लीडिंग व लैंगिग श्रृंखला में अन्तर क्या है , difference between leading and lagging strand in dna replication in hindi

समझिये लीडिंग व लैंगिग श्रृंखला में अन्तर क्या है , difference between leading and lagging strand in dna replication in hindi ?

यूकेरियोटिक कोशिकाओं में पुनरावृत्ति (Replication in Eukaryotic Cells)

यूकैरियोटिक प्रयोगों में हुये नवीन विकासों और इन विट्रो अध्ययनों की सहायता से उच्च यूकेरियोटिक रेप्लीकेशन तन्त्र का अध्ययन करना ज्यादा कठिन नहीं है । जलीय मेंढ़क जीनोपस में किये गये अध्ययन से पता लगता है कि जहाँ ई. कोलाई में पुनरावृत्ति एक स्थान (site) से शुरू होती हैं, वही यूकेरियोटिक कोशिकाओं का जीनोम छोटे-छोटे भागों में रेप्लीकेट होता है । जिन्हें रेप्लीकोन्स कहते हैं। प्रत्येक रेप्लीकोन का स्वयं का एक उद्भव (origin) होता है । जहाँ से रेप्लीकेशन फोर्क बाहरी की तरफ 2 दिशाओं में गमन करती है। मानव कोशिकाओं में रेप्लीकेशन 10,000 से 100,000 विभिन्न उद्भव पर शुरू हो सकता है । यूकेरियोट्स में प्रोकेरियोट्स की तुलना में हजार गुना ज्यादा DNA होता है । इसलिए इन पुनरावृत्ति स्थल (replication sites) का होना आवश्यक है क्योंकि यदि केवल एक स्थल पर पुनरावृत्ति होगी तो पुनरावृत्ति की दर बहुत कम हो जायेगी।

यूकेरियोटिक कोशिकाओं में होने वाले रेप्लीकेशन में नाभिकीय संरचना सम्मिलित होती है।

यूकेरियोट्स में पुनरावृत्ति के अध्ययन के दौरान यह पाया गया कि पुनरावृत्ति के लिए आवश्यक प्रोटीन्स व एन्जाइम्स नाभिक में ही उपस्थित होते हैं। आगे किये गये शोधों से पता चला कि पुनरावृत्ति फोर्क एक निश्चित समय पर 50 से 250 साइट्स पर स्थानीकृत होती है जिन्हें पुनरावृत्ति फोकाई (foci) कहा जाता है। रेप्लीकेशन फोकाई (replication foci ) कोशिका के नाभिक में यादृच्छिक (randomly) रूप से वितरित नहीं होती है।

1. समाप्तिकरण (Termination)

ई. कोलाई के गोलाकार गुणसूत्र में पुनरावृत्ति समाप्त होने पर दो पुनरावृत्ति फोर्क अन्तस्थ सिरे पर मिलते हैं जिसमें 20 क्षार युग्म के अनेक प्रतियाँ उपस्थित होती है जिन्हें अन्त स्थल (Ter site) कहते हैं। टर अनुक्रम (Ter sequences) टस (tus) प्रोटीन के साथ बन्ध जाते हैं।

कुण्डल निर्माण (Helix Formation ) : प्रत्येक पुत्री दो सूत्री डीएनए अणु चक्रिक रूप से (spirally) कुण्डलित (coiled) होकर द्विकुण्डलित डीएनए श्रृंखला निर्मित करते हैं।

डीएनए की दो शृंखलाओं का दो प्रकार से जुड़ना (Joining of Two Strands of DNA in two different ways)

डीएनए असमानान्तर (anti parallel strands ) सतत व असतत रूप से संश्लेषण प्रदर्शित करते हैं। डीएनए का पॉलीमराइजेशन सदैव 5’3′ दिशा में सम्पन्न होता है। चूँकि डीएनए के दोनों जनक श्रृंखलायें असमानान्तर (antiparallel) रूप में व्यवस्थित होती है अंतः नयी श्रृंखलायें भी पुनरावृत्ति चिमटी (cork) पर असमानान्तर जनक डीएनए टेम्पलेट पर उल्टी दिशाओं में आगे बढ़ती है। डीएनए पुनरावर्ती 3 ‘5’ तथा 5′-3′ श्रृंखलाओं पर निम्न प्रकार से बन सकती है।

(i) सतत / लीडिंग श्रृंखला का संश्लेषण (Continuous / Leading strand synthesis). इसे लीडिंग श्रृंखला संश्लेषण (Leading strand synthesis) भी कहते हैं। यह जनक डीएनए टेम्पलेट की 3′ – 5′ श्रृंखला पर 5′ -3′ दिशा में लगातार संश्लेषित होती है । वह डीएनए ज 5′ – 3′ दिशा में संश्लेषित होता है, लीडिंग श्रृंखला (leading strand) कहलाता है। इसमें 3′ सिर पर न्यूक्लियोटाइडस जुड़कर एकमात्र श्रृंखला निर्मित करते हैं। इसकी दर बहुत तेज होती है जिसमें लगभग 1,000 न्यूक्लियोटाइड प्रति सेकण्ड जुड़कर एक नयी श्रृंखला निर्मित करते हैं।

(ii) असंतत / लेगिंग श्रृंखला संश्लेषण (Discontinuous / Lagging strand synthesis) टेम्पलेट डीएनए पर 5′-3′ श्रृंखला पर छोटे 1000-2000 खण्ड यूक्लियोटाइड के 5′-3′ दिशा में संश्लेषित होते हैं जिन्हें ओकाजाकी खण्ड (Okazaki fragments) कहते हैं।

सारणी – 2 : पुनरावति डीएनए के लीडिंग व लैंगिग श्रृंखला में अन्तर

क्र.सं.	लीडिंग श्रृंखला (Leading Strand)	लैंगिग श्रृंखला (Lagging strand)
	डीएनए का संश्लेषण एकल श्रृंखला के रूप में होता है।	यह प्रारम्भ में खण्डों के रूप में संश्लेषित होता है जिन्हें ओकाजाकी खण्ड कहते हैं।
	डीएनए पुनरावृति प्रारम्भ करने के लिये एकमात्र आरएनए प्राइमर की आवश्यकता होती है।	प्रत्येक ओकाजाकी खण्ड को प्रारम्भ करने के लिये अलग-अलग आरएनए प्राइमर की आवश्यकता होती है।
	डीएनए की एक श्रृंखला के रूप में पुनरावृत्ति होती है इसलिये इसमें डीएनए लाइगेज की आवश्यकता नहीं होती	ओकाजाकी खण्डों को आपस में जोड़ने हेतु एन्जाइम डीएनए लाइगेज आवश्यक होता है।
	यह 3-5 में जनक श्रृंखला पर संश्लेषित होता है।	यह 5’3′ में जनक श्रृंखला पर संश्लेषित होता है।
	नया डीएनए 5′ – 3′ दिशा में निर्मित होता है ।	यह भी 5’3′ दिशा में निर्मित होता है।
	लीडिंग श्रृंखला सदैव पुनरावृत्ति फोर्क की वृद्धि करते हैं।	लैगिंग श्रृंखला के खण्ड हमेशा फोर्क से दूर तरफ वृद्धि करती है।

ओकाजाकी का प्रयोग (Okajaki Experiment)

रेजी ओकाजाकी (Reiji Okajaki) हिरोशिमा में जन्मे जापानी आण्विक जैव विज्ञानी थे जिन्होने डीएनए पुनरावृत्ति पर सर्वप्रथम महत्वपूर्ण शोध प्रस्तुत किया। उन्होंने अपनी पत्नी सुनेकों (Isuneko) के साथ मिलकर ओकाजाकी खण्डों की भूमिका का वर्णन किया ।

ओकाजाकी तथा उनके सहयोगियों ने 1968 में ई. कोलाई पर प्रयोग किया। उन्होंने 3 (H) थायमिडीन मांत्रा 10 सेकण्ड के लिये डीएनए पुनरावृत्ति के दौरान ई. कोलाई को ट्रीट किया। इसके बाद सेम्पल को एक टेस्टट्यूब में क्षारीय सुक्रोज (alkaline sucrose) में रखा। बड़ा व भारी डीएनए टेस्ट ट्यूब के तली (bottoms) पर चला गया जबकि छोटा हल्का डीएनए तली की ओर नहीं गया। टेस्टट्यूब के तल से डीएनए सेम्पल लेकर देखा गया कि यह आधा भारी व आधा हल्का था। इससे निष्कर्ष निकाला गया कि आधा डीएनए एक लम्बा खण्ड था जबकि आधा खण्डों के रूप में था। उन्होंने एक ओर सेम्पल पांच मिनट के बाद लिया जो अतिरिक्त 5 मिनट तक संवर्धित हुआ उन्होंने पाया कि वह एक सम्पूर्ण बड़ा (large molecular weight) डीएनए था तथा कोई खण्ड नहीं पाया गया। इससे यह सिद्ध हुआ कि अतिरिक्त 5 मिनट के संवर्धन के दौरान आरएनए प्राइमर डीएनए पॉलीमरेज द्वारा हटा दिया गया तथा लाइगेज एन्जाइम ने खण्डों को जोड़ कर एक नया डीएनए संवर्धित कर दिया।

ओकाजाकी खण्ड (Okajaki Fragments)

जापानी वैज्ञानिक रेजी ओकाजाकी एवं उनके सहयोगियों ने सर्वप्रथम ओकाजाकी खण्डों के बारे में वर्णन किया। उन्होंने बताया कि लैंगिग श्रृंखला डीएनए टेम्पलेट के 53 श्रृंखला पर पुनरावृत्ति फोर्क (Fork) की तरफ 1000-2000 न्यूक्लियोटाइड के छोटे-छोटे खण्ड संश्लेषित होते हैं। यह भी असमानान्तर 5′-3′ दिशा में निर्मित होते हैं। यह खण्ड ही ओकाजाकी खण्ड (Okajaki segments) कहलाते हैं।

डीएनए पुनरावृत्ति अलग-अलग अनेक ओकाजाकी खण्डों के रूप में असंतत पुनरावृत्ति (discontinuous replication) कहलाता है। इसकी पुष्टि स्वरेडियोग्राफिक (autoradiographic) प्रयोगों द्वारा की गयी है।

प्रत्येक ओकाजाकी खण्ड का प्रारम्भ हेतु आरएनए प्राइमर की आवश्यकता होती है। अनेक खण्डों के लिये अनेक आरएनए प्राइमर की आवश्यकता होगी जबकि सतत पुनरावृत्ति में मात्र एक ही आरएनए प्राइमर की आवश्यकता होती है।

अर्द्ध असंतत पुनरावृत्ति (Semidiscontinuous Replication)

यहाँ महत्वपूर्ण तथ्य यह है कि पुनरावृत्ति की दोनों भुजाओं में से एक भुजा लीडिंग डीएनए सूत्र (Leading strand) तथा दूसरी छोटी लैगिंग डीएनए सूत्र (Lagging DNA strand) कहलाता है। लीडिंग डीएनए सूत्र के बाहरी सिरे पर स्थित 5′ आरएनए प्राइमर से नये डीएनए का एक ही खण्ड में लगातार 5′-3′ दिशा में संश्लेषण करता है जबकि लैंगिग सूत्र पर डीएनए के अनेक खण्ड 5′-3′ दिशा में निर्मित होते है जिन्हें ओकाजाकी खण्ड कहते हैं। इस तरह के डीएनए पुनरावृत्ति को अर्द्ध असतंत पुनरावृत्ति (semi discontinuous replications) कहते हैं क्योंकि इसमें लीडिंग सूत्र लगातार संश्लेषित होता है जबकि लैगिंग सूत्र में छोटे-छोटे खण्डों में संश्लेषित होकर बाद में आपस में जुड़ता है।

डीएनए की एकदिशीय तथा द्विदिशीय प्रतिकृति (Unidirectional and bidirectional replication)

डीएनए अणु के प्रतिकृति के वे विस्थल (loci) जो प्रतिकृति प्रारम्भ करते है प्रतिकृति प्रारम्भक स्थल कहलाते हैं। यह जनक सूत्र अलग होकर द्विशाख निर्मित करते हैं इसी को प्रारम्भन कहते हैं। कुछ जीवों में यह प्रतिकृति अनेक विस्थलों पर प्रारम्भ होती है जबकि कुछ जैसे जीवाणु, फॉज वायरस में एक खास प्रारम्भन स्थल पर ही प्रतिकृति प्रारम्भ होती है। यह दो द्विशाख दिशा में गति करता है। करेन्स (Cairans) ने अपने प्रयोगों के आधार पर निष्कर्ष निकाला कि डीएनए का संश्लेषण गुणसूत्र पर एक निश्चित बिन्दु से आरम्भ होकर एक दिशा में होता है। हॉल के प्रयोगों द्वारा डीएनए की द्विदिशीय प्रतिकृति का पता चलता है। यूकेरियाटिक गुणसूत्र में अनेक उद्गम विस्थलों पर प्रतिकृति डीएनए डुप्लेक्स रेखीय (linear ) होता है जिसमें द्विदिशीय प्रतिकृति (bidirectional replication) पायी जाती है। यह विपरीत दिशा में गति करते हैं। यह प्रतिकृति द्विदिशीय होकर एक साथ कई विस्थलों पर प्रारम्भ हो सकती है, अतः डीएनए पर अनेक लूप समान संरचना दिखाई देती है। यूकेरियोटिक गुणसूत्र लम्बा होता है अतः एक से अधिक स्थानों पर प्रतिकृति कम समय में सम्पन्न हो जाती है। यह लगभग 10-100 न्यूक्लियोटाइड युग्म प्रति सेकण्ड की दर से निर्मित होता है। हालांकि प्रोकेरियोटिक की दर अधिक 1500 न्यूक्लियोटाइड प्रति सेकण्ड प्राप्त हुई है। अधिकतर प्रोकेरियोटिक जीव (कुछ अपवाद छोड़कर) द्विदिशीय प्रतिकृति करते हैं।

प्रश्न (Questions)

(A) बहुविकल्पी प्रश्न ( Multiple Choice Questions)

1. डीएनए की पुनरावृत्ति होती है

(a) संरक्षी

(b) अर्द्धसंरक्षी

(d) इनमें से कोई नहीं।

(c) समरूप से वितरित

DNA replication is

(a) Conservative

(c) Dispersive

(b) semi conservative

(d) None of the above.

2. डीएनए के संश्लेषण कहलाता है।

(a) पुनरावृत्ति

(b) ट्रांसक्रिप्शन

(c) अनुलेखन.

(d) अमीनेशन

DNA synthesis is called

(a) Replication

(b) Transcription

(c) Translocation

(d) Amination

3. डीएनए पुनरावृत्ति के दौरान दो श्रृंखलायें किस एन्जाइम द्वारा विकुण्डलित होती है-

(a) डीएनए पॉलीमरेज

(c) टोपो आइसोमरेज

(b) हैलीकेज

(d) अनवाइन्डेज

Which of the enzyme is used to separate two strands during DNA replication-

(a) DNA polymerase

(c) Topoisomerase

(b) Helicase

(d) Unwindase

14. डीएनए पुनरावृत्ति के अध्ययन में प्रयुक्त प्रायोगिक पदार्थ था-

(a) ई. कोलाई

(c) न्यूमोकोकस स्पे.

(b) न्यूरोस्पोरा क्रेसा

(d) ड्रोसोफिला मेलेनोगेस्टर

Which f the experimental material uses used in the study of DNA replication:

(a) E. coli

(c) Pneumonococcus sp.

(b) Neurospora crassa

(d) Drosophilla melanogaster

5. निम्न में से कौन सा विकर डीएनए के खंडों को जोड़ने के काम आता है-

(a) डीएनए लाइगेज

(c) प्राइमेस

(b) डीएनए पॉलीमरेज

(d) एन्डोन्यूक्लिऐज

Which of the following enzymes are used to join fragments of DNA-

(a) DNA Ligase

(c) Primase

(b) DNA polymerase

(d) Endonuclease

6. ई. कोलाई में डीएनए पुनरावर्ती का तरीका होता है-

(a) संरक्षी व एक दिशीय

(c) संरक्षी व द्विदिशीय

(b) अर्धसंरक्षी व एक दिशीय

(d) अर्धसंरक्षी व द्विदिशीय

Mode of DNA replication in E-coli is:

(a) Conservative and unidirectional

(b) Semi conservative and unidirectional

(c) Conservative and bidirectional

(d) Semi conservative and bidirectional.

7. जब डीएनए की पुनरावृत्ति आरम्भ होती है तब-

(a) दो न्यूक्लिओटाइड के मध्य का फॉस्फोडाइस्टर बंध टूट जाता है।

(b) नाइट्रोजन क्षार व डीऑक्सीराइबोस शर्करा के मध्य बंध टूट जाता है।

(c) लीडींग स्ट्रेंड ओकाजाकी खण्ड निर्मित करता है।

(d) दो न्यूक्लिओटाइड के मध्य का हाइड्रोजन बन्ध टूट जाता है।

When DNA replication starts-

(a) The phosphodiester bonds between the adjascent nucleotide break.

(b) The bonds between the nitrogen base and deoxyribose sugar break

(c) The leading strand produces Okajaki fragments

(d) The hydrogen bonds between the nucleotides of two strand break.

8. लैंगिंग सूत्र पर पुनरावर्ती के दौरान डीएनए खण्डों का संश्लेषण कहलाता है-

(a) सेटेलाइट खण्ड

(c) कॉर्नबग खंड

(b) द्विलड़ी खंड

(d) ओकाजाकी खंड

Synthesis of DNA fragments on lagging strand during replication is called-

(a) Satellite segment

(c) Komberg segment

(b) Double helix segment

(d) Okajaki segments

9. लीडिंग सूत्र की वृद्धि डीएनए संश्लेषण के दौरान होती है-

(a) रेप्लीकेशन फोर्क से दूर वृद्धि करती है ।

(b) 3′ – 5′ दिशा में वृद्धि करती है।

(c) ओकाजाकी खंड निर्मित करती है।

(d) डीएनए पॉलीमरेज के कार्य पर निर्भर करती है।

The elongation of the leading strand during DNA synthesis-

(a) Progresses away from the replication fork

(b) Occur in 5′-3′ direction..

(c) Produces Okajaki fragments.

(d) Depend on the action of DNA polymerase

10. डीएनए की सत्य पुनरावर्ती के लिये उत्तरदायी हैं-

(a) हाइड्रोजन बंध

(c) क्षारीय युग्म नियम

(b) फॉस्फेट बैकबोन

(d) उपरोक्त में से कोई नहीं

True replication of DNA is possible due to-

(a) Hydrogen bonding

(b) Phosphate backbone

(c) Complementry base pairing rule

(d) None of the above

(B) रिक्त स्थानों की पूर्ति कीजिए (Fill in the blanks)

1. मेसलसन स्टॉल ने डीएनए की……………….पुनरावृत्ति रिपोर्ट की । (अर्धसंरक्षी)

Meselson and Stahl reported the…….. replication of DNA. (Semiconservative )

2. जे. एस. टेलर ……… पर अर्द्धसंरक्षी पुनरावृत्ति के प्रयोग किये। (विसिया फाबा )

J.H. Taylor used …….for his experiment on semiconservative replication. (Vicia faba)

3. डीएनए पॉलीमरेज डीएनए……. के लिए आवश्यक है। (पुनरावृत्ति)

DNA polymerase is essential for DNA………..   (Replicaiton)

4. सर्वप्रथम ओकाजाकी खण्डों का ……..देश के वैज्ञानिकों ने वर्णन किया। (जापान)

For the first time Okajaki fragments were reported by scientist from the country………..   (Japan)

5. डीएनए खण्ड विकर ……….. द्वारा जोड़े जाते हैं। (लाइगेज)

DNA segments are joined by enzyme ……   (Ligase)

(C) सत्य / असत्य बताइये (True Or False)

1. डीएनए पुनरावृत्ति केन्द्रक में सम्पन्न होती है। (सत्य)

DNA replication takes place in nucleus.  (True)

2. मैक्स डलब्रूक ने डीएनए में परिक्षेपी पुनरावृत्ति रिपोर्ट की । (सत्य)

Max Delbruck reported the dispersive type of replication in DNA.  (True)

3. जे. एच. टेलर ने मटर पर अर्धसंरक्षी पुनरावृत्ती के प्रयोग किये। (असत्य)

J.H. Taylor did his experiments on pea for semiconservative replication. (False)

4. डीएनए पुनरावृत्ति के लिए आरएनए प्राइमर होना आवश्यक है। (सत्य)

For replication of DNA, RNA primer is essential.  (True)

5. डीएनए सूत्र लाइगेज विकर द्वारा जुड़ते हैं। (सत्य)

DNA strands join due to enzyme ligase.   (True)

(D) टिप्पणी लिखिये ( Short Short Notes )

1. डीएनए के लीडींग व लैगिंग सूत्र पर टिप्प्णी लिखिये ।

आण्विक जैविकी एवं जैवप्रौद्योगिकी

Write a short note on leading and lagging strand of DNA.

2. ओकाजाकी खण्ड क्या होते हैं ? चित्र के द्वारा समझाइये |

What are Okajaki segments? Explain with the help of diagram.

3. आरएनए प्राइमर क्या है ? इसका कार्य क्या है ?

What is RNA primer? What are its functions?

4. रेप्लीकॉन व रेप्लीजोम पर टिप्पणी लिखिये।

Write a short notes on replicon and replisome.

5. पॉलीमरेजिस पर टिप्प्णी लिखिये।

Write a short note on polymerases.

6. डीएनए संश्लेषण के एन्जायम पर टिप्प्णी लिखिये ।

Write a short note on an enzyme of DNA synthesis.

7. यूकेरियोट्स में अर्द्धसंरक्षी पुनरावृत्ति के प्रमाण पर टिप्पणी लिखिये ।

Write a short note on evidences for semiconservative replication in eukaryotes.

(E) अतिलघुत्तरात्मक प्रश्न (Very Short Answer Type Questions )

1. वाटसन तथा क्रिक के क्षार युग्म का नियम लिखें।

Write the base pairing rule of Watson and Crick.

2. कोडोन को परिभाषित करें।

Define Codon

3. एन्टीकोडोन क्या है ?

What is an anticodon

4. डीएनए संश्लेषण हेतु आवश्यक पदार्थ का नाम लिखें।

Name the essential material required for DNA synthesis

5. वह कौन – सा आरएनए है जिसमें एक पॉलीपेप्टाइड के अमीनो अम्ल के अनुक्रम की सूचना निहित रहती है ?

Which RNA carries information about the sequence of amino acids in a polypeptide ?

6. डीएनए संश्लेषण में प्राक् – रीडिंग क्या है ?

What is proof-reading in DNA synthesis?

7. उस एन्जाइम का नाम बताइये जो डीएनए श्रृंखला की कट लगा सकता हो तथा उसे जोड़कर सील भी कर सकता हो ।

Name the enzyme which can cut and seal DNA strand.

8. डीएनए पॉलीमरेज के दो कार्य लिखिए।

Write two functions of DNA polymerase

9. डीएनए पुनरावृति के दो नियम लिखिये।

Write two rules of DNA replication.

10. न्यूक्लिएज विकर कितने प्रकार के होते हैं, नाम लिखिये ।

How many types of nuclease enzymes are there, name them.

(F) निबन्धात्मक प्रश्न ( Essay Type Questions)

1. डीएनए पुनरावृत्ति में मेसलसन व स्टाल के प्रयोग का वर्णन कीजिये ।

Describe Meselson and Stahl’s experiment for DNA replication.

2.डीएनए पुनरावृत्ति की प्रक्रिया के विभिन्न चरणों को समझाइये |

Explain the process of DNA replication in different steps.