Prokaryotic DNA replication
પ્રોકેરીયોટિક ડીએનએ પ્રતિકૃતિ એ પ્રક્રિયા છે જેના દ્વારા પ્રોકેરીયોટ તેના ડીએનએને બીજી નકલમાં ડુપ્લિકેટ કરે છે જે પુત્રી કોશિકાઓમાં પસાર થાય છે. તેમ છતાં તેનો અભ્યાસ ઘણીવાર ઇ. કોલી નામના જીવતંત્રમાં કરવામાં આવે છે, અન્ય બેક્ટેરિયા ઘણી સામ્યતા દર્શાવે છે. પ્રતિકૃતિ દ્વિ-દિશાત્મક છે અને પ્રતિકૃતિના એક જ મૂળ (ઓ. આર. સી.) પર ઉદ્દભવે છે. તેમાં ત્રણ તબક્કાઓનો સમાવેશ થાય છેઃ આરંભ, વિસ્તરણ અને સમાપ્તિ. પ્રારંભ બધા કોષોએ કોષ વિભાજન માટે આગળ વધી શકે તે પહેલાં ડીએનએ પ્રતિકૃતિ પૂર્ણ કરવી આવશ્યક છે. મીડિયા પરિસ્થિતિઓ કે જે બેક્ટેરિયામાં ઝડપી વૃદ્ધિને ટેકો આપે છે તે પણ ટૂંકા આંતર-પ્રારંભ સમય ધરાવતા યુગલો, એટલે કે. ઝડપથી વિકસતા કોષોમાં બમણો થવાનો સમય ધીમી વૃદ્ધિની સરખામણીમાં ઓછો હોય છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, શક્ય છે કે ઝડપી વૃદ્ધિની સ્થિતિમાં દાદી કોષો ગ્રાન્ડ ડોટર કોષ માટે તેના ડીએનએની પ્રતિકૃતિ બનાવવાનું શરૂ કરે. આ જ કારણસર, ડીએનએ પ્રતિકૃતિની શરૂઆત ખૂબ જ નિયંત્રિત છે. બેક્ટેરિયાની ઉત્પત્તિ ઓરિઝોમ એસેમ્બલીનું નિયમન કરે છે, એક ન્યુક્લી-પ્રોટીન સંકુલ જે મૂળને ખોલવા અને તમામ પ્રતિકૃતિ મશીનરીને લોડ કરવા માટે જવાબદાર મૂળ પર એસેમ્બલ થાય છે. ઇ. કોલીમાં, ઓરિઝોમ એસેમ્બલી માટેની દિશા ન્યુક્લિયોટાઇડ ક્રમના ટૂંકા પટ્ટામાં બનાવવામાં આવે છે જેને ઓરિજિન ઓફ રેપ્લિકેશન (ઓરીસી) કહેવાય છે, જેમાં ઇનિશિએટર પ્રોટીન ડીએનએએ (બેક્ટેરિયલ કિંગડમમાં અત્યંત સમાન પ્રોટીન) માટે બહુવિધ બંધનકર્તા સાઇટ્સ હોય છે. ડી. એન. એ. પાસે ચાર ક્ષેત્રો છે જેમાં દરેક ક્ષેત્ર ચોક્કસ કાર્ય માટે જવાબદાર છે. પ્રતિકૃતિના ઇ. કોલી મૂળ પર 11 ડી. એન. એ. બંધનકર્તા સ્થળો/બોક્સ છે, જેમાંથી ત્રણ બોક્સ આર1, આર2 અને આર4 (જે 9 બી. પી. સર્વસંમતિ ક્રમ 5 '-ટી. ટી. એ. ટી. સી./એ. સી. એ.) ઉચ્ચ આકર્ષણ ધરાવતા ડી. એન. એ. બોક્સ છે. તેઓ ડી. એન. એ.-એ. ડી. પી. અને ડી. એન. એ.-એ. ટી. પી. સાથે સમાન જોડાણ સાથે જોડાય છે અને મોટાભાગના કોષ ચક્ર દરમિયાન ડી. એન. એ. દ્વારા બંધાયેલા હોય છે અને એક માળખું બનાવે છે જેના પર બાકીના ઓરિસોમ ભેગા થાય છે. બાકીના આઠ ડી. એન. એ. બોક્સ ઓછી આત્મીયતા ધરાવતા સ્થળો છે જે પ્રાધાન્યમાં ડી. એન. એ.-એ. ટી. પી. સાથે જોડાય છે. દીક્ષા દરમિયાન, ઉચ્ચ આકર્ષણ ધરાવતા ડી. એન. એ. બોક્સ આર. 4 સાથે બંધાયેલ ડી. એન. એ. નજીકના નિમ્ન આકર્ષણ ધરાવતા સ્થળે વધારાના ડી. એન. એ. નું દાન કરે છે અને ધીમે ધીમે તમામ નિમ્ન આકર્ષણ ધરાવતા ડી. એન. એ. બોક્સ ભરે છે. સાઇટ્સ ભરવાથી તેના મૂળ રાજ્યમાંથી મૂળ રચનામાં ફેરફાર થાય છે. એવી ધારણા કરવામાં આવે છે કે મૂળ સાથે બંધાયેલ ડી. એન. એ. દ્વારા ફેલાયેલ ડી. એન. એ. સ્ટ્રાન્ડ સેપરેશનને પ્રોત્સાહન આપે છે જે વધુ ડી. એન. એ. ને ઘાયલ પ્રદેશ સાથે જોડાવાની મંજૂરી આપે છે. ડી. એન. એ. સી. હેલિકેઝ લોડર પછી ડી. એન. એ. બી. હેલિકેઝની ભરતી કરવા માટે સિંગલ-સ્ટ્રેન્ડેડ ડી. એન. એ. સાથે બંધાયેલ ડી. એન. એ. સાથે સંપર્ક કરે છે, જે ડી. એન. એ. ને ખોલવાનું ચાલુ રાખશે કારણ કે ડી. એન. એ. જી. પ્રાઇમેઝ આર. એન. એ. પ્રાઇમર મૂકે છે અને ડી. એન. એ. પોલિમરેઝ III હોલોએન્ઝાઇમ લંબાવવાનું શરૂ કરે છે. નિયમન બેક્ટેરિયામાં રંગસૂત્રની પ્રતિકૃતિ પ્રારંભિક તબક્કે નિયંત્રિત થાય છે. ડી. એન. એ.-એ. ટી. પી. ને આર. આઈ. ડી. એ. (ડી. એન. એ. ની નિયમનકારી નિષ્ક્રિયતા) દ્વારા નિષ્ક્રિય ડી. એન. એ.-એ. ડી. પી. માં હાઇડ્રોલાઇઝ કરવામાં આવે છે, અને ડી. એ. આર. એસ. (ડી. એન. એ. એ. રીએક્ટિવેટિંગ સિક્વન્સ, જે પોતે એફ. આઈ. એસ. અને આઈ. એચ. એફ. દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે) દ્વારા સક્રિય ડી. એન. એ. એ.-એ. ટી. પી. સ્વરૂપમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે. જોકે, ડી. એન. એ.-એ. ટી. પી. નો મુખ્ય સ્રોત નવા અણુઓનું સંશ્લેષણ છે. દરમિયાન, કેટલાક અન્ય પ્રોટીન દીક્ષા નિયમન કરવા માટે ઓરીસી ક્રમ સાથે સીધી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, સામાન્ય રીતે અવરોધ દ્વારા. ઇ. કોલીમાં આ પ્રોટીનમાં ડી. એ. એ., સેક્. એ., આઈ. સી. આઈ. એ., એચ. યુ. અને આર. સી. એ.-પી. નો સમાવેશ થાય છે, પરંતુ તે અન્ય બેક્ટેરિયાની પ્રજાતિઓમાં અલગ અલગ હોય છે. ઇ. કોલીમાં કેટલીક અન્ય પદ્ધતિઓ કે જે વિવિધ રીતે આરંભને નિયંત્રિત કરે છે તેમાં ડીડીએએચ (ડીટીએ-ડિપેન્ડન્ટ ડીએનએએ હાઇડ્રોલિસિસ, જે આઇએચએફ દ્વારા પણ નિયંત્રિત થાય છે), ડીએનએએ જનીનનું અવરોધ (સેક્યુએ પ્રોટીન દ્વારા) અને લિપિડ પટલ દ્વારા ડીએનએએનું પુનઃસક્રિયતા છે. વિસ્તરણ એકવાર પ્રાઇમિંગ પૂર્ણ થઈ જાય પછી, ડીએનએ પોલિમરેઝ III હોલોએન્ઝાઇમ ડીએનએમાં લોડ થાય છે અને પ્રતિકૃતિ શરૂ થાય છે. ડીએનએ પોલિમરેઝ III ની ઉત્પ્રેરક પદ્ધતિમાં સક્રિય સાઇટમાં બે ધાતુના આયનો અને સક્રિય સાઇટમાં એક પ્રદેશનો ઉપયોગ થાય છે જે ડીઓક્સીરીબોન્યુક્લિયોટાઇડ્સ અને રિબોન્યુક્લિયોટાઇડ્સ વચ્ચે ભેદભાવ કરી શકે છે. ધાતુના આયનો સામાન્ય દ્વિવેલન્ટ કેટાયન છે જે 3 'OH ને ડીઓક્સિરાઇબોન્યુક્લિયોટાઇડના આલ્ફા ફોસ્ફેટ પર ન્યુક્લિયોફિલિક હુમલો શરૂ કરવામાં મદદ કરે છે અને ડીઓક્સિરાઇબોન્યુક્લિયોટાઇડ પર નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ ટ્રાઇફોસ્ફેટને સ્થિર કરે છે. આલ્ફા ફોસ્ફેટ પર 3 'OH દ્વારા ન્યુક્લિયોફિલિક હુમલો પાયરોફોસ્ફેટને મુક્ત કરે છે, જે પછીથી (અકાર્બનિક ફોસ્ફેટેઝ દ્વારા) બે ફોસ્ફેટમાં હાઇડ્રોલાઇઝ થાય છે. આ હાઇડ્રોલિસિસ ડીએનએ સંશ્લેષણને પૂર્ણ કરવા તરફ દોરી જાય છે. વધુમાં, ડીએનએ પોલિમરેઝ III યોગ્ય રીતે જોડી કરેલા પાયા અને ખોટી રીતે જોડી કરેલા પાયા વચ્ચે તફાવત કરવામાં સક્ષમ હોવા જોઈએ. આ એક સક્રિય સાઇટ પોકેટના ઉપયોગ દ્વારા વોટસન-ક્રિક બેઝ જોડીને અલગ કરીને પરિપૂર્ણ કરવામાં આવે છે જે યોગ્ય રીતે જોડી કરેલા ન્યુક્લિયોટાઇડ્સની રચનાના આકારમાં પૂરક છે. આ પોકેટમાં ટાયરોસિન અવશેષ હોય છે જે યોગ્ય રીતે જોડી કરેલા ન્યુક્લિયોટાઇડ સાથે વેન ડેર વાલ્સની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ રચવામાં સક્ષમ છે. વધુમાં, સક્રિય સ્થળે ડી. એસ. ડી. એન. એ. (ડબલ સ્ટ્રેન્ડેડ ડી. એન. એ.) માં વિશાળ મુખ્ય ખાંચ અને છીછરા નાના ખાંચ હોય છે જે પ્યુરિન પાયાના ત્રીજા નાઇટ્રોજન અને પાયરિમિડીન પાયાના બીજા ઓક્સિજન સાથે હાઇડ્રોજન બંધની રચનાને મંજૂરી આપે છે. છેવટે, સક્રિય સ્થળ ડીએનએ બેકબોન સાથે વ્યાપક હાઇડ્રોજન બોન્ડ બનાવે છે. આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ ડીએનએ પોલિમરેઝ III માં પરિણમે છે જે યોગ્ય રીતે જોડી કરેલા આધારની આસપાસ બંધ થાય છે. જો આધાર દાખલ કરવામાં આવે અને ખોટી રીતે જોડવામાં આવે, તો આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ હાઇડ્રોજન બંધન અને વેન ડર વાલ્સની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં વિક્ષેપોને કારણે થઈ શકતી નથી. ડીએનએ 3 '→ 5' દિશામાં વાંચવામાં આવે છે, તેથી, ન્યુક્લિયોટાઇડ્સનું સંશ્લેષણ (અથવા ટેમ્પલેટ સ્ટ્રાન્ડ સાથે જોડાયેલ) 5 '→ 3' દિશામાં થાય છે. જો કે, ડીએનએના પેરેન્ટ સ્ટ્રેન્ડમાંથી એક 3 '→ 5' છે જ્યારે અન્ય 5 '→ 3' છે. આને ઉકેલવા માટે, પ્રતિકૃતિ વિરુદ્ધ દિશામાં થાય છે. પ્રતિકૃતિ કાંટો તરફ આગળ વધતા, અગ્રણી સ્ટ્રાન્ડને સતત રીતે સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે, જેમાં માત્ર એક પ્રાઇમરની જરૂર પડે છે. બીજી બાજુ, પ્રતિકૃતિ કાંટોથી દૂર જતા વિલંબિત સ્ટ્રાન્ડને ઓકાઝાકી ફ્રેગમેન્ટ્સ તરીકે ઓળખાતા ટૂંકા ટુકડાઓની શ્રેણીમાં સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે, પરિણામે ઘણા પ્રાઇમરની જરૂર પડે છે. ઓકાઝાકી ટુકડાઓના આરએનએ પ્રાઇમર પછીથી આરએનએઝ એચ અને ડીએનએ પોલિમરેઝ I (એક્સોન્યુક્લીઝ) દ્વારા અધોગતિ પામે છે, અને અંતરાયો (અથવા નિક્સ) ડીઓક્સીરીબોન્યુક્લિયોટાઇડ્સથી ભરવામાં આવે છે અને એન્ઝાઇમ લિગેઝ દ્વારા સીલ કરવામાં આવે છે. પ્રતિકૃતિનો દર જીવંત કોષમાં ડીએનએ પ્રતિકૃતિનો દર સૌપ્રથમ ફેજ-ચેપગ્રસ્ત ઇ. કોલીમાં ફેજ ટી4 ડીએનએ વિસ્તરણના દર તરીકે માપવામાં આવ્યો હતો. 37 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર ઘાતાંકીય ડીએનએ વૃદ્ધિના સમયગાળા દરમિયાન, દર સેકન્ડમાં 749 ન્યુક્લિયોટાઇડ્સનો દર હતો. ફેજ ટી4 ડીએનએ સંશ્લેષણ દરમિયાન પ્રતિકૃતિ દીઠ આધાર જોડી દીઠ પરિવર્તન દર 108 દીઠ 1.7 છે. ઇ. કોલીમાં ડીએનએ પ્રતિકૃતિની સમાપ્તિ સમાપ્તિ ક્રમ અને ટસ પ્રોટીનના ઉપયોગ દ્વારા પૂર્ણ થાય છે. આ સિક્વન્સ બે પ્રતિકૃતિ કાંટાને માત્ર એક જ દિશામાં પસાર થવાની મંજૂરી આપે છે, પરંતુ બીજી દિશામાં નહીં. ડીએનએ પ્રતિકૃતિ શરૂઆતમાં બે કેટેનેટેડ અથવા જોડાયેલા ગોળાકાર ડીએનએ ડુપ્લેક્સિસ ઉત્પન્ન કરે છે, જેમાં દરેકમાં એક પેરેંટલ સ્ટ્રાન્ડ અને એક નવા સંશ્લેષિત સ્ટ્રાન્ડ (અર્ધ-રૂઢિચુસ્ત પ્રતિકૃતિની પ્રકૃતિ દ્વારા) નો સમાવેશ થાય છે. આ કેટેનેશનને બે એકબીજા સાથે જોડાયેલી રિંગ્સ તરીકે જોઈ શકાય છે જેને અલગ કરી શકાતી નથી. ઇ. કોલીમાં ટોપોઆઇસોમરેઝ 2 મૂળ ડીએનએ અથવા નવા રચાયેલા ડીએનએના બે ક્રમિક ન્યુક્લિયોટાઇડ્સમાં હાજર ફોસ્ફોડીસ્ટર બોન્ડ્સને તોડીને બે ગોળાકાર ડીએનએ ડુપ્લેક્સને અનલિન્ક અથવા ડિકેટેનેટ કરે છે અને ત્યારબાદ લિગેટિંગ પ્રવૃત્તિ લિગેટ્સ કે જે ડીએનએ સ્ટ્રાન્ડને તોડી નાખે છે અને તેથી બે ડીએનએ રચાય છે. અન્ય પ્રોકેરીયોટિક પ્રતિકૃતિ નમૂનાઓ થીટા પ્રકારની પ્રતિકૃતિનો ઉલ્લેખ પહેલેથી જ કરવામાં આવ્યો છે. અન્ય પ્રકારની પ્રોકેરીયોટિક પ્રતિકૃતિઓ છે જેમ કે રોલિંગ સર્કલ પ્રતિકૃતિ અને ડી-લૂપ પ્રતિકૃતિ રોલિંગ સર્કલ પ્રતિકૃતિ આ બેક્ટેરિયાના સંયુગ્મનમાં જોવા મળે છે જ્યાં સમાન સર્ક્યુલરટેમ્પ્લેટ ડીએનએ ફરે છે અને તેની આસપાસ નવો સ્ટ્રાન્ડ વિકસે છે. . જ્યારે સંકેત દ્વારા જોડાણની શરૂઆત કરવામાં આવે છે ત્યારે રિલેક્સેઝ એન્ઝાઇમ ઓરિટી પર સંયુગ્મિત પ્લાઝમિડના એક તારમાં નિક બનાવે છે. રિલેક્સેઝ એકલા અથવા એક ડઝનથી વધુ પ્રોટીનના સંકુલમાં કામ કરી શકે છે જે સામૂહિક રીતે રિલેક્સોસોમ તરીકે ઓળખાય છે. એફ-પ્લાઝમિડ પ્રણાલીમાં રિલેક્સેઝ એન્ઝાઇમને ટી. આર. આઈ. કહેવામાં આવે છે અને રિલેક્સોસોમમાં ટી. આર. આઈ., ટી. આર. એ. વાય., ટી. આર. એમ. અને સંકલિત યજમાન પરિબળ આઈ. એચ. એફ. નો સમાવેશ થાય છે. નિકેડ સ્ટ્રાન્ડ, અથવા ટી-સ્ટ્રાન્ડ, પછી અખંડ સ્ટ્રાન્ડમાંથી છૂટી જાય છે અને 5 '-ટર્મિનસથી 3'-ટર્મિનસ દિશામાં પ્રાપ્તકર્તા કોષમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે. બાકીનો ભાગ કાં તો સંયુગ્મિત ક્રિયાથી સ્વતંત્ર હોય છે (ઓરીવીથી શરૂ થતી વનસ્પતિ પ્રતિકૃતિ) અથવા સંયુગ્મિત થાય છે (લેમ્બડા ફેજની ફરતી વર્તુળની પ્રતિકૃતિ જેવી સંયુગ્મિત પ્રતિકૃતિ). સફળ સ્થાનાંતરણ થઈ શકે તે પહેલાં સંયુક્ત પ્રતિકૃતિને બીજા નિકની જરૂર પડી શકે છે. તાજેતરના એક અહેવાલમાં એવા રસાયણો સાથે જોડાણને રોકવાનો દાવો કરવામાં આવ્યો છે જે આ બીજી ઝપાઝપીની ઘટનાના મધ્યવર્તી પગલાની નકલ કરે છે. ડી-લૂપ પ્રતિકૃતિ ડી-લૂપ પ્રતિકૃતિ મોટે ભાગે ઓર્ગેનેલ ડીએનએમાં જોવા મળે છે, જ્યાં ડિસ્પ્લેસમેન્ટ લૂપ તરીકે ઓળખાતી ટ્રિપલ સ્ટ્રેન્ડેડ રચના રચાય છે. સંદર્ભો ડીએનએ પ્રતિકૃતિ