जीन प्रकटन (Jeene Prakatan)
जीन अभिव्यक्ति वह प्रक्रिया है जिसमें जीन फंक्शनल उत्पादों की संश्लेषण, जैसे प्रोटीन, tRNA, rRNA आदि की प्राकृतिक प्रतिष्ठा कराते हैं। इस प्रक्रिया में DNA में मौजूद जानकारी का उपयोग करके प्रोटीन या अन्य मोलेक्यूलों की संश्लेषण की जाती है।
जीन अभिव्यक्ति दो मुख्य चरणों में होती है: प्रतिलेखन और अनुवाद। पहले, DNA में मौजूद जानकारी का उपयोग करके प्रतिलिपि आरएनए मोलेक्यूल का संश्लेषण किया जाता है। फिर, आरएनए टेम्पलेट का उपयोग करके एक पॉलिपीपाइड श्रृंखला संश्लेषित की जाती है, जो एक जीन को एक फंक्शनल उत्पाद के रूप में अभिव्यक्त करने की अनुमति देती है।
जीन अभिव्यक्ति को विभिन्न चरणों पर सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया जाता है, जो प्रोटीन उत्पन्न के प्रकार और मात्रा दोनों को निर्धारित करता है। जीन अभिव्यक्ति का विनियमन प्रतिलेखन या अनुवाद स्तर पर हो सकता है।
जीन अभिव्यक्ति की यांत्रिकी
जीन एक्सप्रेशन उत्पादित एक फंक्शनल उत्पाद को कोड करने वाले छोटी सी डीएनए की तुकड़ी होती है। वे वंशानुक्रम में माता-पिता से संगत होते हैं। डीएनए के अंदर जानकारी को जीनोटाइप के रूप में जाना जाता है, जबकि जीनों के व्यक्तिगत उत्पादों या दिखाई देने वाले गुणों के रूप में उनका अभिव्यक्ति फेनोटाइप कहा जाता है। जीन अभिव्यक्ति प्रोटीनों के निर्माण, और tRNA, rRNA, और अन्य गैर-कोडिंग आरएनए के संश्लेषण के लिए मात्रा के रूप में ले जाती है। तीनों आरएनए की आवश्यकता प्रोटीनों के संश्लेषण के लिए होती है।
जीन सभी कोशिकाईय कार्यों की आधार होते हैं। वे एक कोशिका के भाग्य और कार्य का निर्णय करने के लिए जिम्मेदार होते हैं, क्योंकि एक जीवाणु में हजारों जीन मौजूद होते हैं। जब एक कोशिका में एक जीन अभिव्यक्त हो जाता है, तो उसे एक या एकाधिक कार्य करने के लिए उपयोग किया जा सकता है, जिससे कोशिका विभिन्न आंतरिक और बाहरी परिवर्तनों का समाधान कर सकती है। साथ ही, जीन प्रोटीनों के संश्लेषण को नियंत्रित करते हैं, और प्रोटीन कोशिका के संरचना, जैविक गतिविधियाँ, और विकास को नियंत्रित करते हैं।
एक प्रोटीन के संश्लेषण में शामिल दो चरण हैं प्रतिलेखन और अनुवाद।
प्रतिलेखन
डीएनए टेम्पलेट्स का उपयोग करके आरएनए प्राकृति के उपयोग से आरएनए संश्लेषण की प्रक्रिया एक आरएनए पॉलिमेरेज़ द्वारा कैटलाइज़ की जाती है। यह एंजाइम डीएनए-निर्भर होता है। एयूकैरीयोट्स में, विभिन्न प्रकार के आरएनए मोलेक्यूलों का संश्लेषण करने वाले कई आरएनए पॉलिमेरेज़ होते हैं। आरएनए पॉलिमेरेज़ II प्री-एमएनए या एचएनए की संश्लेषण के लिए जिम्मेदार होता है जो प्रोटीन संश्लेषण के लिए एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है।
आरएनए की संश्लेषण 5’ से 3’ दिशा में होती है, जहां डीएनए की 3’ से 5’ दिशा (कोडिंग) धागा टेम्पलेट के रूप में कार्य करती है। उत्पन्न आरएनए में डीएनए के 5’ से 3’ (कोडिंग) धागे की समान अनुक्रमणिका होती है, केवल थाइमिन को यूरेसिल के स्थान पर बदल दिया जाता है।
प्रतिलेखन की प्रक्रिया एक त्रिपदावली प्रक्रिया है:
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आरंभ - आरएनए पॉलिमेरेज़ ट्रांस्क्रिप्शन शुरू करने के लिए संरचनात्मक जीन (कोडिंग धागा) के 5’ अंत पर स्थित प्रोमोटर से जुड़ता है।
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विस्तार - न्यूक्लिओसाइड त्रिफास्फेट्स एक उपकरण के रूप में कार्य करते हैं और प्रत्येक आधार डीएनए के टेम्पलेट धागे की पूरक आधार क्रमणी के अनुरूप शामिल किया जाता है।
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समाप्ति - जब RNA पॉलिमेरेज संरचनात्मक जीन के नीचे स्थित समाप्ति क्षेत्र तक पहुंचता है, तब नवनिर्मित RNA और RNA पॉलिमेरेज मुक्त होते हैं और प्रतिलिपि समाप्त हो जाती है।
RNA पॉलिमेरेज I संयुक्तकीय कोशिकाओं में rRNA ट्रांसक्रिब करता है, जबकि RNA पॉलिमेरेज II pre-mRNA प्रतिलिपि को ट्रांसक्राइब करता है और RNA पॉलिमेरेज III tRNA, 5srRNA और snRNA को ट्रांसक्राइब करता है।
सभी तीन RNA, अर्थात् mRNA, rRNA और tRNA प्रोटीन संश्लेषण के लिए आवश्यक होते हैं, लेकिन mRNA अनुवाद के लिए एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है। hnRNA या pre-mRNA और mRNA को आगे प्रसंस्कृत किया जाता है जिससे मृदू और पूर्णतः कार्यात्मक mRNA बनाता है जो प्रोटीन संश्लेषण के लिए तत्पर होता है। mRNA में निश्चित करने के लिए न्यूक्लियस में स्प्लाइसिंग, कैपिंग और टेलिंग होता है। पूरी प्रसंस्कृत म्यूचर mRNA को न्यूक्लियस से प्रोटीन संश्लेषण के लिए बाहर ले जाया जाता है।
अनुवाद
अनुवाद एक प्रक्रिया है जो mRNA में मौजूद जानकारी को एक एमिनो एमिॲ्स के पॉलिपेपटाइड शृंखला में परिवर्तित करती है। इसका उपयोग mRNA को टेम्पलेट के रूप में करके किया जाता है, जहां mRNA में तीन आधार पृष्ठों या कोडोन्स का उपयोग एक एमिनो एसिड के लिए किया जाता है। पॉलिपेपटाइड शृंखला में एमिनो एसिडों के क्रम को mRNA प्रतिलिपि के आधार पृष्ठों के क्रम द्वारा निर्धारित किया जाता है।
सिस्ट्रोन एक प्रोटीन कोड करने वाला जीन या डीएनए सेगमेंट होता है। यूकेरियोटों में, जीनों को आमतौर पर एकलजीनी कहा जाता है, अर्थात् एक संरचनात्मक जीन से एक mRNA और एक प्रोटीन कोड होता है। प्रोकैरियोट में, संरचनात्मक जीनों का मामला अक्सर बहुज्जीनी होता है, अर्थात् एक ही प्रोमोटर और ऑपरेटर का उपयोग करके कई mRNAs और प्रोटीनों का संश्लेषण किया जाता है।
अनुवाद की प्रक्रिया विशेष तौर पर एक एमिनो एसिड के जोड़ के साथ प्रारंभ होती है विशेष tRNA (tRNA का चार्जिंग) जो एक अडैप्टर मोलेक्यूल के रूप में कार्य करता है। tRNA अमिनो एसिडों को राइबोसोमेंस के लिए लाता है जो प्रोटीन संश्लेषण के लिए होते हैं। अनुवाद भी तीन चरणों में किया जाता है, अर्थात् प्रारंभ, संदृश्य और समाप्ति।
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प्रारंभ - अनुवाद की प्रक्रिया नाभिक सबइट और प्रारंभक tRNA (Met-tRNA) द्वारा प्रारंभ होती है, जो शुरू करने वाले कोडन (AUG) का बंधन और पहचान करती है।
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संदृश्य - पॉलिपेपटाइड शृंखला विस्तारित होती रहती है क्योंकि विशेष एमिनो एसिड-tRNA सत्रों को क्रमशः mRNA कोडों से बाँधा जाता है, और पेप्टाइड बंधों का उपयोग करके एमिनो एसिडों को विस्तारित पॉलिपेपटाइड शृंखला में जोड़ा जाता है।
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समाप्ति - अनुवाद समाप्त हो जाता है जब रोक कोड (UAA, UAG या UGA) में से कोई भी पहुँचता है, और पॉलिपेपटाइड शृंखला मुक्त होती है।
जीन अभिव्यक्ति का नियंत्रण
जीन अभिव्यक्ति का नियंत्रण गतिविधिशील उत्पाद की मात्रा, स्थान, प्रकार और समय का नियंत्रण करने के लिए आवश्यक है। इसकी आवश्यकता सेल की मशीनरी को सही ढंग से काम करने और रखरखाव करने के लिए होती है, और एक कोशिका को सही मात्रा में और सही समय पर सही जीन उत्पाद बनाने की अनुमति देती है। इसके तहत जीनों को शारीरिक, खानिकी और पर्यावरणिक स्थितियों के आधार पर नियंत्रित किया जाता है।
जीन व्यक्ति करने की नियंत्रण बहुत आवश्यक होती है, जो कोशिका विभिन्न फलनों का प्रदर्शन करने के लिए मेंचर करती है| एक कोशिका में निश्चित जीनों को चालू और अत्यावश्यकता नहीं होने पर बंद करके, यह प्रक्रिया विकास, होमिओस्टेसिस, मॉर्फोजेनेसिस और प्रजातिविकास के लिए जिम्मेदार है | एक भ्रूण से एक वयस्क के विकास का समन्वयित नियन्त्रण, कई जीन सेटों के एक्सप्रेशन की समान्वयित नियंत्रण से होता है।
जीन व्यक्ति की नियंत्रण विभिन्न स्तरों पर हो सकती है, जिसमें शामिल हो सकती हैं ट्रांस्क्रिप्शन, अनुवाद और पोस्ट-निदानिक संशोधन |
आरएनए के गठन के समय, जिसे ट्रांस्क्रिप्शन के रूप में जाना जाता है |
**प्रोटीन संश्लेषण के समय, अर्थात अनुवाद के दौरान।
यूकेरियोट्स में, जीन व्यक्ति को एमएमए प्रोसेसिंग और निर्यात के दौरान भी नियंत्रित किया जाता है |
ट्रांस्क्रिप्शन की शुरुआत प्रमुख और अत्याधुनिक नियंत्रण बिन्दु है, जहां ट्रांस्क्रिप्शन इकाई के प्रमोटर क्षेत्र के समीपावस्थ, जिस पर आरएनए पॉलिमेरेज़ बाइंड होता है और ट्रांस्क्रिप्शन आरंभ करता है, की प्राप्यता तंत्रिका द्वारा नियंत्रित की जाती है | ये नियंत्रक प्रोटीन्स प्रमोटर क्षेत्र के पासी क्षेत्र में बाइंड होती हैं और या तो सक्रियतादाता या नियंत्रक के रूप में कार्य कर सकती हैं | यदि एक नियंत्रक प्रोटीन प्रोमोटर से बाइंड होता है, तो यह आरएनए पॉलिमेरेज़ को प्रोमोटर स्थल से बाइंड करने की प्रतिबंधकरण करता है और इस तरह ट्रांस्क्रिप्शन को बाधित करता है।
जीन व्यक्ति और नियंत्रण का उदाहरण
लैक ऑपेरॉन प्रोकैरियोट्स में एक ट्रांस्क्रिप्शनली नियन्त्रित प्रणाली का एक क्लासिक उदाहरण है, जहां एक सही प्रमोटर और ऑपरेटर क्षेत्रों के साथ संरचनात्मक जीनों से कई एमएमए ट्रांस्क्राईब होती हैं | ये जीन आमतौर पर साथ में काम करते हैं या संबंधित कार्यों को पूरा करते हैं |
लैक ऑपेरॉन में तीन संरचनात्मक जीन होते हैं: z, y, और a, जो एक नियन्त्रक जीन i द्वारा नियंत्रित होते हैं।
जीन ‘ज़ेड’ बीटा-गैलैक्टोसीडेज़ के लिए कोड करता है।
जीन ‘वाय’ परमीस के लिए कोड करता है।
एक जीन ट्रांसएसिलेज़ के लिए कोड करता है |
मैं जीन - लैक ऑपेरॉन की एक अवरोधक या रोकने वाली प्रोटीनों कोड करता है।
बीटा-गैलैक्टोसीडेज़ लैकटोज़ की विघटन को ग्लूकोज़ और गैलैक्टोज़ में परिवर्तित करता है। परमीस बीटा-गैलैक्टोसाइडों के लिए सेल अभिगतता बढ़ाता है और ट्रांसएसिलेज़ एकेटिल-कोए की एकेटाइल समूह बीटा-गैलैक्टोसाइडों में स्थानांतरित करता है। रोकने वाली प्रोटीन ऑपरेटर क्षेत्र से जुड़ती है और लैक ऑपेरॉन की ट्रांस्क्रिप्शन को निरोधित करती है।
जब लैकटोज़ मौजूद होता है, तो लैक ऑपेरॉन को बेहतर होने की आवश्यकता हेतु बीटा-गैलैक्टोसाइडेज़ की आवश्यकता के कारण, लैक ऑपेरॉन चालू होती है। उल्टे, जब लैकटोज़ मौजूद नहीं होता है, बैक्टीरिया को बीटा-गैलैक्टोसाइडेज़ की जरूरत नहीं होती, इस प्रकार, लैक ऑपेरॉन बंद हो जाती है।
सकारात्मक नियंत्रण
सामान्यतः, लैक ऑपेरॉन बायोलॉजी में, वीलोपन (repressor) प्रोटीन के निरंक्ष के कारण स्विच ऑफ होता है, i जीन से निरंक्षों के लगातार बनाए जाने से। वीलोपन ऑपरेटर क्षेत्र से जुड़ जाता है और आरएनए पॉलिमरेज के लिए *प्रमोटर क्षेत्र अगम्य कर देता है, जिससे z, y और a जीनों का प्रतिलेखन निरोधित हो जाता है। जब प्रेरक जैसे कि लैकटोज या एलोलैकटोज मौजूद होते हैं, तब वे ऑपेरॉन के प्रेरक कारकों के रूप में कार्य करते हैं। प्रेरक वीलोपन से जुड़ते हैं और इसे निष्क्रिय कर देते हैं, जिससे आरएनए पॉलिमरेज को प्रमोटर स्थान तक पहुंचने की सुविधा मिलती है, जहां जीनों को प्रतिलेखन के लिए। यहां, एंजाइम के उपादन को इसकी उपादन नियंत्रित करता है। वीलोपन द्वारा ग्रंथि (regulation) के इस प्रकार की नियंत्रण को नेगेटिव नियंत्रण कहा जाता है।
सकारात्मक नियंत्रण
जब ग्लूकोज कैटाबोलाइट्स अनुपस्थित होते हैं, तब लैक ऑपेरॉन सकारात्मक रूप से नियंत्रित होता है। इससे cAMP के स्तर बढ़ जाते हैं, जो लैक ऑपेरॉन के उपरान्त उप-कैटाबोलाइट सक्रियकरण प्रोटीन (CAP) तक जुड़ता है। cAMP-CAP संयुक्त तत्व तब लैक ऑपेरॉन ऑपरेटर के पूर्वास्थित इलाके से जुड़ जाता है, जिससे आरएनए पॉलिमरेज का जुड़ाव और लैक ऑपेरॉन की अधिक प्रकटीकरण होती है।
जब ग्लूकोज कैटाबोलाइट्स मौजूद होते हैं, तब जब ग्लूकोज स्तर ऊंचा होता है, तब cAMP स्तर में गिरावट होती है। इससे आरएनए पॉलिमरेज के जुड़ाव की क्षमता कम होती है, जिससे जब लैकटोज मौजूद होता है, तब भी लैक ऑपेरॉन का जीन प्रकटीकरण घटता है।
लैक ऑपेरॉन का नियंत्रण और कार्य करने की अनुमति बैक्टीरिया को ऊर्जा के स्रोत के रूप में ग्लूकोज या लैकटोज का उपयोग करने की अनुमति देता है।
