकृति के तुरंत बाद मरम्मत करें

डीएनए के एक नए स्ट्रैंड को संश्लेषित करने के बाद, कुछ एंजाइम कॉम्प्लेक्स गलत आधारों को पहचानते हैं। इस मामले में, डीएनए अणु की नई और पुरानी श्रृंखलाओं को निर्धारित करने में समस्या आती है। नए को मिथाइलेटेड आधारों की अनुपस्थिति और, यूकेरियोट्स में, अस्थायी विराम की उपस्थिति से पहचाना जाता है। इन विशेषताओं के आधार पर, एंजाइम कॉम्प्लेक्स नई संश्लेषित श्रृंखला की पहचान करते हैं। इस प्रकार, गैर-पूरक आधार जोड़े में, "त्रुटि" नई श्रृंखला का न्यूक्लियोटाइड है।

एक बार त्रुटि पाए जाने पर, अन्य एंजाइम केवल एक न्यूक्लियोटाइड के बजाय गलत आधार वाले डीएनए के पूरे खंड को काट देते हैं। इसके बाद, पोलीमरेज़ इस खंड का पुनर्निर्माण करता है, और लिगेज इसे शेष श्रृंखला के साथ क्रॉसलिंक करता है। यह तंत्र, जब डीएनए का एक टुकड़ा काट दिया जाता है और फिर से पुन: संश्लेषित किया जाता है, कहलाता है छांटना मरम्मत(छांटना शब्द से - काटना, काटना), यह काफी सार्वभौमिक है और इसका उपयोग मरम्मत के कई मामलों में किया जाता है, न कि केवल प्रतिकृति के तुरंत बाद डीएनए की "जांच" करते समय।

डीएनए क्षति के लिए मरम्मत तंत्र

किसी जीव का डीएनए न केवल प्रतिकृति के दौरान त्रुटियों के कारण बदल सकता है। कोशिका जीवित रहती है, प्रतिकूल बाहरी कारकों के संपर्क में आती है, इसका आंतरिक जैव रासायनिक वातावरण बदल सकता है, जिससे डीएनए के लिए हानिकारक प्रतिक्रियाएं भड़क सकती हैं। परिणामस्वरूप, आनुवंशिक सामग्री किसी न किसी रूप में क्षतिग्रस्त हो जाती है। क्षति के प्रकार और उसके पैमाने के आधार पर, विभिन्न मरम्मत तंत्र सक्रिय होते हैं, जिसमें एंजाइमैटिक कॉम्प्लेक्स के थोड़े अलग सेट शामिल होते हैं।

1. ऐसे एंजाइम होते हैं जो डीएनए के अनुभागों को हटाए बिना न्यूक्लियोटाइड परिवर्तनों को उलट देते हैं। दूसरे शब्दों में, यदि बेस ग्वानिन (जी) युक्त श्रृंखला में एक न्यूक्लियोटाइड था, जो एक रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप मिथाइल समूह से जुड़ा और मिथाइल ग्वानिन बन गया, तो एंजाइम इसे वापस ग्वानिन में बदल देगा। मूल रूप से, ऐसी डीएनए मरम्मत परमाणुओं के कुछ समूहों के जुड़ाव और अलगाव से संबंधित है।

2. प्यूरीन बेस के नुकसान की स्थिति में, छांटकर मरम्मत की जा सकती है। डीमिनेशन और आधारों के कुछ अन्य संरचनात्मक परिवर्तनों के मामले में, ग्लाइकोसिलेज एंजाइम केवल क्षतिग्रस्त न्यूक्लियोटाइड आधार को उत्सर्जित करते हैं। और इसके बाद ही मानक छांटना मरम्मत आगे बढ़ती है।

3. डिमर के निर्माण के दौरान एक खंड भी कट जाता है, जब दो पड़ोसी न्यूक्लियोटाइड एक दूसरे से जुड़े होते हैं। आमतौर पर, ऐसी प्रतिक्रियाएं पराबैंगनी किरणों के संपर्क के परिणामस्वरूप होती हैं। डिमर का निर्माण इस और आस-पास के क्षेत्रों में पूरक डीएनए स्ट्रैंड के विचलन को भड़काता है। एक बुलबुला बनता है, जिसे एंजाइमों द्वारा पहचाना जाता है। इसके बाद, छांटना मरम्मत शुरू होती है।

4. डीएनए अणुओं को इतनी गंभीर क्षति तब होती है जब इसकी दोनों श्रृंखलाओं की संरचना एक ही स्थान पर बाधित हो जाती है। इस मामले में, संपूरकता के सिद्धांत के अनुसार, एक श्रृंखला को दूसरे से पुनर्स्थापित करना अब संभव नहीं है। इस तरह की क्षति का एक उदाहरण डीएनए अणु का दो भागों में टूटना है, उदाहरण के लिए, मजबूत रेडियोधर्मी विकिरण के संपर्क में आने के कारण।

यदि डीएनए अणु के दोनों स्ट्रैंड क्षतिग्रस्त हो जाते हैं, तो क्षतिग्रस्त खंड के स्थान पर एक समजात गुणसूत्र या बहन क्रोमैटिड से एक खंड डालने पर पुनर्संयोजी मरम्मत बचाव में आ सकती है। टूटने की स्थिति में, ऐसे एंजाइम भी होते हैं जो डीएनए के टूटे हुए टुकड़े को फिर से जोड़ सकते हैं। हालाँकि, कुछ न्यूक्लियोटाइड नष्ट हो सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप गंभीर उत्परिवर्तन हो सकते हैं।

कोशिका चक्र की प्रीसिंथेटिक अवधि में पुनर्संयोजक मरम्मत केवल समजात गुणसूत्रों के बीच हो सकती है, क्योंकि इस अवधि के दौरान प्रत्येक गुणसूत्र में केवल एक क्रोमैटिड होता है। सिंथेटिक अवधि के बाद, जब गुणसूत्रों में दो समान क्रोमैटिड होते हैं, तो एक क्षेत्र को बहन क्रोमैटिड से उधार लिया जा सकता है।

इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि सिस्टर क्रोमैटिड्स में शुरू में एलील्स का एक समान सेट होता है (यदि कोई क्रॉसिंग ओवर नहीं था)। समजातीय गुणसूत्र नहीं होते। इस प्रकार, आनुवंशिक दृष्टिकोण से वास्तविक पुनर्संयोजन केवल समजात गुणसूत्रों के बीच आदान-प्रदान के मामले में होता है। हालाँकि यहाँ दोनों ही मामलों में हम पुनर्संयोजन की बात कर रहे हैं।

आइए इस उदाहरण पर विचार करें. मान लीजिए कि डीएनए में एक थाइमिन डिमर उत्पन्न हुआ, जिसकी प्रतिकृति से पहले मरम्मत नहीं की गई थी। प्रतिकृति की प्रक्रिया के दौरान, मूल डीएनए अणु के स्ट्रैंड अलग हो जाते हैं और प्रत्येक पर एक नया पूरक स्ट्रैंड बनता है। टेम्पलेट श्रृंखला पर जिसमें थाइमिन डिमर होता है, इस क्षेत्र में नई श्रृंखला का एक खंड नहीं बनाया जा सकता है। इस बिंदु पर कोई सामान्य पैटर्न नहीं है। बेटी धागे में एक गैप दिखाई देता है, लेकिन मां धागे में डिमर बना रहता है। अर्थात्, यह डीएनए अणु "नहीं जानता" कि क्षेत्र का सही न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम क्या है।

इस मामले में एकमात्र तरीका किसी अन्य क्रोमैटिड से डीएनए का एक टुकड़ा उधार लेना है। उसे उसकी एक जंजीर से ले जाया जाता है। यहां बना गैप पूरक श्रृंखला के टेम्पलेट के अनुसार बनाया गया है। क्षतिग्रस्त अणु पर स्थानांतरित साइट बेटी श्रृंखला में अंतर को भरती है; मातृ श्रृंखला में एक डिमर शामिल रहेगा, जिसे बाद में ठीक किया जा सकता है।

आनुवंशिक सामग्री की स्व-प्रतिलिपि प्रदान करता है। साथ ही, पूरकता के सिद्धांत के लिए धन्यवाद, बेटी श्रृंखला के न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों को टेम्पलेट एक से मिलान करने की सटीकता बहुत अधिक है। इसके अलावा, डीएनए एक काफी रासायनिक रूप से निष्क्रिय पदार्थ है, जो उदाहरण के लिए, आरएनए की तुलना में इसकी अधिक स्थिरता सुनिश्चित करता है। हालाँकि, यह पर्याप्त नहीं है, क्योंकि डीएनए अभी भी बाहरी प्रभावों से क्षतिग्रस्त हो सकता है, और प्रतिकृति चरण में त्रुटियाँ भी हो सकती हैं। इसलिए, कोशिकाओं में क्षति और संश्लेषण त्रुटियों को ठीक करने के लिए तंत्र होना चाहिए, अर्थात डीएनए की मरम्मत.

डीएनए संश्लेषण के विभिन्न चरणों में और होने वाली त्रुटियों के प्रकार के आधार पर कई मरम्मत तंत्र किए जाते हैं।

साथ में, मरम्मत तंत्र डीएनए अणुओं में त्रुटियों की आवृत्ति को काफी कम कर देते हैं और इसका उद्देश्य वंशानुगत सामग्री की स्थिरता को बनाए रखना है। हालाँकि, चूंकि डीएनए संरचना में सभी परिवर्तन समाप्त नहीं होते हैं, उत्परिवर्तन होते हैं, जिसके कारण पृथ्वी पर विभिन्न प्रकार के जीवित जीव उत्पन्न हुए।

डीएनए पोलीमरेज़ के साथ त्रुटियों को दूर करना

सबसे पहले, डीएनए पोलीमरेज़ स्वयं, जब एक नया डीएनए स्ट्रैंड विकसित होता है, तो जांच करता है कि बढ़ते स्ट्रैंड से सही न्यूक्लियोटाइड जुड़ा हुआ है या नहीं।

नाइट्रोजनस आधारों के परिवर्तित रूप हैं जो टेम्पलेट न्यूक्लियोटाइड से पूरक रूप से बंध सकते हैं। इस तरह, साइटोसिन का परिवर्तित रूप एडेनिन से बंध सकता है। पोलीमरेज़ इस अंतिम न्यूक्लियोटाइड को बढ़ती श्रृंखला से जोड़ देगा, लेकिन यह जल्दी ही अपने सामान्य रूप में बदल जाएगा - यह साधारण साइटोसिन बन जाएगा। इस मामले में, हाइड्रोजन बांड नष्ट हो जाते हैं (चूंकि संपूरकता टूट जाती है), और अंत में एक अयुग्मित न्यूक्लियोटाइड प्राप्त होता है, लेकिन सहसंयोजक रूप से संश्लेषित श्रृंखला से जुड़ा होता है। पोलीमरेज़ श्रृंखला को आगे नहीं बढ़ा सकता। पोलीमरेज़ स्वयं या उससे जुड़ा एक एंजाइम एंडोन्यूक्लिज़ का संपादनअंतिम "गलत" न्यूक्लियोटाइड को हटा दें।

इस स्व-सुधार तंत्र के परिणामस्वरूप, प्रतिकृति त्रुटियों की आवृत्ति 10 गुना कम हो जाती है। यदि डीएनए संश्लेषण के चरण में एक गलत न्यूक्लियोटाइड का जोड़ 10 -5 है, तो पोलीमरेज़ की मरम्मत गतिविधि उनकी संख्या को 10 -6 तक कम कर देती है।

क्षतिपूर्ति तंत्र

डीएनए पोलीमरेज़ कुछ प्रतिकृति त्रुटियों को ठीक करता है, लेकिन सभी को नहीं। इसके अलावा, डीएनए दोहरीकरण के बाद डीएनए न्यूक्लियोटाइड के अनुक्रम में भी परिवर्तन होता है। इस तरह से प्यूरीन बेस (एडेनिन और गुआनिन) नष्ट हो सकते हैं और साइटोसिन को डीमिनेट किया जा सकता है, जो यूरैसिल में बदल जाता है। ये और अन्य परिवर्तन आमतौर पर गुणसूत्र के आसपास के वातावरण में मौजूद कुछ रासायनिक रूप से सक्रिय पदार्थों के कारण होते हैं। ऐसे कई यौगिक सामान्य आधार युग्मन को बाधित करते हैं। पराबैंगनी विकिरण के प्रभाव में, दो पड़ोसी थाइमिन अवशेष एक दूसरे के साथ बंधन बना सकते हैं, थाइमिन डिमर दिखाई देते हैं।

मौजूद सीधा मुआवज़ा, जब, यदि संभव हो, तो न्यूक्लियोटाइड्स की मूल संरचना को बिना काटे, एंजाइमेटिक रूप से बहाल किया जाता है।

छांटना मरम्मत

छांटना, या पूर्व-प्रतिकृति, मरम्मत अगले प्रतिकृति चक्र से पहले होती है।

एंजाइमों का एक वर्ग है जो पूरक डीएनए स्ट्रैंड में से एक में परिवर्तित न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम का पता लगाता है। इसके बाद, गलत अनुभाग को हटा दिया जाता है और एक नए संश्लेषित अनुभाग के साथ बदल दिया जाता है। इस मामले में, मैट्रिक्स पूरक "सही" थ्रेड का एक अनुभाग है।

मरम्मत एंजाइम आमतौर पर टेम्पलेट के बजाय डीएनए के नए स्ट्रैंड पर त्रुटियों का पता लगाते हैं। नाइट्रोजनस आधारों के मिथाइलेशन की डिग्री में एक ही डीएनए अणु के दो स्ट्रैंड के बीच थोड़ा अंतर होता है। पुत्री श्रृंखला में यह संश्लेषण से पीछे रहता है। एंजाइम ऐसी श्रृंखला को पहचानते हैं और इसी पर वे उन अनुभागों को सही करते हैं जो किसी न किसी तरह से पुरानी श्रृंखला के अनुभागों के पूरक नहीं होते हैं। इसके अलावा, फिलामेंट में टूटना, जो यूकेरियोट्स में टुकड़ों में संश्लेषित होता है, सिग्नल के रूप में काम कर सकता है।

एनजाइम एंडोन्यूक्लिज़प्यूरिन बेस के नुकसान का पता लगाने में सक्षम। यह एंजाइम क्षति स्थल पर फॉस्फोएस्टर बंधन को तोड़ देता है। इसके बाद एंजाइम आता है एक्सोन्यूक्लिज़, जो त्रुटि वाले अनुभाग को हटा देता है। इसके बाद मैट्रिक्स की संपूरकता के अनुसार छेद बनाया जाता है।

डीएनए ग्लाइकोसिलेज़- एंजाइमों का एक पूरा वर्ग जो डीमिनेशन, एल्किलेशन और इसके आधारों में अन्य संरचनात्मक परिवर्तनों के परिणामस्वरूप डीएनए क्षति को पहचानता है। ग्लाइकोसिलेज़ न्यूक्लियोटाइड के बजाय क्षार को हटाते हैं। इसके बाद, बिना आधार वाले डीएनए स्ट्रैंड के हिस्सों की उसी तरह मरम्मत की जाती है जैसे प्यूरिन की "मरम्मत" के दौरान की जाती है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि नाइट्रोजनस आधारों के विखंडन से मूल न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम को बहाल करना असंभव हो सकता है। कुछ आधार जोड़े को अन्य द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है (उदाहरण के लिए, सी-जी को टी-ए द्वारा प्रतिस्थापित किया जाएगा)।

एंजाइम जो थाइमिन डिमर वाले क्षेत्रों को हटाते हैं वे व्यक्तिगत गलत आधारों को नहीं पहचानते हैं, बल्कि परिवर्तित डीएनए के लंबे खंडों को पहचानते हैं। यहां भी, एक अनुभाग हटा दिया जाता है और उसके स्थान पर एक नया संश्लेषित किया जाता है। इसके अलावा, थाइमिन डिमर को प्रकाश के प्रभाव में अनायास समाप्त किया जा सकता है - तथाकथित हल्की क्षतिपूर्ति.

उत्तर-प्रतिकृति मरम्मत

यदि पूर्व-प्रतिकृति मरम्मत परिवर्तित डीएनए अनुभागों को ठीक नहीं करती है, तो उन्हें प्रतिकृति के दौरान ठीक कर दिया जाता है। पुत्री डीएनए अणुओं में से एक के दोनों धागों में परिवर्तन होंगे। इसमें, पूरक न्यूक्लियोटाइड के कुछ जोड़े को दूसरों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, या टेम्पलेट के बदले हुए खंडों के विपरीत नई संश्लेषित श्रृंखला में अंतराल दिखाई देते हैं।

पोस्ट-रेप्लिकेटिव मरम्मत प्रणाली ऐसे डीएनए परिवर्तनों को पहचानने में सक्षम है। इस स्तर पर, डीएनए क्षति की मरम्मत दो नए डीएनए अणुओं के बीच टुकड़ों के आदान-प्रदान (यानी, पुनर्संयोजन) द्वारा की जाती है, जिनमें से एक में क्षति होती है, दूसरे में नहीं।

ऐसा थाइमिन डिमर के साथ होता है जिन्हें पिछले चरणों में नहीं हटाया गया था। दो आसन्न थाइमिन के बीच सहसंयोजक बंधन होते हैं। इस कारण वे सहसंयोजक श्रृंखला के साथ हाइड्रोजन बंध बनाने में असमर्थ होते हैं। परिणामस्वरूप, जब थाइमिन डिमर युक्त टेम्प्लेट श्रृंखला पर एक बेटी श्रृंखला को संश्लेषित किया जाता है, तो इसमें एक अंतर बन जाता है। इस ब्रेक को मरम्मत एंजाइमों द्वारा पहचाना जाता है। यह स्पष्ट है कि इस डीएनए अणु में सही खंड नहीं है (एक स्ट्रैंड में थाइमिन डिमर होता है, दूसरे में छेद होता है)। इसलिए, एकमात्र रास्ता "स्वस्थ" अणु से डीएनए का एक खंड लेना है, जो इस डीएनए अणु के टेम्पलेट स्ट्रैंड से लिया गया है। यहां जो छेद दिखाई देता है वह संपूरकता के सिद्धांत के अनुसार भरा जाता है।

एसओएस प्रणाली

वर्णित मरम्मत तंत्र का उपयोग करके डीएनए क्षति के एक महत्वपूर्ण हिस्से की मरम्मत की जाती है। हालाँकि, यदि बहुत अधिक त्रुटियाँ हैं, तो तथाकथित एसओएस प्रणाली आमतौर पर चालू होती है, जिसमें एंजाइमों का अपना समूह शामिल होता है जो पूरकता के सिद्धांत का पालन किए बिना छिद्रों को भर सकता है। इसलिए, एसओएस प्रणाली की सक्रियता अक्सर उत्परिवर्तन का कारण बनती है।

यदि डीएनए परिवर्तन बहुत महत्वपूर्ण है, तो प्रतिकृति अवरुद्ध हो जाती है और कोशिका विभाजित नहीं होगी।

आनुवंशिक क्षतिपूर्ति- विशेष एंजाइमों के प्रभाव में जीवित जीवों की कोशिकाओं में होने वाली आनुवंशिक क्षति को खत्म करने और वंशानुगत तंत्र को बहाल करने की प्रक्रिया। आनुवंशिक क्षति को ठीक करने की कोशिकाओं की क्षमता की खोज सबसे पहले 1949 में अमेरिकी आनुवंशिकीविद् ए. केल्नर ने की थी। इसके बाद, वंशानुगत सामग्री के क्षतिग्रस्त क्षेत्रों को हटाने के लिए विभिन्न तंत्रों का अध्ययन किया गया, और यह पता चला कि आनुवंशिक पुनर्जनन सभी जीवित जीवों में अंतर्निहित है। जाहिर है, आनुवंशिक क्षति की मरम्मत करने की क्षमता पृथ्वी पर जीवन के विकास के शुरुआती चरणों में दिखाई दी और जीवित प्राणियों के विकास के साथ इसमें सुधार हुआ: मरम्मत एंजाइम पौधे और पशु दुनिया के सबसे प्राचीन प्रतिनिधियों में मौजूद हैं। आज तक, बड़ी संख्या में विशेष मरम्मत एंजाइमों की खोज की गई है, साथ ही जीन (जीन देखें) जो कोशिकाओं में उनके संश्लेषण को नियंत्रित करते हैं। यह सिद्ध हो चुका है कि इन जीनों में परिवर्तन से प्रतिकूल और हानिकारक कारकों के प्रति शरीर की संवेदनशीलता बढ़ जाती है, वंशानुगत परिवर्तनों में वृद्धि में योगदान होता है - उत्परिवर्तन (उत्परिवर्तन देखें), रोगों की घटना और समय से पहले बूढ़ा होना। यह स्थापित किया गया है कि कुछ वंशानुगत मानव रोग मरम्मत एंजाइमों के संश्लेषण में गड़बड़ी के कारण विकसित होते हैं। आनुवंशिक मरम्मत के दो रूपों का विस्तार से अध्ययन किया गया है - फोटोरिएक्टिवेशन और डार्क रिपेयर।

फोटो पुनर्सक्रियण, या प्रकाश में कमी, की खोज 1949 में की गई थी। ए. केल्नर ने सूक्ष्म कवक और बैक्टीरिया पर प्रयोगों में विकिरण के जैविक प्रभावों का अध्ययन करते हुए पाया कि पराबैंगनी विकिरण की एक ही खुराक के संपर्क में आने वाली कोशिकाएं बेहतर तरीके से जीवित रहती हैं, अगर अंधेरे में विकिरण के बाद, उन्हें सामान्य प्राकृतिक प्रकाश की स्थिति में रखा गया है। इसके आधार पर, यह सुझाव दिया गया कि प्रकाश पराबैंगनी विकिरण के प्रभाव में होने वाली कोशिकाओं की आनुवंशिक संरचनाओं को होने वाली कुछ क्षति को समाप्त कर देता है।

ए. केल्नर द्वारा खोजे गए फोटोरिएक्टिवेशन प्रभाव को समझने में लगभग दो दशक लग गए। यह पता चला कि पराबैंगनी विकिरण में डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड अणुओं (संक्षिप्त रूप में डीएनए - न्यूक्लिक एसिड देखें) की संरचना को बाधित करने की क्षमता होती है, जो आनुवंशिक जानकारी रखते हैं। डीएनए अणु में चार प्रकार के तथाकथित नाइट्रोजनस आधार होते हैं: एडेनिन, गुआनिन, साइटोसिन और थाइमिन - और इसमें एक सर्पिल में मुड़ी हुई दो किस्में होती हैं। अक्सर, एक धागे में, समान आधार एक दूसरे के बगल में स्थित होते हैं। पराबैंगनी विकिरण के प्रभाव में, कुछ नाइट्रोजनस आधारों में रासायनिक बंधन टूट जाते हैं और, यदि ऐसा होता है, उदाहरण के लिए, पास के थाइमिन आधारों में, तो वे एक दूसरे के साथ जुड़ जाते हैं, जिससे एक तथाकथित थाइमिन डिमर बनता है। थाइमिन डिमर नाटकीय रूप से डीएनए डबल हेलिक्स की संरचना को बाधित करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप आनुवंशिक रिकॉर्ड का अर्थ बदल जाता है, जो या तो वंशानुगत दोषों की ओर ले जाता है जो बाद में वंशजों को प्रेषित होते हैं, या कोशिका मृत्यु की ओर ले जाते हैं। इन क्षतियों का "इलाज" करने और उन्हें खत्म करने के लिए, कुछ कोशिकाओं में विशेष एंजाइम होते हैं जिन्हें फोटोरिएक्टिवेटिंग एंजाइम कहा जाता है। ये एंजाइम पराबैंगनी विकिरण से क्षतिग्रस्त डीएनए के क्षेत्रों को "पहचानने" में सक्षम हैं, उनसे जुड़ते हैं और दो थाइमिन के बीच बने बंधनों को नष्ट करते हैं, मूल (सामान्य) डीएनए संरचना को बहाल करते हैं। हालाँकि, फोटोरिएक्टिवेटिंग एंजाइमों का "चिकित्सीय प्रभाव" - डीएनए अणु के जुड़े वर्गों का दरार और इसकी मूल सामान्य संरचना की बहाली - केवल प्रकाश ऊर्जा की भागीदारी के साथ प्रकट होता है। फिर, यहां से, प्रकाश इन प्रक्रियाओं में एक सक्रिय कारक की भूमिका निभाता है, जिससे फोटोरिएक्टिवेशन प्रतिक्रिया शुरू हो जाती है। अब तक, यह जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं का एकमात्र उदाहरण है जिसमें प्रकाश ऊर्जा एक उत्प्रेरक के रूप में कार्य करती है।

प्रारंभ में, फोटोरिएक्टिवेट करने की क्षमता सूक्ष्मजीवों में खोजी गई थी, बाद में, कुछ मछलियों, पक्षियों, उभयचरों, कीड़ों, उच्च पौधों और शैवाल की कोशिकाओं में फोटोरिएक्टिवेटिंग एंजाइम पाए गए। लंबे समय तक स्तनधारियों और मनुष्यों में इस प्रकार की मरम्मत का पता नहीं लगाया जा सका। केवल 1969 में ही यह सिद्ध हो गया था कि मार्सुपियल जानवरों की कोशिकाओं में फोटोरिएक्टिवेट करने की क्षमता होती है। इस तथ्य को पृथ्वी के इन प्राचीन निवासियों के जीव विज्ञान की विशिष्टताओं द्वारा समझाया गया था: यह माना जाता था कि मार्सुपियल्स में एक फोटोरिएक्टिवेटिंग एंजाइम की उपस्थिति असाधारण महत्व की थी, क्योंकि केवल उनमें (अन्य स्तनधारियों के बीच) भ्रूण सूर्य के प्रकाश के संपर्क में था। (पराबैंगनी विकिरण सहित) इसे माँ के बैग में स्थानांतरित करने की प्रक्रिया में। हाल के अध्ययनों से मानव त्वचा कोशिकाओं में एक फोटोरिएक्टिवेटिंग एंजाइम की उपस्थिति की संभावना का संकेत मिलता है; शायद यही कारण है कि बड़े पैमाने पर पराबैंगनी विकिरण, उदाहरण के लिए धूप सेंकने के दौरान, मानव आनुवंशिक तंत्र को नुकसान नहीं पहुंचाता है।

अँधेरा मुआवज़ा, फोटोरिएक्टिवेशन के विपरीत, सार्वभौमिक है। यह विभिन्न विकिरण और रासायनिक प्रभावों के परिणामस्वरूप प्रकट होने वाली डीएनए की विभिन्न संरचनात्मक क्षति को समाप्त करता है। अंधेरे की मरम्मत की क्षमता सभी सेलुलर प्रणालियों और जीवों में पाई गई है। अंधेरे में आनुवंशिक क्षति की मरम्मत करने की माइक्रोबियल कोशिकाओं की क्षमता की खोज 1955 में की गई थी, लेकिन इस प्रक्रिया का विवरण केवल 1964 में स्पष्ट होना शुरू हुआ। यह पता चला कि अंधेरे मरम्मत के तंत्र फोटोरिएक्टिवेशन के तंत्र से मौलिक रूप से भिन्न हैं। पहला अंतर यह है कि यदि, प्रकाश में प्रतिक्रिया के दौरान, एक फोटोरिएक्टिवेटिंग एंजाइम पराबैंगनी विकिरण से जुड़े डीएनए अणु के खंडों को तोड़ देता है, तो अंधेरे मरम्मत के दौरान क्षतिग्रस्त खंड डीएनए अणु से हटा दिए जाते हैं। दूसरा अंतर "ठीक होने योग्य" चोटों की संख्या से संबंधित है। फोटोरिएक्टिवेटिंग एंजाइम केवल एक प्रकार की डीएनए क्षति के खिलाफ सक्रिय है - पराबैंगनी विकिरण के प्रभाव में थाइमिन डिमर का निर्माण। अंधेरे मरम्मत करने वाले एंजाइम डीएनए की विभिन्न संरचनात्मक क्षति को खत्म करने में सक्षम हैं जो कोशिकाओं पर विभिन्न प्रभावों के परिणामस्वरूप दिखाई देते हैं - रासायनिक और विकिरण दोनों। अंधेरे मरम्मत के परिणामस्वरूप, एक प्रकार का आणविक "सर्जिकल" हस्तक्षेप किया जाता है: क्षतिग्रस्त क्षेत्रों को "काट दिया जाता है", और परिणामी "अंतराल" को स्थानीय संश्लेषण या क्षतिग्रस्त और अप्रकाशित डीएनए स्ट्रैंड के बीच अनुभागों के आदान-प्रदान द्वारा भर दिया जाता है, जैसे जिसके परिणामस्वरूप इसकी मूल सामान्य संरचना बहाल हो जाती है। डार्क रिपेयर बड़ी संख्या में एंजाइमों के नियंत्रण में किया जाता है, जिनमें से प्रत्येक इस जटिल प्रक्रिया के एक निश्चित चरण के लिए जिम्मेदार होता है। दो प्रकार की डार्क रिपेयर का विस्तार से अध्ययन किया गया है - एक्सिशन और पोस्ट-रेप्लिकेटिव। छांटने की मरम्मत के दौरान, डीएनए के क्षतिग्रस्त हिस्से को काट दिया जाता है और अगले कोशिका प्रजनन चक्र की शुरुआत से पहले, अधिक सटीक रूप से डीएनए अणुओं के दोहरीकरण (प्रतिकृति) की शुरुआत से पहले बदल दिया जाता है। इस प्रक्रिया का जैविक अर्थ संतानों में वंशानुगत परिवर्तनों (उत्परिवर्तन) के एकीकरण और उसके बाद परिवर्तित रूपों के प्रजनन को रोकना है। छांटना मरम्मत आनुवांशिक मरम्मत का सबसे किफायती और प्रभावी रूप है। यह स्थापित किया गया है कि सूक्ष्मजीवों में इसके सामान्य कामकाज के दौरान, मौजूदा आनुवंशिक क्षति का 90% तक डीएनए प्रतिकृति शुरू होने से पहले हटा दिया जाता है, और 70% तक उच्च जीवों की कोशिकाओं से हटा दिया जाता है। एक्सिशन मरम्मत कई चरणों में की जाती है।

सबसे पहले, एक विशेष एंजाइम क्षतिग्रस्त क्षेत्र के करीब, डीएनए स्ट्रैंड में से एक को "काटता" है, फिर क्षतिग्रस्त क्षेत्र को पूरी तरह से हटा दिया जाता है, और परिणामी "अंतराल" को विशेष एंजाइम (डीएनए पोलीमरेज़) द्वारा भर दिया जाता है, जो लापता लिंक की आपूर्ति करते हैं, उन्हें क्षतिग्रस्त स्ट्रैंड से उधार लेना। छांटने की मरम्मत की क्षमता सूक्ष्मजीवों, उच्च पौधों और जानवरों के साथ-साथ मनुष्यों की कोशिकाओं में भी स्थापित की गई है।

उत्तर-प्रतिकृति मरम्मत- कोशिका के लिए मौजूदा आनुवंशिक क्षति को खत्म करने और वंशानुगत विशेषताओं में परिवर्तन से संतानों की रक्षा करने का अंतिम अवसर। यदि डीएनए में इतनी अधिक क्षति होती है कि छांटने की मरम्मत के दौरान कोशिका के पास उन्हें पूरी तरह खत्म करने का समय नहीं होता है, या यदि छांटने की मरम्मत की संभावना निर्धारित करने वाले जीन क्षतिग्रस्त हो जाते हैं, तो गुणन (दोहरीकरण, प्रतिकृति) की प्रक्रिया के दौरान डीएनए में माँ के धागों में मौजूद क्षति के स्थान पर बेटी के धागे, "अंतराल" बनते हैं। यह इस तथ्य के कारण होता है कि डीएनए प्रतिकृति (डीएनए के मदर स्ट्रैंड पर बेटी स्ट्रैंड का संश्लेषण) के लिए जिम्मेदार एंजाइम मदर स्ट्रैंड के क्षतिग्रस्त बिंदु पर विकृत जानकारी को "पढ़" नहीं सकता है। इसलिए, एक क्षतिग्रस्त साइट पर पहुंचकर, जिसे छांटने की मरम्मत के दौरान ठीक नहीं किया गया था, यह एंजाइम रुक जाता है, फिर धीरे-धीरे (सामान्य से सैकड़ों गुना धीमी गति से) क्षतिग्रस्त क्षेत्र से गुजरता है और इस जगह से दूर जाकर, बेटी स्ट्रैंड के सामान्य संश्लेषण को फिर से शुरू करता है। . यह उन सभी बिंदुओं पर होता है जहां प्रतिकृति की शुरुआत में डीएनए की मूल परत क्षतिग्रस्त रहती है। बेशक, यदि क्षति की संख्या बहुत अधिक है, तो प्रतिकृति पूरी तरह से बंद हो जाती है और कोशिका मर जाती है। लेकिन अंतराल रखने वाले डीएनए अणुओं के साथ एक कोशिका लंबे समय तक मौजूद नहीं रह सकती है। इसलिए, प्रतिकृति के बाद, लेकिन कोशिका विभाजन से पहले, प्रतिकृति के बाद की मरम्मत की प्रक्रिया शुरू होती है। कोशिका के विभाजित होने से पहले, दो दोहरे डीएनए अणु बनते हैं। यदि उनमें से एक स्ट्रैंड में किसी बिंदु पर क्षति होती है और विपरीत स्ट्रैंड में एक गैप होता है, तो दूसरे डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए अणु में उस बिंदु पर दोनों स्ट्रैंड सामान्य होंगे। इस मामले में, डीएनए अनुभागों का आदान-प्रदान हो सकता है - पुनर्संयोजन (जीन, जीन विनिमय देखें): एक सामान्य डीएनए अणु से एक अप्रकाशित अनुभाग को काट दिया जाएगा और दूसरे अणु में क्षतिग्रस्त अनुभाग के स्थान पर डाला जाएगा, जिसके कारण क्षतिग्रस्त आनुवंशिक सामग्री को सामान्य आनुवंशिक सामग्री से बदल दिया जाएगा। इसका पालन करते हुए विशेष एंजाइम (डीएनए पोलीमरेज़) "अंतराल" को बंद कर देंगे (अब वे ऐसा करने में सक्षम होंगे, क्योंकि इस स्थान पर दोनों अणुओं में कोई क्षति नहीं होगी), नए संश्लेषित और पुराने स्ट्रैंड एक दूसरे से जुड़े होंगे, और मूल डीएनए संरचना का परिणाम यह होगा कि इसे पूरी तरह से बहाल कर दिया गया है। पुनर्संयोजन के कार्यान्वयन से जुड़ी प्रक्रिया की प्रकृति के अनुसार, इस प्रकार की पोस्ट-रेप्लिकेटिव मरम्मत को पुनर्संयोजन भी कहा जाता है।

जाहिर है, वर्णित तंत्र दोहरीकरण (प्रतिकृति) के बाद डीएनए की सामान्य संरचना को बहाल करने का एकमात्र तरीका नहीं है। किसी भी मामले में, एक तंत्र ज्ञात है जिसमें लिंक को उन अंतरालों में डाला जाता है जो मरम्मत किए जा रहे डीएनए की मूल संरचना के अनुरूप नहीं होते हैं, यानी उत्परिवर्तन होते हैं। यह संभव है कि ऐसा उन मामलों में होता है जहां एक कोशिका, किसी कारण या किसी अन्य कारण से, ऊपर वर्णित किसी भी विधि का उपयोग करके अपने डीएनए की मरम्मत नहीं कर सकती है और उसके पास एक आखिरी मौका है - या तो उत्परिवर्तन की कीमत पर जीवित रहने का, या मरने का। विभिन्न मरम्मत प्रणालियों की परस्पर क्रिया, कोशिका में उनकी गतिविधि का नियमन और संचालन के सटीक समय का अभी तक पर्याप्त अध्ययन नहीं किया गया है। यह पाया गया है कि कुछ मामलों में कोशिका में छांटने और पोस्ट-रेप्लिकेटिव मरम्मत एंजाइमों की एक समन्वित क्रिया होती है। उदाहरण के लिए, यदि डीएनए के दो स्ट्रैंड एक-दूसरे से जुड़े हुए हैं (सिले हुए हैं), जो कई जहरों (उदाहरण के लिए, जहरीला पदार्थ मस्टर्ड गैस) के प्रभाव में होता है, तो सबसे पहले मरम्मत की प्रतिक्रिया एक एक्सिशन रिपेयर एंजाइम से शुरू होती है, जो कट जाती है डीएनए का एक स्ट्रैंड, और फिर पोस्ट-रेप्लिकेटिव मरम्मत एंजाइम क्रिया में आते हैं, जिससे प्रक्रिया पूरी होती है।

मानव कोशिकाओं में पोस्ट-रेप्लिकेटिव रिपेयर एंजाइम सिस्टम पाए गए हैं। यह अभी तक पूरी तरह से स्पष्ट नहीं किया गया है कि सटीक एंजाइमैटिक तंत्र क्या हैं जो मानव कोशिकाओं में इस प्रकार की मरम्मत प्रदान करते हैं, लेकिन यह ज्ञात है कि उत्परिवर्तन की घटना के साथ अंतराल का पुनर्संयोजन और यादृच्छिक भरना मानव कोशिकाओं में हो सकता है। ज्ञात आनुवंशिक मरम्मत प्रक्रियाओं की सापेक्ष दक्षता भी अस्पष्ट है। उदाहरण के लिए, यह स्थापित किया गया है कि पराबैंगनी प्रकाश से विकिरणित ई. कोली कोशिकाएं, बशर्ते कि छांटना मरम्मत प्रणाली सामान्य रूप से काम कर रही हो, डीएनए से 1000 तक की क्षति को दूर करने में सक्षम हैं। जब डीएनए में अधिक क्षति दिखाई देती है तो कोशिका मर जाती है। यदि छांटना मरम्मत प्रणाली अक्षम है, तो पोस्ट-रेप्लिकेटिव मरम्मत द्वारा केवल लगभग 100 घावों को हटाया जा सकता है। यदि दोनों मरम्मत प्रणालियाँ अनुपस्थित हैं, तो कोशिका डीएनए में होने वाली एक क्षति से मर जाती है।

क्षतिपूर्ति और उत्परिवर्तन. इसके बाद, आनुवंशिक मरम्मत के पहले अध्ययन में, क्षतिग्रस्त क्षेत्रों के उन्मूलन और उत्परिवर्तन की आवृत्ति में कमी के बीच घनिष्ठ संबंध स्थापित किया गया था। बाद में यह साबित हुआ कि मरम्मत एंजाइमों की गतिविधि में गड़बड़ी से उत्परिवर्तन की संख्या में तेज वृद्धि होती है। साथ ही, अब यह स्थापित हो गया है कि मरम्मत एंजाइमों के काम में "त्रुटियों" के कारण उत्परिवर्तन आनुवंशिक मरम्मत प्रक्रियाओं के दौरान भी प्रकट हो सकते हैं। यद्यपि यह परिकल्पना कि मरम्मत प्रक्रियाएं मुख्य रूप से त्रुटि-मुक्त की जाती हैं और केवल पोस्ट-रेप्लिकेटिव मरम्मत प्रतिक्रिया जिसमें यादृच्छिक आधारों को अंतराल में बनाया जाता है, उत्परिवर्तन का कारण बनता है, को सबसे अधिक मान्यता मिली है, प्रयोगात्मक डेटा की बढ़ती संख्या यह संकेत दे रही है कि यहां तक ​​​​कि अपेक्षाकृत कम संख्या में त्रुटियों की मरम्मत से महत्वपूर्ण संख्या में उत्परिवर्तन की उपस्थिति होती है, जो सामान्य (प्राकृतिक) परिस्थितियों में और जब कोशिकाएं हानिकारक कारकों के संपर्क में आती हैं, तो दोनों का पता लगाया जाता है।

जीवों के व्यक्तिगत विकास के विभिन्न चरणों में क्षतिपूर्ति। जीव के विकास के विभिन्न चरणों में एक या दूसरे प्रकार की आनुवंशिक क्षतिपूर्ति करने की क्षमता बदल सकती है। अनुसंधान से पता चलता है कि स्तनधारियों (मनुष्यों सहित) में सभी मरम्मत प्रक्रियाओं की अधिकतम दक्षता भ्रूण (अंतर्गर्भाशयी) विकास के समय और शरीर के विकास के प्रारंभिक चरणों में ही प्रकट होती है। उदाहरण के लिए, लंबे समय तक कृंतकों (हम्सटर, चूहा, माउस और अन्य) में छांटना मरम्मत प्रतिक्रिया ढूंढना संभव नहीं था, और हाल ही में यह पता चला कि इस प्रकार की मरम्मत विकास के भ्रूण चरण में होती है और रुक जाती है बाद के चरणों में. यह अक्सर केवल विभाजित कोशिकाओं में ही किया जाता है, उदाहरण के लिए भ्रूण की विकासशील तंत्रिका कोशिकाओं में। यदि आप ऐसी स्थितियाँ बनाते हैं जिसके तहत इन कोशिकाओं का विभाजन दबा दिया जाता है, तो एकल-स्ट्रैंड डीएनए टूटने की मरम्मत, उदाहरण के लिए, एक्स-रे विकिरण द्वारा भी समाप्त हो जाती है।

विकारों और मानव रोगों की मरम्मत करें। 1968 में, अंग्रेजी वैज्ञानिक डी. क्लीवर ने साबित किया कि एक वंशानुगत मानव रोग ज़ेरोडर्मा पिगमेंटोसा है, जिसके लक्षण लालिमा, वृद्धि का गठन, अक्सर सूर्य के प्रकाश के संपर्क के स्थल पर त्वचा क्षेत्रों के घातक अध: पतन के साथ-साथ दृश्य भी होते हैं। एक्सिशन मरम्मत एंजाइमों की गतिविधि में दोष के कारण होने वाली हानि, तंत्रिका तंत्र और अन्य। बाद में यह पाया गया कि कुछ और वंशानुगत मानव रोग आनुवंशिक मरम्मत प्रक्रियाओं के उल्लंघन के कारण होते हैं। इन बीमारियों में हचिंसन सिंड्रोम शामिल है, जो बौनापन, समय से पहले बूढ़ा होना और प्रगतिशील मनोभ्रंश का कारण बनता है। मरम्मत एंजाइमों को एन्कोडिंग करने वाले जीन की क्षति सिस्टमिक ल्यूपस एरिथेमेटोसस और अन्य जैसी अपेक्षाकृत सामान्य बीमारी के कई रूपों के उद्भव के लिए जिम्मेदार है।

इन रोगों की आणविक प्रकृति का अध्ययन उनके उपचार के तरीकों के अपेक्षाकृत तेजी से विकास की आशा को जन्म देता है। इस दिशा में प्रगति आनुवंशिक मरम्मत प्रक्रियाओं के विवरण का अध्ययन करने और सामान्य जीवों (विशेष रूप से रोगाणुओं) से सक्रिय रूप से काम करने वाले एंजाइमों को रोगी के शरीर में उनके बाद के परिचय के साथ अलग करने की संभावना का अध्ययन करने और रोगग्रस्त जीन को स्वस्थ लोगों के साथ बदलने के तरीकों पर निर्भर करती है ( जेनेटिक इंजीनियरिंग देखें)। जबकि दूसरा रास्ता केवल परिकल्पनाओं के दायरे में ही है, पहली दिशा में प्रायोगिक कार्य शुरू हो चुका है। इस प्रकार, 1975 के अंत में जापानी शोधकर्ताओं के. तनाका, एम. बेकगुची और आई. ओकाडा ने एक पीड़ित रोगी से ली गई कोशिकाओं में दोष को खत्म करने के लिए जीवाणु वायरस से संक्रमित जीवाणु कोशिकाओं से अलग किए गए मरम्मत एंजाइमों में से एक के सफल उपयोग की सूचना दी। ज़ेरोडर्मा की कमी से. इस एंजाइम को कृत्रिम परिस्थितियों में संवर्धित मानव कोशिकाओं में सफलतापूर्वक प्रवेश करने के लिए, एक मारे गए सेंडाई वायरस का उपयोग किया गया था। हालाँकि, आज तक मानव शरीर पर ऐसा काम नहीं किया गया है। एक अन्य दिशा मरम्मत एंजाइमों में दोषों के कारण होने वाली बीमारियों के शीघ्र निदान के तरीकों के विकास से संबंधित है।

डीएनए प्रतिकृति बनाने वाले एंजाइमों की उच्च सटीकता के साथ-साथ एक प्रूफरीडिंग तंत्र के अस्तित्व के बावजूद, उनकी संरचना में गैर-पूरक न्यूक्लियोटाइड के शामिल होने के कारण नई डीएनए श्रृंखलाओं के संश्लेषण के दौरान त्रुटियां अभी भी होती हैं। इसके अलावा, कोशिकाओं में डीएनए अणु विभिन्न प्रकार के भौतिक और रासायनिक कारकों के संपर्क में आते हैं जो उनकी संरचना को बाधित करते हैं। सबसे आम डीएनए क्षति में निम्नलिखित शामिल हैं:

प्यूरीन और डीऑक्सीराइबोज़ (डीप्युरिनेशन) के बीच (बी-एन)-ग्लाइकोसिडिक बंधन का टूटना, जो अक्सर बढ़े हुए तापमान के कारण होता है। एक मानव कोशिका में प्रतिदिन 5,000 से 10,000 तक क्रियाएँ सम्पन्न होती हैं। शुद्धिकरण;

क्रमशः यूरैसिल और हाइपोक्सैन्थिन अवशेष बनाने के लिए साइटोसिन और एडेनिन अवशेषों का सहज डीमिनेशन (प्रति दिन प्रति जीनोम लगभग 100 घटनाएं);

एक विशेष वर्ग के रसायनों के प्रभाव में नाइट्रोजनस आधारों का क्षारीकरण ( अल्काइलेटिंग एजेंट);

- मध्यनिवेश(सम्मिलन) न्यूक्लियोटाइड के आसन्न जोड़े के बीच कुछ कनेक्शन;

द्विकार्यात्मक एजेंटों के प्रभाव में डीएनए श्रृंखलाओं के बीच सहसंयोजक क्रॉस-लिंक का निर्माण;

श्रृंखला में आसन्न पाइरीमिडीन के बीच साइक्लोब्यूटेन डिमर्स (चित्र 2.2) का निर्माण जो पराबैंगनी प्रकाश (यूवी) के अवशोषण पर होता है।

इनमें से अधिकांश क्षति प्रतिकृति और जीन अभिव्यक्ति की प्रक्रियाओं को बाधित करती है, उदाहरण के लिए, ई. कोली डीएनए में प्रत्येक थाइमिन डिमर प्रतिकृति में 10 सेकंड की देरी करता है; इसके अलावा, यदि डीएनए प्रतिकृति शुरू होने से पहले इन्हें ठीक नहीं किया गया तो ये घाव उत्परिवर्तन का स्रोत बन जाते हैं।

अक्सर, ऐसे उल्लंघन डीएनए स्ट्रैंड में से केवल एक में होते हैं, जबकि ज्यादातर मामलों में क्षति के विपरीत दूसरे स्ट्रैंड में "सही" अनुक्रम होता है, जो त्रुटियों को ठीक करने के लिए मैट्रिक्स के रूप में काम कर सकता है। इस प्रकार, डीएनए का दोहरा हेलिक्स, साथ ही तथ्य यह है कि यह मरम्मत एंजाइमों की संरचना के बारे में जानकारी को एन्कोड करता है, एक अद्वितीय त्रुटि सुधार तंत्र को संभव बनाता है - मरम्मत, अणुओं के केवल एक वर्ग की विशेषता - डीएनए।

विभिन्न जीवों में बहुत सारी मरम्मत प्रणालियाँ और तंत्र मौजूद हैं, उनमें से कुछ ऐसे भी हैं जो केवल एक प्रकार की क्षति के सुधार के लिए विशिष्ट हैं, और कुछ कम विशिष्ट भी हैं। सुविधा के लिए, वर्तमान में ज्ञात सभी मरम्मत प्रक्रियाओं को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: 1) वे जिन्हें प्रतिकृति की भागीदारी की आवश्यकता नहीं होती है और डीएनए उल्लंघनों के प्रत्यक्ष सुधार का प्रतिनिधित्व करते हैं; 2) अधिक जटिल प्रक्रियाएँ जिसके दौरान मरम्मत प्रतिकृति होती है। यूवी विकिरण से होने वाली क्षति की मरम्मत के संबंध में सबसे अच्छा अध्ययन किया गया मरम्मत तंत्र पाइरीमिडीन डिमर (चित्र 2.2) है।

चूंकि यूवी प्रकाश पर निर्भर एंजाइम यूवी विकिरण के परिणामों की मरम्मत की सबसे प्रसिद्ध प्रक्रियाओं में भाग लेते हैं, मरम्मत तंत्र को भी प्रकाश में विभाजित किया जाता है (केवल दृश्य प्रकाश में ही किया जा सकता है) और अंधेरे (दृश्य की भागीदारी की आवश्यकता नहीं होती है) प्रकाश) मरम्मत।

प्रत्यक्ष क्षति की मरम्मत के लिए मरम्मत तंत्र में गुआनिन अवशेषों का डीलकिलेशन और आसन्न पाइरीमिडीन आधारों के बीच साइक्लोब्यूटेन डिमर्स का मोनोमेराइजेशन शामिल है। मिथाइलगुआनिन अवशेषों का डीलकिलेशन डार्क रिपेयर से संबंधित है और बैक्टीरिया कोशिकाओं और पोषक तत्वों में मौजूद एंजाइमों की भागीदारी के साथ होता है। O 6 -मिथाइलगुआनिन डीएनए एल्काइल ट्रांसफरेज एंजाइम के सिस्टीन अवशेषों के सल्फहाइड्रील समूहों में एल्काइल समूहों के स्थानांतरण को उत्प्रेरित करता है (चित्र 2.3)।

इस प्रक्रिया में पाइरीमिडीन न्यूक्लियोटाइड्स के बीच डिमर का दरार होता है फोटोरिएक्टिवेशन- दृश्य प्रकाश (प्रकाश मरम्मत) के बाद के संपर्क के परिणामस्वरूप यूवी विकिरण से क्षतिग्रस्त डीएनए अणुओं की संरचना की बहाली। गैर-एंजाइमी शॉर्ट-वेव फोटोरिएक्टिवेशन ज्ञात है, जिसमें 240 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ पराबैंगनी विकिरण की क्रिया के तहत डिमर्स का मोनोमेराइजेशन, साथ ही एंजाइमेटिक फोटोरिएक्टिवेशन शामिल है। उत्तरार्द्ध का मतलब आमतौर पर फोटोरिएक्टिवेशन से ही होता है। इस प्रक्रिया में 300-600 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ दृश्य प्रकाश की भागीदारी की आवश्यकता होती है और इसे विशिष्ट फोटोरिएक्टिवेटिंग एंजाइम (डीऑक्सीराइबोपाइरीमिडीन फोटोलाइज़) की कार्रवाई के तहत किया जाता है। फोटोलाइज़ का सब्सट्रेट पाइरीमिडीन बेस का डिमर है, जिसके साथ यह एक कॉम्प्लेक्स बनाता है (एंजाइम बरकरार डीएनए से बंधता नहीं है)। अवशोषित प्रकाश की ऊर्जा का उपयोग करके, एंजाइम डीएनए स्ट्रैंड को तोड़े बिना डिमर को नष्ट कर देता है (चित्र 2.4)।

फोटोरिएक्टिवेशन की घटना प्रकृति में व्यापक है और माइकोप्लाज्मा जैसे आदिम सूक्ष्मजीवों में भी पाई गई है। फोटोरिएक्टिवेटिंग एंजाइम कुछ उच्च पौधों और जानवरों के साथ-साथ अध्ययन किए गए सभी जीवाणुओं में पाए जाते हैं, डाइनोकोकस रेडियोड्यूरन्स के अपवाद के साथ, जो, हालांकि, यूवी प्रकाश की कार्रवाई के लिए बेहद प्रतिरोधी है: ये जीवाणु उन जीवाणुओं की तुलना में 1000 गुना अधिक खुराक का सामना करते हैं। ई. कोली को मारें. फोटोरिएक्टिवेट करने की क्षमता के पूर्ण अभाव के बावजूद, डी. रेडियोड्यूरन्स में एक शक्तिशाली छांटना मरम्मत प्रणाली है।

विकृत क्षेत्रों के प्रतिस्थापन से जुड़ी मरम्मत की घटनाओं में दृश्य प्रकाश की भागीदारी की आवश्यकता नहीं होती है और, अन्य एंजाइमों के अलावा, दो प्रकार के न्यूक्लियस उनमें महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं: एक्सो- और एंडोन्यूक्लाइज। एक्सोन्यूक्लिअस श्रृंखलाओं के सिरों से शुरू होकर डीएनए को विभाजित करते हैं, और एंडोन्यूक्लिअस आंतरिक भागों में श्रृंखलाओं पर हमला करते हैं, जिससे डीएनए में एकल-स्ट्रैंड टूटना होता है। डीएनए मरम्मत संश्लेषण से जुड़े विभिन्न प्रकार की मरम्मत के बीच, दो मुख्य को प्रतिष्ठित किया जा सकता है: उच्छेदनात्मकऔर उत्तर-प्रतिकृतिमरम्मत।

छांटना मरम्मत.छांटना मरम्मत की एक विशिष्ट विशेषता क्षतिग्रस्त डीएनए अनुभाग को हटाना है। इस प्रकार की मरम्मत डीएनए क्षति के लिए फोटोरिएक्टिवेशन जितनी विशिष्ट नहीं है, और इसका उपयोग न केवल पाइरीमिडीन डिमर को ठीक करने के लिए किया जा सकता है, बल्कि डीएनए संरचना में कई अन्य परिवर्तनों को भी ठीक करने के लिए किया जा सकता है। छांटना मरम्मत (चित्र 2.5, ए) एक बहु-चरण प्रक्रिया है और इसमें निम्नलिखित घटनाएं शामिल हैं:

1) डीएनए में क्षति की पहचान, जो विशिष्ट एंडोन्यूक्लिअस द्वारा की जाती है, जो अगला चरण भी करती है;

2) क्षति के पास एक डीएनए स्ट्रैंड को काटना - चीरा(एंडोन्यूक्लिअस को अंजाम देना);

3) क्षति के साथ न्यूक्लियोटाइड के एक समूह को हटाना - छांटना(एक्सोन्यूक्लिअस को अंजाम देना);

4) डीएनए पुनर्संश्लेषण - परिणामी अंतर को भरना (डीएनए पोलीमरेज़ गतिविधि);

5) अणु की चीनी-फॉस्फेट रीढ़ के सहसंयोजक बंधों के निर्माण के कारण मरम्मत की गई श्रृंखला की निरंतरता की बहाली।

पराबैंगनी प्रकाश से विकिरणित ई. कोली डीएनए से पाइरीमिडीन डिमर के अंधेरे हटाने के उदाहरण का उपयोग करके छांटना मरम्मत के तंत्र का सबसे अच्छा अध्ययन किया जाता है। एस्चेरिचिया कोली कोशिकाओं में, यूवीआरए-डी जीन (एंजाइमों की संरचना को एन्कोड करते हैं जो डीएनए श्रृंखला के एक खंड को डिमर के साथ काटते हैं), साथ ही पोला (डीएनए पोलीमरेज़ I की संरचना निर्धारित करते हैं, जो पुनर्योजी संश्लेषण करता है) DNA), इस प्रक्रिया के लिए जिम्मेदार हैं। छांटना मरम्मत की इस पद्धति की एक विशेषता थाइमिन डिमर के दोनों किनारों पर एकल-फंसे हुए कटों का निर्माण है।

क्षति की मरम्मत के लिए, जिसमें थाइमिन डिमर के गठन से जुड़ी क्षति भी शामिल है, कुछ जीव एक अन्य प्रकार की छांटना मरम्मत का उपयोग करते हैं, जिसमें प्रक्रिया में एक विशेष एंजाइम, एन-ग्लाइकोसिलेज़ की भागीदारी शामिल होती है। इस मामले में, पहली पुनर्योजी घटना क्षतिग्रस्त आधार (उदाहरण के लिए, डिमर में थाइमिन में से एक, एन-अल्काइलेटेड प्यूरीन, आदि) और डीऑक्सीराइबोज के बीच ग्लाइकोसिडिक बंधन का दरार है। इस प्रकार, एक स्थानीय है apurinization, या apyrimidinization; एक तथाकथित एपी साइट प्रकट होती है, जिसे एपी-विशिष्ट एंडोन्यूक्लाइज द्वारा पहचाना जाता है, जो एपी साइट के बगल में फॉस्फोडिएस्टर बंधन को साफ़ करता है। फिर अंतराल को सामान्य मरम्मत संश्लेषण द्वारा भर दिया जाता है।

बैक्टीरिया और यूकेरियोटिक कोशिकाओं में कई अलग-अलग एन-ग्लाइकोसिलेज़ पाए गए हैं। उदाहरण के लिए, यूरैसिल डीएनए ग्लाइकोसिलेज एक गलत डीजी/डीयू जोड़ी को पहचानता है जो एक डीजी/डीसी जोड़ी से डीऑक्सीसाइटोसिन अवशेषों के सहज डीमिनेशन के परिणामस्वरूप होता है। साइटोसिन के विघटन से प्रतिकृति के दौरान डीए/डीटी उत्परिवर्ती न्यूक्लियोटाइड जोड़ी की उपस्थिति हो सकती है, क्योंकि हाइड्रोजन बांड के गठन के दृष्टिकोण से, यूरैसिल थाइमिन के समान व्यवहार करता है। इस प्रकार का एक अन्य व्यापक एंजाइम पाइरीमिडीन डिमर-एन-ग्लाइकोसिलेज है, जो पाइरीमिडीन डिमर के निर्माण से जुड़ी क्षति की मरम्मत में एक एपिरिमिडीन साइट बनाता है।

वे स्थान जहां डीप्यूरिनाइजेशन या डीपाइरिमिडिनाइजेशन हुआ है, एपी (प्यूरिनिक और एपिरिमिडिनिक) एंडोन्यूक्लाइजेस द्वारा साफ किए जाते हैं। प्रो- और यूकेरियोटिक कोशिकाओं में कई अलग-अलग एआर एंडोन्यूक्लाइजेस होते हैं। उनमें से कुछ एपी साइट के 3' किनारे पर स्ट्रैंड को तोड़ते हैं, जबकि अन्य 5' किनारे पर डायस्टर बंधन को तोड़ते हैं; किसी भी स्थिति में, 3'-हाइड्रॉक्सिल और 5'-फॉस्फोरिल सिरे बनते हैं। यह एक्सोन्यूक्लिज़ को क्षति के साथ-साथ कट के दोनों ओर आसन्न अवशेषों को हटाने की अनुमति देता है।

स्तनधारियों सहित प्रो- और यूकेरियोटिक जीवों में विभिन्न प्रकार के छांटना मरम्मत व्यापक हैं। छांटने की मरम्मत प्रक्रियाओं में गड़बड़ी से नाटकीय परिणाम हो सकते हैं। इस प्रकार मनुष्य में एक वंशानुगत रोग ज्ञात होता है - ज़ेरोडर्मा पिगमेंटोसम, जिसके मुख्य लक्षण सूर्य के प्रकाश के प्रति संवेदनशीलता में वृद्धि है, जिससे त्वचा कैंसर का विकास होता है। इन रोगियों में विभिन्न छांटना मरम्मत दोष पाए गए।

उत्तर-प्रतिकृति मरम्मत. इस प्रकार की मरम्मत के लिए जीन उत्पादों की भागीदारी की आवश्यकता होती है जो पुनर्संयोजन घटनाओं (आरईसी जीन) में भी शामिल होते हैं, और यह पुनरावर्ती उत्परिवर्ती कोशिकाओं में नहीं किया जाता है, यही कारण है कि इसे पुनर्संयोजन मरम्मत भी कहा जाता है। पुनर्संयोजन पोस्ट-रेप्लिकेटिव मरम्मत क्षतिग्रस्त डीएनए की प्रतिकृति और पुनर्संयोजन की प्रक्रियाओं पर आधारित है, यह सभी प्रकार की मरम्मत में सबसे कम विशिष्ट है, क्योंकि इसमें क्षति की पहचान के चरण का अभाव है। यह काफी त्वरित पुनर्प्राप्ति विधि है देशीबेटी (नव संश्लेषित) स्ट्रैंड में डीएनए संरचनाएं: यह दिखाया गया है कि विकिरण के बाद पहले मिनटों में ही मरम्मत हो जाती है। इस प्रक्रिया की एक विशेषता मूल (माँ) श्रृंखलाओं में क्षति का संरक्षण है (चित्र 2.5, बी)।

तेजी के साथ-साथ धीमी पोस्ट-रेप्लिकेटिव मरम्मत भी होती है, जिसके लिए कई घंटों की आवश्यकता होती है। यह एंजाइमों की एक प्रणाली द्वारा निर्मित होता है जो गैर-विकिरणित कोशिकाओं में अनुपस्थित होता है और जो विकिरण से प्रेरित होता है। इस तंत्र को एसओएस मरम्मत कहा जाता है। इसका आश्चर्यजनक अंतर उत्परिवर्तन की आवृत्ति में उल्लेखनीय वृद्धि है, इस तथ्य के बावजूद कि डीएनए पहले से ही क्षतिग्रस्त है। यह क्षति वाले डीएनए स्ट्रैंड को टेम्पलेट के रूप में उपयोग करने का परिणाम हो सकता है।

पोस्टरेप्लिकेटिव मरम्मत न केवल बैक्टीरिया में, बल्कि स्तनधारियों सहित यूकेरियोटिक कोशिकाओं में भी मौजूद होती है।

डीएनए संश्लेषण एक अर्ध-रूढ़िवादी तंत्र के अनुसार होता है: प्रत्येक डीएनए स्ट्रैंड की प्रतिलिपि बनाई जाती है। संश्लेषण खंडों में होता है। एक ऐसी प्रणाली है जो डीएनए पुनर्विकास में त्रुटियों को समाप्त करती है (फोटो मरम्मत, प्रजनन-पूर्व और प्रजनन के बाद की मरम्मत). क्षतिपूर्ति प्रक्रिया बहुत लंबी है: 20 घंटे तक, और जटिल। प्रतिबंध एंजाइम डीएनए के अनुचित खंड को काट देते हैं और इसे फिर से बनाते हैं। क्षतिपूर्ति कभी भी 100% दक्षता के साथ आगे नहीं बढ़ती, यदि ऐसा होता, तो विकासवादी भिन्नता मौजूद नहीं होती। मरम्मत तंत्र डीएनए अणु में दो पूरक श्रृंखलाओं की उपस्थिति पर आधारित है। उनमें से एक में न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम की विकृति का पता विशिष्ट एंजाइमों द्वारा लगाया जाता है। फिर संबंधित अनुभाग को हटा दिया जाता है और दूसरे पूरक डीएनए स्ट्रैंड पर संश्लेषित एक नए से बदल दिया जाता है। इस प्रकार का प्रतिदान कहलाता है छांटना,वे। काटने के साथ. इसे अगले प्रतिकृति चक्र से पहले किया जाता है, इसीलिए इसे भी कहा जाता है पूर्व-प्रतिकृति.ऐसे मामले में जब छांटना मरम्मत प्रणाली एक डीएनए स्ट्रैंड में उत्पन्न हुए परिवर्तन को ठीक नहीं करती है, प्रतिकृति के दौरान यह परिवर्तन तय हो जाता है और यह दोनों डीएनए स्ट्रैंड की संपत्ति बन जाता है। इससे पूरक न्यूक्लियोटाइड की एक जोड़ी को दूसरे के साथ प्रतिस्थापित किया जाता है या बदले हुए खंडों के विरुद्ध नई संश्लेषित श्रृंखला में टूटने की उपस्थिति होती है। प्रतिकृति के बाद सामान्य डीएनए संरचना की बहाली भी हो सकती है। पश्चात की क्षतिपूर्तिदो नवगठित डीएनए डबल हेलिकॉप्टरों के बीच पुनर्संयोजन द्वारा किया गया। प्री-रेप्लिकेटिव और पोस्ट-रेप्लिकेटिव मरम्मत के दौरान, अधिकांश क्षतिग्रस्त डीएनए संरचना को बहाल कर दिया जाता है। यदि मरम्मत के बावजूद किसी कोशिका में क्षति की मात्रा अधिक रहती है, तो उसमें डीएनए प्रतिकृति प्रक्रियाएं अवरुद्ध हो जाती हैं। यह कोशिका विभाजित नहीं होती.

19.जीन, उसके गुण। आनुवंशिक कोड, इसके गुण। आरएनए की संरचना और प्रकार. प्रसंस्करण, स्प्लिसिंग। वंशानुगत जानकारी को साकार करने की प्रक्रिया में आरएनए की भूमिका।

जीन - डीएनए अणु का एक खंड जो पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला या मैक्रोमोलेक्यूल की संरचना के बारे में जानकारी रखता है। एक गुणसूत्र पर जीन रैखिक रूप से व्यवस्थित होते हैं, जिससे एक लिंकेज समूह बनता है। एक गुणसूत्र में डीएनए विभिन्न कार्य करता है। विभिन्न जीन अनुक्रम होते हैं, ऐसे जीन अनुक्रम होते हैं जो जीन अभिव्यक्ति, प्रतिकृति आदि को नियंत्रित करते हैं। ऐसे जीन होते हैं जिनमें पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला की संरचना और अंततः संरचनात्मक प्रोटीन के बारे में जानकारी होती है। एक जीन लंबे न्यूक्लियोटाइड के ऐसे अनुक्रमों को संरचनात्मक जीन कहा जाता है। वे जीन जो संरचनात्मक जीन के सक्रियण का स्थान, समय और अवधि निर्धारित करते हैं, नियामक जीन हैं।

जीन आकार में छोटे होते हैं, हालाँकि उनमें हजारों न्यूक्लियोटाइड जोड़े होते हैं। जीन की उपस्थिति जीन विशेषता (अंतिम उत्पाद) की अभिव्यक्ति से स्थापित होती है। आनुवंशिक उपकरण की संरचना और उसके संचालन का एक सामान्य आरेख 1961 में जैकब और मोनोड द्वारा प्रस्तावित किया गया था। उन्होंने प्रस्तावित किया कि डीएनए अणु का एक खंड संरचनात्मक जीन के समूह के साथ होता है। इस समूह से सटे 200 न्यूक्लियोटाइड जोड़े का एक क्षेत्र है - प्रमोटर (डीएनए-निर्भर आरएनए पोलीमरेज़ से सटे क्षेत्र)। यह क्षेत्र ऑपरेटर जीन के निकट है। पूरे सिस्टम का नाम ऑपेरॉन है. विनियमन एक नियामक जीन द्वारा किया जाता है। परिणामस्वरूप, दमनकारी प्रोटीन ऑपरेटर जीन के साथ संपर्क करता है, और ऑपेरॉन काम करना शुरू कर देता है। सब्सट्रेट नियामकों के साथ जीन के साथ इंटरैक्ट करता है, ऑपेरॉन अवरुद्ध हो जाता है। प्रतिक्रिया सिद्धांत. ऑपेरॉन की अभिव्यक्ति को समग्र रूप से शामिल किया गया है।

यूकेरियोट्स में, जीन अभिव्यक्ति का अध्ययन नहीं किया गया है। कारण है गंभीर बाधाएँ:

गुणसूत्रों के रूप में आनुवंशिक सामग्री का संगठन

बहुकोशिकीय जीवों में, कोशिकाएँ विशिष्ट होती हैं और इसलिए कुछ जीन बंद हो जाते हैं।

हिस्टोन प्रोटीन की उपस्थिति, जबकि प्रोकैरियोट्स में "नग्न" डीएनए होता है।

डीएनए एक मैक्रोमोलेक्यूल है; यह नाभिक से साइटोप्लाज्म में प्रवेश नहीं कर सकता है और जानकारी प्रसारित नहीं कर सकता है। एम-आरएनए के कारण प्रोटीन संश्लेषण संभव है। यूकेरियोटिक कोशिका में, प्रतिलेखन जबरदस्त गति से होता है। सबसे पहले, प्रो-आई-आरएनए या प्री-आई-आरएनए प्रकट होता है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि यूकेरियोट्स में एमआरएनए प्रसंस्करण (परिपक्वता) के परिणामस्वरूप बनता है। जीन की एक असंतत संरचना होती है। कोडिंग क्षेत्र एक्सॉन हैं और गैर-कोडिंग क्षेत्र इंट्रॉन हैं। यूकेरियोटिक जीवों में जीन की संरचना एक्सॉन-इंट्रोन होती है। इंट्रॉन एक्सॉन से अधिक लंबा होता है। प्रसंस्करण के दौरान, इंट्रोन्स को "कट आउट" किया जाता है - स्प्लिसिंग। परिपक्व एमआरएनए के गठन के बाद, एक विशेष प्रोटीन के साथ बातचीत के बाद, यह एक प्रणाली में गुजरता है - एक इनफॉर्मोसोम, जो साइटोप्लाज्म में जानकारी पहुंचाता है। अब एक्सॉन-इंट्रॉन सिस्टम का अच्छी तरह से अध्ययन किया जाता है (उदाहरण के लिए, ऑन्कोजीन पी-53)। कभी-कभी एक जीन के इंट्रॉन दूसरे जीन के एक्सॉन होते हैं, तो स्प्लिसिंग असंभव है। प्रसंस्करण और स्प्लिसिंग उन संरचनाओं को संयोजित करने में सक्षम हैं जो एक दूसरे से दूर हैं और उन्हें एक ही जीन में बदल देते हैं, इसलिए वे महान विकासवादी महत्व के हैं। ऐसी प्रक्रियाएँ प्रजाति-प्रजाति को सरल बनाती हैं। प्रोटीन की एक ब्लॉक संरचना होती है। उदाहरण के लिए, एंजाइम डीएनए पोलीमरेज़ है। यह एक सतत पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला है। इसमें अपना स्वयं का डीएनए पोलीमरेज़ और एक एंडोन्यूक्लिज़ होता है, जो डीएनए अणु को अंत से अलग करता है। एंजाइम में 2 डोमेन होते हैं, जो एक पॉलीपेप्टाइड ब्रिज से जुड़े 2 स्वतंत्र कॉम्पैक्ट कण बनाते हैं। दो एंजाइम जीनों के बीच की सीमा पर एक इंट्रोन होता है। डोमेन एक समय अलग-अलग जीन थे, लेकिन फिर वे करीब हो गए। इस जीन संरचना के उल्लंघन से जीन रोग होते हैं। इंट्रॉन की संरचना का उल्लंघन फेनोटाइपिक रूप से अदृश्य है; एक्सॉन अनुक्रम में उल्लंघन से उत्परिवर्तन (ग्लोबिन जीन का उत्परिवर्तन) होता है।

कोशिका में 10-15% RNA स्थानांतरण RNA होता है। पूरक क्षेत्र हैं. एक विशेष त्रिक है - एक एंटिकोडन, एक त्रिक जिसमें पूरक न्यूक्लियोटाइड नहीं होते हैं - जीजीसी। दो राइबोसोमल सबयूनिट और एमआरएनए की परस्पर क्रिया से शुरुआत होती है। इसकी 2 साइटें हैं - पेक्टिडाइल और एमिनोएसिल। वे अमीनो एसिड से मेल खाते हैं। पॉलीपेप्टाइड संश्लेषण चरण दर चरण होता है। बढ़ाव - एक पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला के निर्माण की प्रक्रिया तब तक जारी रहती है जब तक कि यह एक निरर्थक कोडन तक नहीं पहुंच जाती, तब समाप्ति होती है। पॉलीपेप्टाइड का संश्लेषण समाप्त हो जाता है, जो फिर ईआर चैनलों में प्रवेश करता है। उपइकाइयाँ अलग हो जाती हैं। एक कोशिका में विभिन्न मात्रा में प्रोटीन का संश्लेषण होता है।