Telomerase solves the end-replication problem of linear chromosomes because it

is a reverse transcriptase that carries its own RNA template and extends the 3′ G-rich overhang

is a DNA-dependent DNA polymerase that fills the gap left after removal of the last lagging-strand primer

is a ligase that joins the two strands at each chromosome end into a covalently closed hairpin

is a primase that lays a final RNA primer at the very end of the template so the strand is completed

A temperature-sensitive *E. coli* mutant is shifted to the restrictive temperature. It keeps synthesising DNA, but pulse-labelled DNA stays as fragments of 1 to 2 kb that carry no RNA. Which gene product is most likely defective?

DNA ligase, because the nicks between finished Okazaki fragments cannot be sealed

DNA polymerase I, because its 5′→3′ exonuclease is needed to remove the primer from each fragment

DnaB helicase, because without unwinding the lagging-strand template is never exposed

DNA gyrase, because positive supercoils ahead of the fork prevent the fragments from being joined

DNA ligase, because the nicks between finished Okazaki fragments cannot be sealed

Rifampicin is added to an *E. coli* culture in which a gene is being actively transcribed. What happens to transcription of that gene over the next few minutes?

Chains already elongating are completed, but no new chains start, because rifampicin blocks early RNA extension

All RNA chains stop at once, because rifampicin intercalates into the template DNA ahead of each polymerase

Chains already elongating are completed, but no new chains start, because rifampicin blocks early RNA extension

Only Rho-dependent termination fails, so the polymerases read through into the neighbouring genes downstream

Transcription continues normally, because rifampicin binds the 30S ribosomal subunit and blocks only translation

Which of the following statements about transcription and RNA processing are correct?

The 5′ cap of eukaryotic mRNA is attached to the first nucleotide through a 5′–5′ triphosphate linkage

In the first step of splicing, the 2′-OH of the branch-point adenosine attacks the 5′ splice site

An intrinsic bacterial terminator is a GC-rich hairpin in the RNA followed by a run of U residues

The 5′ cap of eukaryotic mRNA is attached to the first nucleotide through a 5′–5′ triphosphate linkage

In the first step of splicing, the 2′-OH of the branch-point adenosine attacks the 5′ splice site

An intrinsic bacterial terminator is a GC-rich hairpin in the RNA followed by a run of U residues

RNA polymerase I is the eukaryotic nuclear polymerase most sensitive to inhibition by α-amanitin

A tRNA has the anticodon 5′-IGC-3′, where I is inosine. Which mRNA codons can it read?

GCU, GCC and GCA, because inosine at the wobble position pairs with U, C or A

GCU, GCC, GCA and GCG, because inosine pairs with any of the four bases

UCG, CCG and ACG, because inosine pairs with U, C or A at the first codon position

GCU, GCC and GCA, because inosine at the wobble position pairs with U, C or A

GCC only, because every anticodon base pairs strictly by Watson–Crick rules

Why are methylated CpG sites hotspots for C·G → T·A transitions in mammalian DNA?

Deaminating 5-methylcytosine gives thymine, a normal DNA base that uracil-DNA glycosylase ignores

The methyl group of 5-methylcytosine lets it pair directly with adenine during replication

Deaminating 5-methylcytosine gives uracil, which is excised so quickly that a gap is left behind

5-Methylcytosine stalls the replicative DNA polymerase, which then inserts adenine opposite it by default

A heteroduplex plasmid carrying a single G·T mismatch is made so that the strand containing G is fully methylated at its GATC sites and the strand containing T is unmethylated. It is introduced into wild-type *E. coli* and repaired before replication. Which base pair do most repaired molecules carry at the mismatch?

G·C, because MutH nicks the unmethylated strand, so the T-containing strand is excised and resynthesised

A·T, because MutH nicks the methylated strand, marking the G-containing strand as the one to be replaced

G·C, because MutH nicks the unmethylated strand, so the T-containing strand is excised and resynthesised

G·C and A·T in equal numbers, because mismatch repair has no means of telling the two strands apart

Neither, because MutS cuts out the mismatched pair and the gap is sealed without replacing the bases

Which of the following statements about DNA repair pathways are correct?

Photolyase uses light energy to split cyclobutane pyrimidine dimers without removing any nucleotides

O⁶-Methylguanine-DNA methyltransferase transfers the methyl group to its own cysteine and is inactivated

Photolyase uses light energy to split cyclobutane pyrimidine dimers without removing any nucleotides

O⁶-Methylguanine-DNA methyltransferase transfers the methyl group to its own cysteine and is inactivated

Non-homologous end joining copies the missing sequence from the sister chromatid, so it is error-free

In base excision repair, the glycosylase cuts out an oligonucleotide of 12 to 13 nucleotides

A 250-bp DNA fragment labelled at one 5′ end is incubated with increasing amounts of a purified protein and then lightly digested with DNase I. On a denaturing gel the control lane shows a band at every position, but with protein the bands for positions 81 to 100 disappear and the band at position 78 becomes much stronger. Which is the best interpretation?

The protein covers positions 81 to 100 and distorts the DNA beside them, making position 78 hypersensitive

The protein is itself a nuclease that cuts at position 78 and destroys the DNA between 81 and 100

DNase I was used at too high a concentration, so molecules cut many times lost the bands from 81 to 100

The protein binds only at position 78, and positions 81 to 100 are a sequence that DNase I cannot cut

The protein covers positions 81 to 100 and distorts the DNA beside them, making position 78 hypersensitive

Which of the following statements about methods that probe chromatin accessibility are correct?

Light micrococcal nuclease digestion of chromatin gives DNA fragments that are multiples of the nucleosome repeat length

Active promoters and enhancers commonly appear as DNase I hypersensitive sites in nuclei

Light micrococcal nuclease digestion of chromatin gives DNA fragments that are multiples of the nucleosome repeat length

Active promoters and enhancers commonly appear as DNase I hypersensitive sites in nuclei

In DNase I footprinting, the fragment should be labelled at both ends so that both strands are read in one lane

ATAC-seq needs an antibody against the protein of interest to direct the Tn5 insertions

An *E. coli* partial diploid has the genotype I⁺ Oᶜ Z⁻ / I⁻ O⁺ Z⁺ (I, repressor gene; O, operator; Z, β-galactosidase gene). How is the synthesis of functional β-galactosidase regulated in this strain?

It is inducible, because the I⁺ repressor acts in trans on the O⁺ copy that carries Z⁺

It is constitutive, because the Oᶜ operator on one chromosome cannot bind repressor

It is never made, because the I⁻ allele makes no repressor that could respond to inducer

It is made only without inducer, because the I⁻ repressor responds to inducer in reverse

It is inducible, because the I⁺ repressor acts in trans on the O⁺ copy that carries Z⁺

In the trp operon leader of *E. coli*, what happens when tryptophan is plentiful?

The ribosome translates past the Trp codons and covers region 2, so the 3:4 terminator hairpin forms

The ribosome stalls at the two Trp codons, so region 2 pairs with region 3 and transcription continues

The ribosome translates past the Trp codons and covers region 2, so the 3:4 terminator hairpin forms

Tryptophan binds the leader RNA directly, so region 1 pairs with region 4 and blocks the ribosome

The TrpR repressor binds the leader RNA, so the polymerase pauses until region 2 pairs with region 4

When cellular iron falls, iron regulatory proteins (IRPs) bind iron-responsive elements (IREs). What is the effect on ferritin and transferrin receptor synthesis?

Ferritin translation is blocked through the IRE in its 5′ UTR, and transferrin receptor mRNA is stabilised through IREs in its 3′ UTR

Ferritin mRNA is stabilised through IREs in its 3′ UTR, while transferrin receptor translation is blocked through an IRE in its 5′ UTR

Both mRNAs are degraded, because IRP binding recruits the RNA-induced silencing complex to each IRE

Both mRNAs are translated faster, because IRP binding unfolds the secondary structure of their untranslated regions

जीन अभिव्यक्ति व उसका नियमन, तथा DNA मरम्मत: प्रतिकृति, अनुलेखन, अनुवादन, मरम्मत व क्रोमैटिन अभिगम्यता

यह अध्याय XL1 जैव रसायन के खंड XL1.6 का उत्तर देता है। XL1 जीवन विज्ञान (XL) पेपर के पाँच वैकल्पिक खंडों में से एक है, जिनमें से अभ्यर्थी कोई दो हल करता है। शीर्षक है: “DNA प्रतिकृति, अनुलेखन व अनुवादन; DNA क्षति व मरम्मत; न्यूक्लिएज़ अभिगम्यता विधियाँ; जीन अभिव्यक्ति का जैवरासायनिक नियमन।” यह सूचना को DNA से प्रोटीन तक, प्रत्येक चरण के एंज़ाइमों, ऊर्जा व संदमकों सहित, ले जाता है; DNA की क्षतियाँ और उन्हें हटाने वाले पथ बताता है; दिखाता है कि DNase I, माइक्रोकॉकल न्यूक्लिएज़ व Tn5 ट्रांसपोज़ेज़ कैसे प्रकट करते हैं कि कौन-सा DNA खुला है और कौन-सा सुरक्षित; और बताता है कि जीवाणु व यूकैरियोट जीनों को कैसे चालू व बंद करते हैं। संख्यात्मक प्रश्न हैं: फ़ोर्क-गति से प्रतिकृति-काल व उद्गम-संख्या, मेसेल्सन–स्टाल पट्टियों के अंश, कोडॉन व अमीनो अम्ल गणना, प्रोटीन संश्लेषण की ऊर्जा-लागत तथा न्यूक्लियोसोम लिंकर लंबाइयाँ।

1. DNA प्रतिकृति

प्रतिकृति अर्धसंरक्षी है। मेसेल्सन व स्टाल ने E. coli को ¹⁵N पर उगाकर ¹⁴N में स्थानांतरित किया और CsCl प्रवणता में घनत्व से DNA अलग किया: एक पीढ़ी के बाद सारा DNA संकर घनत्व का था; दो के बाद आधा संकर व आधा हल्का। संरक्षी मॉडल एक पीढ़ी के बाद भारी व हल्की अलग पट्टियाँ, और विक्षेपी मॉडल प्रत्येक पीढ़ी में एक ही पट्टी बताता है। n पीढ़ियों के बाद संकर अंश 2/2ⁿ होता है।

E. coli में प्रतिकृति एक उद्गम, oriC, से आरंभ होकर दोनों दिशाओं में चलती है। DnaA oriC के दोहराए स्थलों से बंधकर AT-समृद्ध क्षेत्र को खोलता है; DnaC DnaB हेलिकेज़ को चढ़ाता है; एकल-रज्जुक बंधक प्रोटीन अलग हुए रज्जुकों को ढकता है; DNA जाइरेज़ (टाइप II टोपोआइसोमरेज़, क्विनोलोन का लक्ष्य) फ़ोर्क के आगे बनने वाली धनात्मक अतिकुंडलियाँ हटाता है। प्राइमेज़ (DnaG) RNA प्राइमर बिछाता है। β सरकने वाले क्लैम्प से टेम्पलेट पर टिका DNA पॉलीमरेज़ III अग्रग रज्जुक लगातार और पश्चग रज्जुक ओकाज़ाकी खंडों के रूप में बनाता है (जीवाणुओं में 1,000–2,000 न्यूक्लियोटाइड, यूकैरियोट में 100–200)। DNA पॉलीमरेज़ I अपने 5′→3′ एक्सोन्यूक्लिएज़ से प्राइमर हटाकर रिक्तियाँ भरता है, और DNA लाइगेज़ (E. coli में NAD⁺-निर्भर, यूकैरियोट में ATP-निर्भर) दरारें जोड़ता है।

प्रत्येक DNA पॉलीमरेज़ मुक्त 3′-OH वाले प्राइमर से 5′→3′ दिशा में बढ़ाता है; कोई भी शृंखला आरंभ नहीं कर सकता।
परिशुद्धता क्षारक-चयन, 3′→5′ एक्सोन्यूक्लिएज़ प्रूफ़रीडिंग (Pol III की ε उप-इकाई) व बेमेल मरम्मत से आती है, और प्रति 10⁹–10¹⁰ न्यूक्लियोटाइड लगभग एक त्रुटि रहती है।
यूकैरियोट G1 में अनेक उद्गमों को अनुज्ञापित करते हैं: ORC, Cdc6 व Cdt1 MCM2–7 हेलिकेज़ चढ़ाते हैं, जिसे काइनेज़ केवल S प्रावस्था में सक्रिय करते हैं, अतः प्रत्येक उद्गम प्रति चक्र एक बार चलता है। Pol α-प्राइमेज़ शृंखला आरंभ करता है, Pol ε अग्रग व Pol δ पश्चग रज्जुक बढ़ाते हैं, और क्लैम्प PCNA है।
रैखिक गुणसूत्र अपने सिरों पर अनुक्रम खोते हैं क्योंकि अंतिम प्राइमर का प्रतिस्थापन नहीं हो सकता। अपना RNA टेम्पलेट साथ रखने वाला रिवर्स ट्रांसक्रिप्टेज़ टेलोमरेज़ जनन कोशिकाओं, स्टेम कोशिकाओं व अधिकांश कैंसरों में 3′ G-समृद्ध उभार को बढ़ाता है।

ℹ️ हल किया उदाहरण: प्रतिकृति-काल

एक उद्गम व 1,000 न्यूक्लियोटाइड प्रति सेकंड चलने वाले दो फ़ोर्कों के साथ 4.6 Mb के E. coli गुणसूत्र को 4.6 × 10⁶ / (2 × 1,000) = 2,300 s, लगभग 38 मिनट लगते हैं। हर 20 मिनट में विभाजित कोशिकाएँ पिछला दौर समाप्त होने से पहले ही नए दौर आरंभ कर देती हैं। यूकैरियोटी फ़ोर्क बहुत धीमे हैं, अतः लंबे गुणसूत्र को अनेक उद्गम चाहिए: उद्गम = जीनोम-लंबाई ÷ (2 × फ़ोर्क-गति × S प्रावस्था का समय)।

2. अनुलेखन व RNA प्रसंस्करण

जीवाणु RNA पॉलीमरेज़ कोर (α₂ββ′ω) σ कारक से जुड़कर होलोएंज़ाइम बनता है; σ⁷⁰ प्रमोटर के −35 (TTGACA) व −10 (TATAAT) तत्वों को पहचानता है, द्विरज्जुक −10 के निकट खुलता है, और कुछ निष्फल आरंभों के बाद σ अलग हो जाता है तथा कोर बिना प्राइमर 5′→3′ दिशा में बढ़ता है। समापन या तो आंतरिक होता है, RNA में GC-समृद्ध हेयरपिन के बाद U की शृंखला, या Rho-निर्भर, जिसमें षट्तयी Rho हेलिकेज़ RNA के C-समृद्ध स्थल से बंधकर ATP उपयोग करते हुए पॉलीमरेज़ तक पहुँचता है। रिफ़ैम्पिसिन β उप-इकाई से बंधकर कुछ न्यूक्लियोटाइड बनने के बाद RNA का मार्ग रोकता है, अतः आरंभ रोकता है पर पहले से बढ़ रही शृंखलाएँ नहीं; ऐक्टिनोमाइसिन D DNA में अंतर्वेशित होकर सभी कोशिकाओं में दीर्घीकरण रोकता है।

यूकैरियोटी केंद्रकीय RNA पॉलीमरेज़
पॉलीमरेज़	अनुलेखित करता है	α-ऐमैनिटिन
RNA पॉलीमरेज़ I	28S, 18S व 5.8S rRNA (केंद्रिका में)	असंवेदी
RNA पॉलीमरेज़ II	mRNA, अधिकांश snRNA, miRNA पूर्ववर्ती	अति संवेदी
RNA पॉलीमरेज़ III	tRNA, 5S rRNA, U6 snRNA	मध्यम संवेदी

Pol II को सामान्य अनुलेखन कारक चाहिए: TFIID, जिसका TATA-बंधक प्रोटीन लगभग 25–30 bp ऊपर स्थित TATA बॉक्स से बंधता है, TFIIB, TFIIF, TFIIE तथा TFIIH, जिसका हेलिकेज़ DNA खोलता है और जिसका काइनेज़ Pol II के C-अंतस्थ डोमेन (CTD) की सप्तक पुनरावृत्तियों के सेरीन 5 का फ़ॉस्फ़ोरिलीकरण कर पॉलीमरेज़ को दीर्घीकरण हेतु मुक्त करता है। फ़ॉस्फ़ोरिलीकृत CTD प्रसंस्करण तंत्र को बुलाता है, अतः pre-mRNA बनते-बनते ही प्रसंस्कृत होता है:

5′ कैप: 5′–5′ ट्राइफ़ॉस्फ़ेट सेतु से जुड़ा 7-मेथिलग्वानोसीन; यह 5′ एक्सोन्यूक्लिएज़ों से रक्षा करता है और राइबोसोम को बुलाने में सहायक है।
स्प्लाइसोसोम (U1, U2, U4, U5, U6 snRNP) द्वारा स्प्लाइसिंग: इंट्रॉन GU से आरंभ व AG पर समाप्त होते हैं। शाखा-बिंदु ऐडिनोसीन का 2′-OH 5′ स्प्लाइस स्थल पर आक्रमण कर लैरिएट बनाता है, फिर मुक्त एक्सॉन का 3′-OH 3′ स्प्लाइस स्थल पर आक्रमण करता है। वैकल्पिक स्प्लाइसिंग से एक जीन अनेक प्रोटीन बनाता है।
3′ सिरा: AAUAAA से 10–30 न्यूक्लियोटाइड आगे विदलन और पॉली(A) पॉलीमरेज़ द्वारा बिना टेम्पलेट लगभग 200 A की पॉली(A) पूँछ का योग।
संपादन (editing) कूटबद्ध संदेश बदलता है: मानव आंत्र में C→U विऐमीनन ऐपोलाइपोप्रोटीन B के mRNA में समापन कोडॉन बनाता है, जिससे यकृत के apoB-100 के स्थान पर apoB-48 बनता है।

3. अनुवादन

आनुवंशिक कूट एक निश्चित आरंभ से अनतिव्यापी त्रिकों में पढ़ा जाता है: 64 कोडॉन, जिनमें 61 बीस अमीनो अम्लों हेतु और 3 समापन (UAA, UAG, UGA); AUG मेथियोनीन का कोड है और लगभग सभी प्रोटीन आरंभ करता है। कूट अपह्रासी (degenerate) व लगभग सार्वत्रिक है (माइटोकॉन्ड्रिया में अपवाद हैं, जैसे UGA का ट्रिप्टोफ़ैन पढ़ा जाना)। वॉबल: एंटीकोडॉन का पहला (5′) क्षारक कोडॉन के तीसरे क्षारक से शिथिलता से युग्मित होता है, अतः G, C या U से; U, A या G से; और इनोसीन U, C या A से युग्मित होता है; इसलिए एक tRNA अनेक कोडॉन पढ़ सकता है।

प्रत्येक अमीनो अम्ल ऐमीनोऐसिल-tRNA सिंथेटेज़ द्वारा दो चरणों में अपने tRNA से जुड़ता है (अमीनो अम्ल + ATP → ऐमीनोऐसिल-AMP + PPi, फिर tRNA के 3′ सिरे पर स्थानांतरण), जिसकी लागत दो उच्च-ऊर्जा बंध है। सिंथेटेज़ प्रूफ़रीडिंग करते हैं: आइसोल्यूसिल-tRNA सिंथेटेज़ tRNA(Ile) से भूलवश जुड़े वैलीन को जल-अपघटित करता है। राइबोसोम केवल कोडॉन–एंटीकोडॉन युग्मन जाँचता है, अमीनो अम्ल नहीं। जीवाणु 70S राइबोसोम में 30S (16S rRNA) व 50S (23S व 5S rRNA) उप-इकाइयाँ हैं; यूकैरियोटी 80S राइबोसोम में 40S (18S) व 60S (28S, 5.8S व 5S)। पेप्टिडिल ट्रांसफ़रेज़ केंद्र 23S rRNA है: राइबोसोम एक राइबोज़ाइम है।

आरंभ (जीवाणु): IF1, IF3 व IF2·GTP सहित 30S उप-इकाई शाइन–डालगार्नो अनुक्रम व 16S rRNA के 3′ सिरे के बीच क्षारक-युग्मन से mRNA से बंधती है, और fMet-tRNA P स्थल में आता है। यूकैरियोट में eIF4E कैप से बंधता है और eIF2·GTP सहित Met-tRNAi लिए छोटी उप-इकाई अच्छे कोज़ाक संदर्भ वाले पहले AUG तक स्कैन करती है।
दीर्घीकरण: EF-Tu·GTP प्रत्येक ऐमीनोऐसिल-tRNA को A स्थल तक पहुँचाता है (EF-Ts EF-Tu का पुनर्चक्रण करता है); पेप्टिडिल ट्रांसफ़रेज़ बढ़ती शृंखला को A-स्थल के अमीनो अम्ल पर ले जाता है; EF-G·GTP राइबोसोम को एक कोडॉन आगे खिसकाता है। यूकैरियोटी समतुल्य eEF1A, eEF1B व eEF2 हैं।
समापन: RF1 UAA व UAG पढ़ता है, RF2 UAA व UGA, और RF3·GTP मुक्ति में सहायक है; यूकैरियोटी eRF1 तीनों समापन कोडॉन पढ़ता है।

⚠️ ऊर्जा व संदमक

आवेशन के 2 बंध तथा EF-Tu व EF-G के एक-एक GTP गिनने पर प्रत्येक पेप्टाइड बंध की लागत कम से कम 4 उच्च-ऊर्जा बंध है। संदमक निश्चित चरणों पर कार्य करते हैं: स्ट्रेप्टोमाइसिन (30S, गलत पठन), टेट्रासाइक्लिन (A स्थल पर ऐमीनोऐसिल-tRNA का बंधन रोकता है), क्लोरैम्फ़ेनिकॉल (जीवाणु पेप्टिडिल ट्रांसफ़रेज़), एरिथ्रोमाइसिन (50S निकास सुरंग), साइक्लोहेक्सिमाइड (यूकैरियोटी स्थानांतरण), डिप्थीरिया टॉक्सिन (eEF2 का ADP-राइबोसिलीकरण) तथा प्यूरोमाइसिन, ऐमीनोऐसिल-tRNA की नकल जो सभी राइबोसोमों के A स्थल में स्वीकार होकर शृंखला को प्यूरोमाइसिन सहित समय से पहले मुक्त कर देता है।

4. DNA क्षति व मरम्मत

सामान्य क्षतियाँ व उनके परिणाम
क्षति	कारण	मरम्मत न होने पर परिणाम
विप्यूरीनीकरण	ग्लाइकोसिडिक बंध का स्वतः जल-अपघटन	अक्षारकी (AP) स्थल; सामने कोई भी क्षारक जुड़ सकता है
विऐमीनन	स्वतः; नाइट्रस अम्ल	C → U (A से युग्मित); 5-मेथिलसाइटोसीन → T, एक सामान्य क्षारक, अतः मेथिलीकृत CpG स्थल उत्परिवर्तन-केंद्र हैं
ऑक्सीकरण	अभिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ	8-ऑक्सोग्वानीन A से युग्मित: G·C → T·A ट्रांसवर्ज़न
ऐल्किलीकरण	EMS, नाइट्रोसैमीन	O⁶-मेथिलग्वानीन T से युग्मित: G·C → A·T ट्रांज़िशन
पिरिमिडीन द्वितय	UV प्रकाश	साइक्लोब्यूटेन द्वितय व 6-4 प्रकाश-उत्पाद हेलिक्स को विकृत कर पॉलीमरेज़ रोकते हैं
रज्जुक-विच्छेद, अनुप्रस्थ-बंध	आयनकारी विकिरण; सिसप्लैटिन	द्विरज्जुक विच्छेद से गुणसूत्र-खंड खोते हैं; अनुप्रस्थ-बंध प्रतिकृति रोकते हैं
अंतर्वेशन	ऐक्रिडीन, एथिडियम	एक क्षारक का योग या लोप: फ़्रेमशिफ़्ट

प्रत्यक्ष उत्क्रमण: फ़ोटोलायेज़ (FADH⁻ सहकारक; अपरा-स्तनधारियों में अनुपस्थित) दृश्य प्रकाश से पिरिमिडीन द्वितय तोड़ता है; O⁶-मेथिलग्वानीन-DNA मेथिलट्रांसफ़रेज़ (E. coli में Ada, मनुष्य में MGMT) मेथिल समूह अपने ही सिस्टीन पर ले लेता है और खप जाता है, यह आत्मघाती एंज़ाइम है।
छोटी क्षारक-क्षतियों हेतु क्षारक उच्छेदन मरम्मत (BER): एक DNA ग्लाइकोसिलेज़ (उदाहरणार्थ यूरेसिल-DNA ग्लाइकोसिलेज़) ग्लाइकोसिडिक बंध काटता है, AP एंडोन्यूक्लिएज़ आधार-शृंखला में दरार डालता है, एक पॉलीमरेज़ (स्तनधारियों में Pol β, E. coli में Pol I) एक या कुछ न्यूक्लियोटाइड भरता है, और लाइगेज़ जोड़ता है। DNA में यूरेसिल के बजाय थाइमीन के उपयोग से हर U को क्षति के रूप में पहचाना जा सकता है।
UV द्वितय जैसी भारी, हेलिक्स-विकृतकारी क्षतियों हेतु न्यूक्लियोटाइड उच्छेदन मरम्मत (NER): E. coli में UvrA₂B क्षति खोजता है, UvrC दोनों ओर काटता है, और UvrD 12–13 न्यूक्लियोटाइड हटाता है जिन्हें Pol I व लाइगेज़ प्रतिस्थापित करते हैं। मनुष्य XP प्रोटीनों व TFIIH से, सम्पूर्ण जीनोम में या अनुलेखन से युग्मित रूप में, 24–32 न्यूक्लियोटाइड हटाते हैं। दोष ज़ीरोडर्मा पिगमेंटोसम कराते हैं: अत्यधिक धूप-संवेदनशीलता व त्वचा कैंसर।
प्रतिकृति-त्रुटियों हेतु बेमेल मरम्मत (MMR): MutS बेमेल युग्म से बंधता है, MutL जुड़ता है, और MutH अर्धमेथिलीकृत GATC पर अमेथिलीकृत रज्जुक में दरार डालता है, क्योंकि Dam मेथिलेज़ नए रज्जुक को कुछ विलंब से चिह्नित करता है। नया रज्जुक हटाकर पुनः संश्लेषित होता है। मानव समजातों (MSH2, MLH1 आदि) के वंशागत दोष माइक्रोसैटेलाइट अस्थिरता सहित लिंच सिंड्रोम (आनुवंशिक अ-पॉलिपोसिस कोलोरेक्टल कैंसर) कराते हैं।
द्विरज्जुक विच्छेद: असमजात सिरा-संयोजन (Ku70/80, DNA-PKcs, लाइगेज़ IV) पूरे चक्र में कार्य करता है पर प्रायः कुछ क्षारक जोड़ता या खोता है; समजात पुनर्संयोजन (जीवाणु में RecA; मनुष्य में BRCA1 व BRCA2 सहित Rad51) सिरों को काटकर छोटा करता है, सहोदर अर्धगुणसूत्र में प्रवेश करता है और उसकी सटीक प्रतिलिपि बनाता है, अतः S व G2 में कार्य करता है।
E. coli की SOS अनुक्रिया: एकल-रज्जुक DNA से बंधा RecA LexA दमनकारी के स्व-विदलन को उत्तेजित करता है, जिससे मरम्मत-जीन और त्रुटिप्रवण क्षति-पार पॉलीमरेज़ V प्रेरित होते हैं, जो उत्परिवर्तनों की कीमत पर क्षतियों के पार प्रतिलिपि बनाता है।

5. न्यूक्लिएज़ अभिगम्यता विधियाँ

बंधा प्रोटीन या न्यूक्लियोसोम DNA को काटने वाले एंज़ाइमों से बचाता है, जबकि खुला DNA आसानी से कटता है। अतः न्यूक्लिएज़ या ट्रांसपोज़ेज़ कहाँ काटता है इसका मानचित्र प्रोटीन-बंधन स्थलों व खुले क्रोमैटिन का मानचित्र है। ऐसी हर विधि सीमित पाचन पर निर्भर है: कटाव-स्थलों का नमूना लेने भर, हर अणु नष्ट करने जितना नहीं।

DNase I फ़ुटप्रिंटिंग यह मानचित्रित करती है कि शुद्ध प्रोटीन DNA खंड पर कहाँ बंधता है। खंड को एक रज्जुक के एक सिरे पर चिह्नित कर प्रोटीन सहित व रहित ऊष्मायित किया जाता है, और इतना हल्का पचाया जाता है कि प्रत्येक अणु यादृच्छिक रूप से लगभग एक बार कटे। विकृतीकारी अनुक्रमण जेल पर नियंत्रण लेन एक सतत सीढ़ी देती है, चिह्नित सिरे से मापी गई प्रत्येक कटाव-स्थिति हेतु एक पट्टी। जहाँ प्रोटीन बैठा है वहाँ कटाव रुकता है और सीढ़ी में रिक्ति, फ़ुटप्रिंट, दिखती है; उसके किनारों पर प्रबल होती पट्टियाँ उस DNA को चिह्नित करती हैं जिसे प्रोटीन मोड़ता है और जो अतिसंवेदी हो जाता है। साथ चलाई अनुक्रमण-सीढ़ी स्थितियाँ तय करती है, और प्रोटीन का अनुमापन उसकी बंधुता बताता है।

केंद्रकों में DNase I अतिसंवेदी स्थल (DHS) कुछ सौ क्षारक-युग्मों के वे खंड हैं जिन्हें DNase I सामान्य क्रोमैटिन की तुलना में कहीं कम सांद्रता पर काटता है। ये सक्रिय या तत्पर प्रमोटरों, एन्हांसरों, इंसुलेटरों व उद्गमों पर न्यूक्लियोसोम-रिक्त क्षेत्र हैं, और प्रायः जीन की अभिव्यक्ति से पहले ही प्रकट होते हैं; DNase-seq कटे सिरों को पूरे जीनोम में अनुक्रमित करता है। माइक्रोकॉकल न्यूक्लिएज़ (MNase), एक Ca²⁺-निर्भर न्यूक्लिएज़, पहले न्यूक्लियोसोमों के बीच का लिंकर DNA काटता है। हल्का पाचन न्यूक्लियोसोम पुनरावृत्ति-लंबाई (प्रायः लगभग 180–200 bp) के गुणजों में खंडों की सीढ़ी देता है; और पाचन उन्हें हिस्टोन अष्टक पर लिपटे कोर कण के 147 bp तक छाँट देता है। MNase-seq न्यूक्लियोसोम-स्थितियाँ मानचित्रित करता है, और लिंकर-लंबाई पुनरावृत्ति-लंबाई में से 147 bp घटाकर मिलती है।

ATAC-seq (ट्रांसपोज़ेज़-अभिगम्य क्रोमैटिन परीक्षण) अनुक्रमण-अनुकूलकों (adapters) से पूर्व-भारित अतिसक्रिय Tn5 ट्रांसपोज़ेज़ उपयोग करता है। एक ही चरण, 'टैगमेंटेशन', में यह DNA काटकर अनुकूलक डालता है, अधिमानतः खुले क्रोमैटिन में; चिह्नित खंड PCR से प्रवर्धित होकर अनुक्रमित होते हैं। यह DNase-seq में प्रयुक्त लाखों कोशिकाओं के बजाय हज़ारों कोशिकाओं से कार्य करता है, और इसके खंड-आकार न्यूक्लियोसोम-रिक्त क्षेत्र (छोटे खंड) व न्यूक्लियोसोम-स्थितियाँ (लगभग एक न्यूक्लियोसोम की आवर्तिता) दोनों बताते हैं।

⚠️ अभिगम्यता पहचान नहीं है

अभिगम्यता बताती है कि DNA खुला है, यह नहीं कि वहाँ कौन-सा प्रोटीन बंधता है। प्रोटीन का नाम जानने हेतु प्रतिरक्षी सहित क्रोमैटिन प्रतिरक्षा-अवक्षेपण (ChIP) करें, या शुद्ध प्रोटीन का फ़ुटप्रिंट लें। अनुपस्थित पट्टी तभी सुरक्षा दर्शाती है जब समान सीमा तक पचाई गई नियंत्रण लेन में वह पट्टी दिखे।

6. जीन अभिव्यक्ति का जैवरासायनिक नियमन

E. coli का lac ओपेरॉन (lacZ, β-गैलेक्टोसिडेज़; lacY, परमिएज़; lacA, ट्रांसऐसीटिलेज़) द्वैध नियंत्रण में है। ऋणात्मक: LacI दमनकारी ऑपरेटर से बंधकर अनुलेखन रोकता है; β-गैलेक्टोसिडेज़ द्वारा लैक्टोज़ से बना ऐलोलैक्टोज़ LacI से बंधकर उसे मुक्त कराता है (IPTG एक निरर्थक प्रेरक है, जिसका उपापचय नहीं होता)। धनात्मक: ग्लूकोज़ कम होने पर cAMP बढ़ता है और cAMP–CAP संकुल प्रमोटर के पास बंधकर RNA पॉलीमरेज़ को बुलाता है, अतः ओपेरॉन पूर्णतः तभी चालू होता है जब लैक्टोज़ उपस्थित व ग्लूकोज़ अनुपस्थित हो (अपचय दमन)। आंशिक द्विगुणित यह तर्क दिखाते हैं: दमनकारी जीन ट्रांस में कार्य करता है (I⁺, I⁻ पर प्रभावी है, और अप्रेरणीय अति-दमनकारी Iˢ, I⁺ पर), जबकि ऑपरेटर-अविरत उत्परिवर्तन Oᶜ केवल सिस में, अपने ही DNA अणु के जीनों पर, कार्य करता है।

trp ओपेरॉन तब दमित होता है जब TrpR दमनकारी ट्रिप्टोफ़ैन (सह-दमनकारी) से बंधकर ऑपरेटर से जुड़ता है। दूसरा नियंत्रण, क्षीणन (attenuation), लीडर में युग्मित अनुलेखन व अनुवादन का उपयोग करता है। लीडर RNA में चार क्षेत्र हैं: 3:4 युग्मन समापक बनाता है, 2:3 युग्मन प्रति-समापक, और क्षेत्र 1 दो सटे Trp कोडॉन वाले लीडर पेप्टाइड का कोड है। Trp-tRNA प्रचुर होने पर राइबोसोम उन्हें पार कर क्षेत्र 2 को ढक लेता है, अतः 3:4 बनता है और संरचनात्मक जीनों से पहले अनुलेखन रुक जाता है। Trp-tRNA दुर्लभ होने पर राइबोसोम क्षेत्र 1 पर ठहर जाता है, क्षेत्र 2, 3 से युग्मित होता है और ओपेरॉन अनुलेखित होता है। राइबोस्विच 5′ अननुवादित क्षेत्र में किसी उपापचयज से सीधे बंधकर ऐसा ही नियंत्रण करते हैं।

यूकैरियोट में क्रोमैटिन आधार-स्तर तय करता है। HAT द्वारा हिस्टोन ऐसीटिलीकरण लाइसीन आवेशों को उदासीन कर ब्रोमोडोमेन प्रोटीनों को बुलाता है और क्रोमैटिन खोलता है; डीऐसीटिलेज़ (HDAC) इसे उलटते हैं। H3K4me3 सक्रिय प्रमोटरों को चिह्नित करता है, जबकि H3K9me3 (जिससे HP1 बंधता है) व पॉलीकॉम्ब द्वारा जमा H3K27me3 मौन क्रोमैटिन को; SWI/SNF जैसे ATP-निर्भर पुनर्रचक न्यूक्लियोसोमों को खिसकाते या हटाते हैं। CpG पर DNA मेथिलीकरण (DNMT3A/B नवीन, DNMT1 अनुरक्षण) प्रमोटरों को मौन करता है और जीनोमी अंकन (imprinting) व X-निष्क्रियण का आधार है। अनुलेखन कारक मॉड्यूलर हैं: एक DNA-बंधक डोमेन (हेलिक्स-टर्न-हेलिक्स, ज़िंक फ़िंगर, ल्यूसीन ज़िपर, हेलिक्स-लूप-हेलिक्स) तथा एक सक्रियण डोमेन जो मीडिएटर, TFIID व सह-सक्रियकों को बुलाता है। एन्हांसर किसी भी अभिविन्यास में और लूपिंग द्वारा लंबी दूरी से कार्य करते हैं, जिसे CTCF-बद्ध इंसुलेटर सीमित करते हैं। स्टेरॉयड हार्मोन ग्राही लिगैंड-सक्रियित अनुलेखन कारक हैं जो हार्मोन अनुक्रिया तत्वों से बंधते हैं।

miRNA Drosha व Dicer द्वारा प्रसंस्कृत होकर RISC में Argonaute पर चढ़ाए जाते हैं; बीज-क्षेत्र (न्यूक्लियोटाइड 2–8) लक्ष्य mRNA के 3′ UTR से युग्मित होकर अनुवादन दबाता और विघटन बढ़ाता है।
लौह: लौह कम होने पर लौह नियामक प्रोटीन (IRP) लौह-अनुक्रियाशील तत्वों (IRE) से बंधते हैं। तब फ़ेरिटिन mRNA के 5′ UTR का IRE उसका अनुवादन रोकता है, और ट्रांसफ़ेरिन ग्राही mRNA के 3′ UTR के IRE उसे विघटन से बचाते हैं; लौह दोनों को उलट देता है।
वैश्विक अनुवादन नियंत्रण: तनाव में eIF2α का फ़ॉस्फ़ोरिलीकरण (उदाहरणार्थ हीम की कमी पर रेटिकुलोसाइटों में हीम-नियंत्रित संदमक द्वारा) eIF2·GTP का पुनर्चक्रण रोकता है और अधिकांश mRNA का आरंभ धीमा करता है।

मुख्य बिंदु

प्रतिकृति अर्धसंरक्षी (संकर अंश 2/2ⁿ), द्विदिशी व प्राइमर-आश्रित है; β क्लैम्प सहित Pol III बढ़ाता है, Pol I प्राइमर हटाता है और लाइगेज़ जोड़ता है; आवश्यक उद्गम = जीनोम-लंबाई ÷ (2 × फ़ोर्क-गति × समय)।
σ⁷⁰ −35 व −10 तत्व पढ़ता है; समापन आंतरिक या Rho-निर्भर है; Pol I, II व III क्रमशः rRNA, mRNA व tRNA/5S RNA बनाते हैं और α-ऐमैनिटिन संवेदिता में भिन्न हैं; कैपिंग, स्प्लाइसिंग (GU…AG, लैरिएट) व पॉलीऐडिनिलीकरण Pol II अनुलेखन के साथ चलते हैं।
61 अर्थपूर्ण व 3 समापन कोडॉन हैं; वॉबल से एक tRNA अनेक कोडॉन पढ़ता है; आवेशन की लागत 2 उच्च-ऊर्जा बंध और EF-Tu व EF-G का एक-एक GTP, अर्थात् प्रति पेप्टाइड बंध लगभग 4; प्रतिजैविक निश्चित चरण रोकते हैं।
क्षति को पथ से मिलाएँ: द्वितय से फ़ोटोलायेज़ या NER, O⁶-मेथिलग्वानीन से MGMT, छोटी क्षारक-क्षति से BER, बेमेल से MMR (MutH अमेथिलीकृत रज्जुक काटता है), विच्छेद से NHEJ या HR; SOS त्रुटिप्रवण क्षति-पार प्रतिलिपि प्रेरित करता है।
न्यूक्लिएज़ अभिगम्यता पढ़ते हैं: DNase I फ़ुटप्रिंट एक सिरे पर चिह्नित DNA में सुरक्षित क्षारक दिखाते हैं, DHS नियामक तत्व चिह्नित करते हैं, MNase सीढ़ी न्यूक्लियोसोम पुनरावृत्ति देती है (लिंकर = पुनरावृत्ति − 147 bp), और ATAC-seq Tn5 से खुले क्रोमैटिन को चिह्नित करता है।
lac: LacI ट्रांस में और ऑपरेटर सिस में, साथ में धनात्मक नियंत्रक cAMP–CAP; trp: दमनकारी व क्षीणन; यूकैरियोट इनमें हिस्टोन चिह्न, DNA मेथिलीकरण, मॉड्यूलर सक्रियक व एन्हांसर, miRNA तथा IRE–IRP नियंत्रण जोड़ते हैं।

अभ्यास प्रश्न (18)

उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।

टेलोमरेज़ रैखिक गुणसूत्रों की सिरा-प्रतिकृति समस्या इसलिए हल करता है क्योंकि यह
1. एक रिवर्स ट्रांसक्रिप्टेज़ है जो अपना RNA टेम्पलेट साथ रखता है और 3′ G-समृद्ध उभार को बढ़ाता है
2. एक DNA-निर्भर DNA पॉलीमरेज़ है जो पश्चग रज्जुक के अंतिम प्राइमर हटने से बनी रिक्ति भरता है
3. एक लाइगेज़ है जो प्रत्येक गुणसूत्र-सिरे पर दोनों रज्जुकों को सहसंयोजी रूप से बंद हेयरपिन में जोड़ता है
4. एक प्राइमेज़ है जो टेम्पलेट के ठीक अंत पर अंतिम RNA प्राइमर बिछाता है ताकि रज्जुक पूरा हो जाए
उत्तर देखें
उत्तर: A — एक रिवर्स ट्रांसक्रिप्टेज़ है जो अपना RNA टेम्पलेट साथ रखता है और 3′ G-समृद्ध उभार को बढ़ाता है
टेलोमरेज़ एक राइबोन्यूक्लियोप्रोटीन है जिसकी प्रोटीन उप-इकाई रिवर्स ट्रांसक्रिप्टेज़ है; यह अपने RNA के एक छोटे खंड की प्रतिलिपि बनाकर 3′ G-समृद्ध उभार में पुनरावृत्तियाँ जोड़ता है, जिन्हें सामान्य पश्चग-रज्जुक संश्लेषण फिर आंशिक रूप से भर सकता है। यह DNA टेम्पलेट की प्रतिलिपि नहीं बनाता, अतः अंतिम प्राइमर की रिक्ति को सीधे नहीं भर सकता, और यही वह रिक्ति है जिसे कोई DNA पॉलीमरेज़ नहीं भर सकता।
एक ताप-संवेदी E. coli उत्परिवर्ती को प्रतिबंधक ताप पर ले जाया जाता है। वह DNA संश्लेषण जारी रखता है, पर स्पंद-चिह्नित DNA 1 से 2 kb के ऐसे खंडों के रूप में रहता है जिनमें RNA नहीं है। किस जीन-उत्पाद के दोषपूर्ण होने की संभावना सर्वाधिक है?
1. DNA पॉलीमरेज़ I, क्योंकि प्रत्येक खंड से प्राइमर हटाने हेतु इसका 5′→3′ एक्सोन्यूक्लिएज़ चाहिए
2. DnaB हेलिकेज़, क्योंकि खुले बिना पश्चग-रज्जुक टेम्पलेट कभी उजागर नहीं होता
3. DNA जाइरेज़, क्योंकि फ़ोर्क के आगे की धनात्मक अतिकुंडलियाँ खंडों को जुड़ने से रोकती हैं
4. DNA लाइगेज़, क्योंकि पूर्ण हुए ओकाज़ाकी खंडों के बीच की दरारें जोड़ी नहीं जा सकतीं
उत्तर देखें
उत्तर: D — DNA लाइगेज़, क्योंकि पूर्ण हुए ओकाज़ाकी खंडों के बीच की दरारें जोड़ी नहीं जा सकतीं
ओकाज़ाकी आकार के जो खंड अपने RNA प्राइमर खो चुके हैं, उन्हें DNA पॉलीमरेज़ I प्रसंस्कृत कर चुका है और वे केवल अंतिम फ़ॉस्फ़ोडाइएस्टर बंध की प्रतीक्षा में हैं, जिसे लाइगेज़ बनाता है। Pol I दोष खंडों पर RNA छोड़ देता; DnaB या जाइरेज़ दोष प्राइमर-रहित अजुड़े खंडों का संग्रह छोड़ने के बजाय फ़ोर्क-गति व DNA संश्लेषण ही रोक देता।
अनेक पीढ़ियों तक ¹⁵NH₄Cl पर उगाए गए E. coli को केवल ¹⁴NH₄Cl युक्त माध्यम में स्थानांतरित किया जाता है। समकालिक वृद्धि की ठीक तीन पीढ़ियों के बाद DNA को CsCl में साम्य तक अपकेंद्रित किया जाता है। द्विरज्जुक DNA अणुओं का कितना प्रतिशत संकर (¹⁵N/¹⁴N) घनत्व का है?
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
उत्तर देखें
उत्तर: 25
अर्धसंरक्षी प्रतिकृति दोनों मूल भारी रज्जुकों को अक्षुण्ण रखती है, और प्रत्येक एक अलग संकर द्विरज्जुक में पहुँचता है। 3 पीढ़ियों के बाद प्रति मूल द्विरज्जुक 2³ = 8 द्विरज्जुक होते हैं, जिनमें 2 संकर व 6 हल्के हैं: 2/8 = 25%। संरक्षी मॉडल 1 भारी व 7 हल्के द्विरज्जुक देता, कोई संकर नहीं, और विक्षेपी मॉडल मध्यवर्ती घनत्व की एक ही पट्टी।
एक यूकैरियोटी गुणसूत्र में 144 Mb DNA है। प्रत्येक प्रतिकृति फ़ोर्क 50 न्यूक्लियोटाइड प्रति सेकंड चलता है; प्रत्येक उद्गम S प्रावस्था के आरंभ में एक बार चलकर विपरीत दिशाओं में दो फ़ोर्क भेजता है; उद्गम समान दूरी पर हैं, और फ़ोर्क मिलने तक चलते रहते हैं। यदि S प्रावस्था 8 घंटे की है, तो गुणसूत्र की प्रतिकृति हेतु न्यूनतम कितने उद्गम चाहिए?
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 50
एक उद्गम के दो फ़ोर्क S प्रावस्था में 2 × 50 × (8 × 3,600) = 2 × 50 × 28,800 = 2.88 × 10⁶ bp, अर्थात् 2.88 Mb, की प्रतिलिपि बनाते हैं। आवश्यक उद्गम = 144 / 2.88 = 50। यह भूलने पर कि प्रत्येक उद्गम दो फ़ोर्क भेजता है, 100 आता है।
एक E. coli संवर्धन, जिसमें कोई जीन सक्रिय रूप से अनुलेखित हो रहा है, में रिफ़ैम्पिसिन डाला जाता है। अगले कुछ मिनटों में उस जीन के अनुलेखन का क्या होता है?
1. सभी RNA शृंखलाएँ तुरंत रुकती हैं, क्योंकि रिफ़ैम्पिसिन प्रत्येक पॉलीमरेज़ के आगे टेम्पलेट DNA में अंतर्वेशित होता है
2. पहले से बढ़ रही शृंखलाएँ पूरी होती हैं, पर नई आरंभ नहीं होतीं, क्योंकि रिफ़ैम्पिसिन आरंभिक RNA विस्तार रोकता है
3. केवल Rho-निर्भर समापन विफल होता है, अतः पॉलीमरेज़ आगे के पड़ोसी जीनों में पढ़ते चले जाते हैं
4. अनुलेखन सामान्य रूप से चलता है, क्योंकि रिफ़ैम्पिसिन 30S राइबोसोमी उप-इकाई से बंधकर केवल अनुवादन रोकता है
उत्तर देखें
उत्तर: B — पहले से बढ़ रही शृंखलाएँ पूरी होती हैं, पर नई आरंभ नहीं होतीं, क्योंकि रिफ़ैम्पिसिन आरंभिक RNA विस्तार रोकता है
रिफ़ैम्पिसिन जीवाणु RNA पॉलीमरेज़ की β उप-इकाई से उस चैनल में बंधता है जिसे RNA कुछ न्यूक्लियोटाइड लंबा होने पर घेरता है, अतः नव-आरंभित संकुल अपना RNA नहीं बढ़ा पाता, जबकि पहले से बढ़ता पॉलीमरेज़ अप्रभावित रहता है। अतः चल रहे अनुलेख पूरे होते हैं और नए आरंभ नहीं होते। DNA में अंतर्वेशन ऐक्टिनोमाइसिन D की क्रिया है, जो बढ़ते पॉलीमरेज़ों को भी रोकता है।
अनुलेखन व RNA प्रसंस्करण के बारे में निम्नलिखित में से कौन-से कथन सही हैं?
1. यूकैरियोटी mRNA का 5′ कैप पहले न्यूक्लियोटाइड से 5′–5′ ट्राइफ़ॉस्फ़ेट बंधन द्वारा जुड़ता है
2. स्प्लाइसिंग के पहले चरण में शाखा-बिंदु ऐडिनोसीन का 2′-OH 5′ स्प्लाइस स्थल पर आक्रमण करता है
3. जीवाणु का आंतरिक समापक RNA में GC-समृद्ध हेयरपिन है जिसके बाद U अवशेषों की शृंखला आती है
4. RNA पॉलीमरेज़ I α-ऐमैनिटिन संदमन के प्रति सर्वाधिक संवेदी यूकैरियोटी केंद्रकीय पॉलीमरेज़ है
उत्तर देखें
उत्तर: A — यूकैरियोटी mRNA का 5′ कैप पहले न्यूक्लियोटाइड से 5′–5′ ट्राइफ़ॉस्फ़ेट बंधन द्वारा जुड़ता है; B — स्प्लाइसिंग के पहले चरण में शाखा-बिंदु ऐडिनोसीन का 2′-OH 5′ स्प्लाइस स्थल पर आक्रमण करता है; C — जीवाणु का आंतरिक समापक RNA में GC-समृद्ध हेयरपिन है जिसके बाद U अवशेषों की शृंखला आती है
कैप तीन फ़ॉस्फ़ेटों के माध्यम से 5′ से 5′ जुड़ा 7-मेथिलग्वानोसीन है। स्प्लाइसिंग तब आरंभ होती है जब शाखा-बिंदु ऐडिनोसीन का 2′-OH 5′ स्प्लाइस स्थल के फ़ॉस्फ़ेट पर आक्रमण कर लैरिएट बनाता है; फिर मुक्त एक्सॉन का 3′-OH 3′ स्प्लाइस स्थल पर आक्रमण करता है। आंतरिक समापक स्थिर GC-समृद्ध हेयरपिन है जिसके बाद U अवशेष हैं, जिनका दुर्बल rU·dA युग्मन अनुलेख को अलग होने देता है। Pol II सर्वाधिक α-ऐमैनिटिन-संवेदी है; Pol I असंवेदी है।
एक tRNA का एंटीकोडॉन 5′-IGC-3′ है, जहाँ I इनोसीन है। यह कौन-से mRNA कोडॉन पढ़ सकता है?
1. GCU, GCC, GCA व GCG, क्योंकि इनोसीन चारों में से किसी भी क्षारक से युग्मित होता है
2. UCG, CCG व ACG, क्योंकि इनोसीन कोडॉन की पहली स्थिति पर U, C या A से युग्मित होता है
3. GCU, GCC व GCA, क्योंकि वॉबल स्थिति पर इनोसीन U, C या A से युग्मित होता है
4. केवल GCC, क्योंकि एंटीकोडॉन का हर क्षारक कड़ाई से वॉटसन–क्रिक नियमों से युग्मित होता है
उत्तर देखें
उत्तर: C — GCU, GCC व GCA, क्योंकि वॉबल स्थिति पर इनोसीन U, C या A से युग्मित होता है
कोडॉन व एंटीकोडॉन प्रतिसमांतर युग्मित होते हैं, अतः एंटीकोडॉन का 5′ क्षारक (I) कोडॉन के 3′ क्षारक, अर्थात् वॉबल स्थिति, से युग्मित होता है। इसलिए एंटीकोडॉन 5′-IGC-3′ 5′-GCN-3′ पढ़ता है, और इनोसीन U, C या A से युग्मित होता है, G से नहीं: GCU, GCC व GCA, सभी ऐलानिन कोडॉन। एंटीकोडॉन को गलत अभिविन्यास में पढ़ने पर UCG, CCG व ACG आते हैं; इनोसीन G से युग्मित नहीं होता, अतः GCG हेतु दूसरा tRNA चाहिए।
एक mRNA में आरंभक AUG का A न्यूक्लियोटाइड 61 है, और पहला उसी पठन-ढाँचे का समापन कोडॉन UGA न्यूक्लियोटाइड 961–963 पर है। आरंभक मेथियोनीन सहित, प्राथमिक अनुवादन-उत्पाद में कितने अमीनो अम्ल हैं?
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
उत्तर देखें
उत्तर: 300
अर्थपूर्ण कोडॉन न्यूक्लियोटाइड 61 से 960 तक हैं: (960 − 61 + 1)/3 = 900/3 = 300 कोडॉन, प्रत्येक एक अमीनो अम्ल जोड़ता है; समापन कोडॉन कुछ नहीं जोड़ता। समापन कोडॉन भी गिनने पर 301 आता है, और 1 जोड़े बिना 963 − 61 को 3 से भाग देने पर अपूर्णांक आता है, जो एक की गिनती चूकने का संकेत है।
200 अमीनो अम्लों का एक जीवाणु प्रोटीन संश्लेषित होता है। प्रत्येक अमीनो अम्ल (आरंभक सहित) को उसके tRNA से जोड़ने हेतु 2 उच्च-ऊर्जा फ़ॉस्फ़ेट बंध, EF-Tu द्वारा ऐमीनोऐसिल-tRNA की प्रत्येक आपूर्ति हेतु 1 GTP और EF-G द्वारा प्रत्येक स्थानांतरण हेतु 1 GTP गिनें। आरंभ कारक, मुक्ति कारक, प्रूफ़रीडिंग व mRNA संश्लेषण अनदेखे करें। कितने उच्च-ऊर्जा फ़ॉस्फ़ेट बंध व्यय होते हैं?
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
उत्तर देखें
उत्तर: 798
आवेशन: 200 × 2 = 400। आरंभक fMet-tRNA EF-Tu से नहीं, IF2 से P स्थल में आता है, अतः EF-Tu शेष 199 ऐमीनोऐसिल-tRNA लाता है: 199। 199 पेप्टाइड बंधों में से प्रत्येक के बाद एक स्थानांतरण होता है: 199। कुल 400 + 199 + 199 = 798। 'प्रति अमीनो अम्ल 4' का शॉर्टकट 800 और 'प्रति पेप्टाइड बंध 4' 796 देता है; प्रश्न के गणना-नियम 798 देते हैं।
स्तनधारी DNA में मेथिलीकृत CpG स्थल C·G → T·A ट्रांज़िशन के उत्परिवर्तन-केंद्र क्यों हैं?
1. 5-मेथिलसाइटोसीन का विऐमीनन थाइमीन देता है, एक सामान्य DNA क्षारक जिसे यूरेसिल-DNA ग्लाइकोसिलेज़ अनदेखा करता है
2. 5-मेथिलसाइटोसीन का मेथिल समूह उसे प्रतिकृति के दौरान सीधे ऐडिनीन से युग्मित होने देता है
3. 5-मेथिलसाइटोसीन का विऐमीनन यूरेसिल देता है, जो इतनी शीघ्रता से हटता है कि पीछे रिक्ति रह जाती है
4. 5-मेथिलसाइटोसीन प्रतिकृतिकारी DNA पॉलीमरेज़ को रोक देता है, जो फिर डिफ़ॉल्ट रूप से उसके सामने ऐडिनीन जोड़ता है
उत्तर देखें
उत्तर: A — 5-मेथिलसाइटोसीन का विऐमीनन थाइमीन देता है, एक सामान्य DNA क्षारक जिसे यूरेसिल-DNA ग्लाइकोसिलेज़ अनदेखा करता है
साइटोसीन का विऐमीनन यूरेसिल देता है, जिसे यूरेसिल-DNA ग्लाइकोसिलेज़ DNA हेतु पराया पहचानता है। 5-मेथिलसाइटोसीन का विऐमीनन इसके बजाय थाइमीन देता है, जिससे T·G बेमेल बनता है जिसमें दोनों क्षारक सामान्य हैं; पहले ही सही मरम्मत न हो तो प्रतिकृति एक संतति में उसे T·A के रूप में स्थिर कर देती है। 5-मेथिलसाइटोसीन अब भी ग्वानीन से युग्मित होता है और पॉलीमरेज़ नहीं रोकता, और यूरेसिल केवल अमेथिलीकृत साइटोसीन से बनता है।
एकल G·T बेमेल वाला एक विषमद्विरज्जुक प्लाज़्मिड इस प्रकार बनाया जाता है कि G वाला रज्जुक अपने GATC स्थलों पर पूर्णतः मेथिलीकृत है और T वाला रज्जुक अमेथिलीकृत। इसे वन्य-प्रकार E. coli में डाला जाता है और प्रतिकृति से पहले उसकी मरम्मत होती है। अधिकांश मरम्मत हुए अणुओं में बेमेल स्थल पर कौन-सा क्षारक-युग्म होता है?
1. A·T, क्योंकि MutH मेथिलीकृत रज्जुक में दरार डालता है, जिससे G वाला रज्जुक प्रतिस्थापित किए जाने हेतु चिह्नित होता है
2. G·C, क्योंकि MutH अमेथिलीकृत रज्जुक में दरार डालता है, अतः T वाला रज्जुक हटकर पुनः संश्लेषित होता है
3. G·C व A·T समान संख्या में, क्योंकि बेमेल मरम्मत के पास दोनों रज्जुकों में भेद करने का कोई साधन नहीं
4. कोई नहीं, क्योंकि MutS बेमेल युग्म को काट देता है और क्षारक प्रतिस्थापित किए बिना रिक्ति जोड़ दी जाती है
उत्तर देखें
उत्तर: B — G·C, क्योंकि MutH अमेथिलीकृत रज्जुक में दरार डालता है, अतः T वाला रज्जुक हटकर पुनः संश्लेषित होता है
GATC के A का Dam मेथिलीकरण फ़ोर्क से पीछे चलता है, अतः प्रतिकृति के कुछ समय बाद तक नया रज्जुक अमेथिलीकृत रहता है। MutS बेमेल से बंधता है, MutL उसे MutH से जोड़ता है, और MutH अर्धमेथिलीकृत GATC पर अमेथिलीकृत रज्जुक में दरार डालता है। अतः T वाला रज्जुक हटकर G के विरुद्ध पुनः संश्लेषित होता है, और G·C बनता है। मेथिलीकृत रज्जुक काटना उसी पैतृक सूचना को नष्ट करता जिसकी रक्षा हेतु यह तंत्र है, और MutS बेमेल पहचानता है पर DNA नहीं काटता।
DNA मरम्मत पथों के बारे में निम्नलिखित में से कौन-से कथन सही हैं?
1. फ़ोटोलायेज़ कोई न्यूक्लियोटाइड हटाए बिना प्रकाश-ऊर्जा से साइक्लोब्यूटेन पिरिमिडीन द्वितय तोड़ता है
2. O⁶-मेथिलग्वानीन-DNA मेथिलट्रांसफ़रेज़ मेथिल समूह अपने ही सिस्टीन पर स्थानांतरित कर निष्क्रिय हो जाता है
3. असमजात सिरा-संयोजन लुप्त अनुक्रम की प्रतिलिपि सहोदर अर्धगुणसूत्र से बनाता है, अतः त्रुटिरहित है
4. क्षारक उच्छेदन मरम्मत में ग्लाइकोसिलेज़ 12 से 13 न्यूक्लियोटाइड का ओलिगोन्यूक्लियोटाइड काटकर निकालता है
उत्तर देखें
उत्तर: A — फ़ोटोलायेज़ कोई न्यूक्लियोटाइड हटाए बिना प्रकाश-ऊर्जा से साइक्लोब्यूटेन पिरिमिडीन द्वितय तोड़ता है; B — O⁶-मेथिलग्वानीन-DNA मेथिलट्रांसफ़रेज़ मेथिल समूह अपने ही सिस्टीन पर स्थानांतरित कर निष्क्रिय हो जाता है
फ़ोटोलायेज़ (FADH⁻ सहित) दृश्य प्रकाश अवशोषित कर द्वितय को सीधे उलट देता है। ऐल्किलट्रांसफ़रेज़ ग्वानीन के O⁶ से मेथिल समूह सक्रिय स्थल के सिस्टीन पर ले जाता है और पुनर्जनित नहीं हो सकता, अतः प्रत्येक अणु एक बार कार्य करता है। NHEJ बिना टेम्पलेट सिरे जोड़ता है और प्रायः कुछ न्यूक्लियोटाइड जोड़ता या खोता है; सहोदर अर्धगुणसूत्र की प्रतिलिपि समजात पुनर्संयोजन है। ग्लाइकोसिलेज़ ग्लाइकोसिडिक बंध काटकर एक क्षारक हटाता है; 12–13 न्यूक्लियोटाइड का खंड निकालना जीवाणु न्यूक्लियोटाइड उच्छेदन मरम्मत का वर्णन है।
एक 5′ सिरे पर चिह्नित 250-bp DNA खंड को शुद्ध प्रोटीन की बढ़ती मात्राओं के साथ ऊष्मायित कर DNase I से हल्का पचाया जाता है। विकृतीकारी जेल पर नियंत्रण लेन हर स्थिति पर पट्टी दिखाती है, पर प्रोटीन के साथ स्थिति 81 से 100 की पट्टियाँ लुप्त हो जाती हैं और स्थिति 78 की पट्टी बहुत प्रबल हो जाती है। सर्वोत्तम व्याख्या कौन-सी है?
1. प्रोटीन स्वयं एक न्यूक्लिएज़ है जो स्थिति 78 पर काटता है और 81 से 100 के बीच का DNA नष्ट करता है
2. DNase I अत्यधिक सांद्रता पर प्रयुक्त हुआ, अतः अनेक बार कटे अणुओं ने 81 से 100 की पट्टियाँ खो दीं
3. प्रोटीन केवल स्थिति 78 पर बंधता है, और 81 से 100 की स्थितियाँ ऐसा अनुक्रम हैं जिसे DNase I नहीं काट सकता
4. प्रोटीन स्थिति 81 से 100 को ढकता है और उनके पास के DNA को विकृत करता है, जिससे स्थिति 78 अतिसंवेदी होती है
उत्तर देखें
उत्तर: D — प्रोटीन स्थिति 81 से 100 को ढकता है और उनके पास के DNA को विकृत करता है, जिससे स्थिति 78 अतिसंवेदी होती है
अन्यथा सतत सीढ़ी में प्रोटीन-निर्भर रिक्ति फ़ुटप्रिंट है: स्थितियाँ 81–100 (20 bp) ढकी हैं। उसके पास प्रबल हुई पट्टी अतिसंवेदी स्थल है, जहाँ बंधन DNA को मोड़ता या खाँच चौड़ी करता है जिससे DNase I बेहतर काटता है। नियंत्रण लेन में 81–100 सामान्य रूप से कटता है, अतः अनुक्रम काटा जा सकता है; अति-पाचन दोनों लेनों के उत्पाद छोटे करता, केवल प्रोटीन होने पर एक खंड नहीं हटाता; और न्यूक्लिएज़ नई पट्टियाँ बनाता, सुरक्षित रिक्ति नहीं।
क्रोमैटिन अभिगम्यता जाँचने वाली विधियों के बारे में निम्नलिखित में से कौन-से कथन सही हैं?
1. क्रोमैटिन का हल्का माइक्रोकॉकल न्यूक्लिएज़ पाचन न्यूक्लियोसोम पुनरावृत्ति-लंबाई के गुणजों वाले DNA खंड देता है
2. सक्रिय प्रमोटर व एन्हांसर केंद्रकों में प्रायः DNase I अतिसंवेदी स्थलों के रूप में दिखते हैं
3. DNase I फ़ुटप्रिंटिंग में खंड को दोनों सिरों पर चिह्नित करना चाहिए ताकि एक ही लेन में दोनों रज्जुक पढ़े जाएँ
4. ATAC-seq को Tn5 निवेशनों को निर्देशित करने हेतु इच्छित प्रोटीन के विरुद्ध प्रतिरक्षी चाहिए
उत्तर देखें
उत्तर: A — क्रोमैटिन का हल्का माइक्रोकॉकल न्यूक्लिएज़ पाचन न्यूक्लियोसोम पुनरावृत्ति-लंबाई के गुणजों वाले DNA खंड देता है; B — सक्रिय प्रमोटर व एन्हांसर केंद्रकों में प्रायः DNase I अतिसंवेदी स्थलों के रूप में दिखते हैं
MNase पहले लिंकर काटता है, अतः आंशिक पाचन मोनो-, डाइ- व ट्राइन्यूक्लियोसोम DNA की सीढ़ी देता है। न्यूक्लियोसोम-रिक्त नियामक तत्व निम्न DNase I सांद्रता पर कटते हैं और पारंपरिक अतिसंवेदी स्थल हैं। फ़ुटप्रिंटिंग में एक ही चिह्नित सिरा चाहिए ताकि प्रत्येक पट्टी उस सिरे से अपनी दूरी बताए; दो चिह्नित सिरे दो सीढ़ियाँ एक-दूसरे पर चढ़ा देते। ATAC-seq में प्रतिरक्षी नहीं लगता: Tn5 जहाँ भी DNA अभिगम्य हो वहाँ निवेशित होता है, और प्रतिरक्षी ChIP हेतु चाहिए।
केंद्रकों के आंशिक माइक्रोकॉकल न्यूक्लिएज़ पाचन से 195, 390 व 585 bp पर पट्टियों वाली सीढ़ी मिलती है। न्यूक्लियोसोम कोर कण का DNA 147 bp मानते हुए, औसत लिंकर DNA लंबाई bp में क्या है?
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 48
सीढ़ी का अंतराल न्यूक्लियोसोम पुनरावृत्ति-लंबाई है: 390 − 195 = 195 bp, और 585 − 390 भी यही है। लिंकर = 195 − 147 = 48 bp। कोर को 146 bp या 166 bp के क्रोमैटोसोम के रूप में लेने पर अन्य मान आते; प्रश्न उसे 147 bp तय करता है।
एक E. coli आंशिक द्विगुणित का जीनप्रारूप I⁺ Oᶜ Z⁻ / I⁻ O⁺ Z⁺ है (I, दमनकारी जीन; O, ऑपरेटर; Z, β-गैलेक्टोसिडेज़ जीन)। इस प्रभेद में क्रियाशील β-गैलेक्टोसिडेज़ का संश्लेषण कैसे नियमित है?
1. यह अविरत है, क्योंकि एक गुणसूत्र का Oᶜ ऑपरेटर दमनकारी नहीं बाँध सकता
2. यह कभी नहीं बनता, क्योंकि I⁻ युग्मविकल्पी ऐसा दमनकारी नहीं बनाता जो प्रेरक पर अनुक्रिया करे
3. यह केवल प्रेरक के बिना बनता है, क्योंकि I⁻ दमनकारी प्रेरक पर उलटी अनुक्रिया करता है
4. यह प्रेरणीय है, क्योंकि I⁺ दमनकारी Z⁺ वाली O⁺ प्रति पर ट्रांस में कार्य करता है
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उत्तर: D — यह प्रेरणीय है, क्योंकि I⁺ दमनकारी Z⁺ वाली O⁺ प्रति पर ट्रांस में कार्य करता है
केवल Z⁺ जीन सक्रिय एंज़ाइम बनाता है, और वह सामान्य O⁺ ऑपरेटर के पास है। I⁺ दमनकारी विसरणशील है, अतः वह उस ऑपरेटर से बंधकर प्रेरक डाले जाने तक Z⁺ को बंद रखता है: प्रभेद प्रेरणीय है। Oᶜ सिस में कार्य करता है, अतः वह केवल अपने DNA के Z⁻ जीन को अविरत बनाता है, और वह जीन निष्क्रिय प्रोटीन देता है। I⁻, I⁺ के सापेक्ष अप्रभावी है, और जीनप्रारूप में कुछ भी प्रेरक के प्रति अनुक्रिया को उलटता नहीं।
E. coli के trp ओपेरॉन लीडर में ट्रिप्टोफ़ैन प्रचुर होने पर क्या होता है?
1. राइबोसोम दोनों Trp कोडॉनों पर ठहर जाता है, अतः क्षेत्र 2 क्षेत्र 3 से युग्मित होता है और अनुलेखन जारी रहता है
2. राइबोसोम Trp कोडॉनों के पार अनुवादन कर क्षेत्र 2 को ढक लेता है, अतः 3:4 समापक हेयरपिन बनता है
3. ट्रिप्टोफ़ैन लीडर RNA से सीधे बंधता है, अतः क्षेत्र 1 क्षेत्र 4 से युग्मित होकर राइबोसोम रोकता है
4. TrpR दमनकारी लीडर RNA से बंधता है, अतः पॉलीमरेज़ तब तक रुकता है जब तक क्षेत्र 2 क्षेत्र 4 से युग्मित न हो
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उत्तर: B — राइबोसोम Trp कोडॉनों के पार अनुवादन कर क्षेत्र 2 को ढक लेता है, अतः 3:4 समापक हेयरपिन बनता है
क्षीणन लीडर के अनुवादन के अनुलेखन से युग्मित होने पर निर्भर है। Trp-tRNA प्रचुर होने पर राइबोसोम क्षेत्र 1 के Trp कोडॉन पढ़ते हुए लीडर के समापन कोडॉन तक पहुँचकर क्षेत्र 2 को ढक लेता है, जिससे क्षेत्र 3 क्षेत्र 4 से युग्मित होकर आंतरिक समापक बनाता है, और अनुलेखन trpE से पहले रुक जाता है। Trp कोडॉनों पर ठहराव दुर्लभ ट्रिप्टोफ़ैन की अनुक्रिया है और आगे पढ़ने की ओर ले जाता है। TrpR DNA ऑपरेटर पर कार्य करता है, लीडर RNA पर नहीं।
कोशिकीय लौह घटने पर लौह नियामक प्रोटीन (IRP) लौह-अनुक्रियाशील तत्वों (IRE) से बंधते हैं। फ़ेरिटिन व ट्रांसफ़ेरिन ग्राही के संश्लेषण पर क्या प्रभाव पड़ता है?
1. फ़ेरिटिन का अनुवादन उसके 5′ UTR के IRE से रुकता है, और ट्रांसफ़ेरिन ग्राही mRNA उसके 3′ UTR के IRE से स्थिर होता है
2. फ़ेरिटिन mRNA उसके 3′ UTR के IRE से स्थिर होता है, जबकि ट्रांसफ़ेरिन ग्राही का अनुवादन उसके 5′ UTR के IRE से रुकता है
3. दोनों mRNA विघटित होते हैं, क्योंकि IRP बंधन प्रत्येक IRE पर RNA-प्रेरित मौन संकुल को बुलाता है
4. दोनों mRNA तेज़ी से अनुवादित होते हैं, क्योंकि IRP बंधन उनके अननुवादित क्षेत्रों की द्वितीयक संरचना खोल देता है
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उत्तर: A — फ़ेरिटिन का अनुवादन उसके 5′ UTR के IRE से रुकता है, और ट्रांसफ़ेरिन ग्राही mRNA उसके 3′ UTR के IRE से स्थिर होता है
लौह कम होने पर कोशिका को अधिक लौह लेना और कम संचित करना होता है। फ़ेरिटिन mRNA के 5′ IRE से बंधा IRP छोटी राइबोसोमी उप-इकाई को चढ़ने से रोकता है, अतः फ़ेरिटिन घटता है; ट्रांसफ़ेरिन ग्राही mRNA के 3′ IRE से बंधा IRP उसे एंडोन्यूक्लिएज़ी विदलन से छिपाता है, अतः mRNA अधिक समय टिकता है और अधिक ग्राही बनता है। दोनों स्थान अदल-बदल देने से विपरीत, गलत शरीरक्रिया आती है, और IRP RISC के माध्यम से कार्य नहीं करते।