प्रोटीन संश्लेषण: अनुलेखन और अनुवादन के चरण | Shikkha Web

एडेनीन (A)थाइमीन (T, केवल DNA)यूरेसिल (U, केवल RNA)ग्वानीन (G)साइटोसीन (C)

गति

नियंत्रण

जीन (कोडिंग स्ट्रैंड, 5′→3′)

चरण (खींचकर आगे-पीछे करें)0

एक क्षारक बदलें (बिंदु उत्परिवर्तन)

स्लाइडर खींचने पर एनिमेशन रुक जाता है। कोडोन सारणी में अभी पढ़ा जा रहा कोडोन रंगीन दिखता है।

मापन

अभी क्या हो रहा है: अनुलेखन चल रहा है
अनुलेखित क्षारक: 0 / 20
पढ़ा जा रहा कोडोन: —
प्रतिकोडोन (5′→3′): —
शृंखला में अमीनो अम्ल: 0
पूरा प्रोटीन: Met-Glu-Ser-Phe-Pro
उत्परिवर्तन का असर: कोई बदलाव नहीं किया

मानक आनुवंशिक कूट (mRNA कोडोन)

पंक्ति = पहला क्षारक, स्तंभ = दूसरा क्षारक, खाने की चार पंक्तियाँ = तीसरा क्षारक U, C, A, G।

	U	C	A	G
U	UUU Phe UUC Phe UUA Leu UUG Leu	UCU Ser UCC Ser UCA Ser UCG Ser	UAU Tyr UAC Tyr UAA समापन UAG समापन	UGU Cys UGC Cys UGA समापन UGG Trp
C	CUU Leu CUC Leu CUA Leu CUG Leu	CCU Pro CCC Pro CCA Pro CCG Pro	CAU His CAC His CAA Gln CAG Gln	CGU Arg CGC Arg CGA Arg CGG Arg
A	AUU Ile AUC Ile AUA Ile AUG Met · आरंभ	ACU Thr ACC Thr ACA Thr ACG Thr	AAU Asn AAC Asn AAA Lys AAG Lys	AGU Ser AGC Ser AGA Arg AGG Arg
G	GUU Val GUC Val GUA Val GUG Val	GCU Ala GCC Ala GCA Ala GCG Ala	GAU Asp GAC Asp GAA Glu GAG Glu	GGU Gly GGC Gly GGA Gly GGG Gly

सिमुलेशन का उपयोग कैसे करें

चलाकर पहला चरण देखें। आरएनए पोलीमरेज़ टेम्पलेट स्ट्रैंड पर आगे बढ़ता है और एक-एक क्षारक जोड़कर mRNA बनाता है। देखें कि mRNA का हर क्षारक ऊपर के टेम्पलेट क्षारक का जोड़ीदार है, और पूरा mRNA कोडिंग स्ट्रैंड जैसा है, बस T की जगह U।
दूसरे चरण तक देखते रहें। mRNA केंद्रक से बाहर आता है, राइबोसोम पहला AUG ढूँढता है, Met का tRNA आता है, फिर एक-एक tRNA अमीनो अम्ल लाता है। एनिमेशन के नीचे कोडोन सारणी में जो कोडोन अभी पढ़ा जा रहा है, वह रंगीन हो जाता है।
“चरण” स्लाइडर खींचकर आगे-पीछे जाएँ। खींचते ही एनिमेशन रुक जाता है, इसलिए पेप्टाइड बंध बनने या समापन कोडोन पढ़े जाने के ठीक उसी क्षण पर रुककर देख सकते हैं।
जीन के तीन नमूनों के बीच बदलें, या “खुद लिखें” चुनकर A, T, G, C से कोई भी अनुक्रम टाइप करें। अगर आपके अनुक्रम में ATG नहीं है, तो राइबोसोम अंत तक खोजकर भी कुछ नहीं बना पाएगा।
उत्परिवर्तन वाले बॉक्स पर टिक करके कोई स्थान और नया क्षारक चुनें, फिर “उत्परिवर्तन का असर” वाली पंक्ति पढ़ें। दराँती-कोशिका (सिकल सेल) वाला बदलाव देखने के लिए नमूना 2 में स्थान 22 और क्षारक T चुनकर देखें।
मापन पैनल में अनुलेखित क्षारक, पढ़ा जा रहा कोडोन, उसका प्रतिकोडोन, शृंखला में अमीनो अम्लों की संख्या और तैयार प्रोटीन एक साथ देखते रहें।

आपकी कोशिकाएँ अभी भी एक नुस्खे पर चल रही हैं

बाल महीने में लगभग एक सेंटीमीटर बढ़ते हैं। वह बाल मुख्य रूप से केराटिन नाम का प्रोटीन है, और आप यह वाक्य पढ़ रहे हैं तब भी शरीर खुले अमीनो अम्ल जोड़कर उसे बना रहा है। दोपहर का खाना पचाने वाले एंजाइम, रक्त का हीमोग्लोबिन, रक्त की शर्करा सँभालने वाला इंसुलिन, पिछली सर्दी-ज़ुकाम से लड़ने वाली प्रतिरक्षी (एंटीबॉडी), ये सब प्रोटीन हैं।

हर प्रोटीन का एक नुस्खा है, और वह नुस्खा ही जीन है। DNA असल में नुस्खों का विशाल पुस्तकालय है। लेकिन पुस्तकालय अपना कमरा (केंद्रक) छोड़कर बाहर नहीं आता, और नुस्खों की किताब से अगर कोई पकाए नहीं तो वह बेकार है। इसलिए कोशिका समझदार रसोइये की तरह करती है: एक नुस्खे की फोटोकॉपी लेती है, उस प्रति को रसोई में ले जाती है, और वहाँ पकवान बनाती है।

इस पूरे पन्ने की कहानी बस यही है। फोटोकॉपी का नाम mRNA है और उसे बनाने का नाम अनुलेखन। रसोई राइबोसोम है और पकाने का नाम स्थानांतरण (अनुवादन)। ऊपर के सिमुलेशन में एक छोटे जीन पर दोनों चरण देख सकते हैं, नुस्खे का एक अक्षर बदल सकते हैं, और देख सकते हैं कि पकवान पर क्या असर पड़ता है।

शून्य से शुरुआत: केंद्रीय सिद्धांत सरल शब्दों में

DNA चार अक्षरों की एक लंबी लड़ है: A, T, G और C। जीन उस लड़ का वह हिस्सा है जिसमें एक उत्पाद (आम तौर पर एक प्रोटीन) के निर्देश लिखे होते हैं। प्रोटीन अमीनो अम्लों की शृंखला है, जो मुड़कर काम के आकार में आती है, और अमीनो अम्ल कुल बीस प्रकार के हैं।

यहीं कोशिका के सामने अनुवाद की समस्या आती है। DNA चार अक्षरों में लिखा है और प्रोटीन बीस अक्षरों में। हल है आनुवंशिक कूट: तीन-तीन क्षारक मिलकर एक कोडोन बनाते हैं, और हर कोडोन एक अमीनो अम्ल को दर्शाता है। चार अक्षरों की वर्णमाला से तीन अक्षर लें तो कुल 64 कोडोन बनते हैं, जो 20 अमीनो अम्लों और एक “रुको” संकेत के लिए काफ़ी हैं।

सूचना किस दिशा में बहती है, यह केंद्रीय सिद्धांत (सेंट्रल डॉग्मा) एक पंक्ति में कहता है: DNA → RNA → प्रोटीन। DNA से RNA बनता है अनुलेखन में, और RNA से प्रोटीन बनता है अनुवादन में। (कुछ विषाणुओं और प्रयोगशाला की कुछ तकनीकों में उलटी दिशा, यानी RNA से DNA, भी होती है, पर हमारी कोशिकाओं के भीतर मुख्य रास्ता एकतरफ़ा है।)

तीर के भीतर दो अलग क्रियाएँ छिपी हैं, और विद्यार्थी अक्सर उन्हें मिला देते हैं। अनुलेखन में सूचना एक न्यूक्लिक अम्ल से दूसरे में जाती है, DNA से RNA में, क्षारकों की उसी भाषा में, जैसे हाथ से नुस्खा उतार लेना। अनुवादन में भाषा बदलती है, क्षारकों की चार-अक्षर वाली भाषा से अमीनो अम्लों की बीस-अक्षर वाली भाषा में, जैसे नुस्खा पढ़कर असली पकवान बनाना।

DNA → mRNA → प्रोटीनपहले अनुलेखन, फिर अनुवादन

जीन → कोडोन → अमीनो अम्ल → पॉलीपेप्टाइडवही बात, पढ़ने वाले की ओर से

चरणों से पहले ज़रूरी शब्द

इस अध्याय के लगभग हर प्रश्न में ये शब्द आते हैं। तालिका एक बार पढ़ लें, और किसी चरण में कोई शब्द भूल जाएँ तो यहीं लौट आएँ।

शब्द	सरल अर्थ
जीन	DNA का वह खंड जिसमें एक RNA या प्रोटीन उत्पाद के निर्देश होते हैं
अनुलेखन	DNA की एक लड़ को साँचा बनाकर जीन की RNA प्रति बनाना
स्थानांतरण (अनुवादन)	mRNA को कोडोन-दर-कोडोन पढ़कर अमीनो अम्ल जोड़ना और प्रोटीन बनाना
आरएनए पोलीमरेज़	वह एंजाइम जो DNA साँचे पर क्षारक जोड़े मिलाकर RNA बनाता है
टेम्पलेट स्ट्रैंड	DNA की वह लड़ जिसे आरएनए पोलीमरेज़ सचमुच पढ़ता है (एंटीसेंस स्ट्रैंड भी कहते हैं)
कोडिंग स्ट्रैंड	DNA की दूसरी लड़। इसका क्रम mRNA जैसा होता है, बस mRNA में जहाँ U है यहाँ T (सेंस स्ट्रैंड भी कहते हैं)
mRNA	संदेशवाहक RNA, जीन की कार्यकारी प्रति जो संदेश राइबोसोम तक ले जाती है
tRNA	स्थानांतरण RNA, छोटा अनुकूलक, एक सिरे पर प्रतिकोडोन और दूसरे पर अमीनो अम्ल
rRNA और राइबोसोम	राइबोसोमल RNA और प्रोटीन मिलकर राइबोसोम बनाते हैं, वह मशीन जो mRNA पढ़कर अमीनो अम्ल जोड़ती है
कोडोन	mRNA के लगातार तीन क्षारक, जो एक अमीनो अम्ल या एक रुकने का संकेत दर्शाते हैं
प्रतिकोडोन	tRNA के तीन क्षारक, जो mRNA के कोडोन से जोड़ा बनाते हैं
आरंभन कोडोन	AUG, जो मेथिओनीन (Met) का कोडोन भी है। अनुवादन पहले AUG से शुरू होता है
समापन कोडोन	UAA, UAG या UGA। इनके लिए कोई tRNA नहीं है, इसलिए शृंखला मुक्त हो जाती है
पॉलीपेप्टाइड	पेप्टाइड बंधों से जुड़े अमीनो अम्लों की शृंखला। प्रोटीन एक या अधिक मुड़ी हुई पॉलीपेप्टाइड शृंखलाएँ हैं
उत्परिवर्तन	DNA क्रम में बदलाव, जो प्रोटीन को बदल भी सकता है और नहीं भी

चरण 1: अनुलेखन, क़दम दर क़दम

सुकेंद्रकी कोशिका में अनुलेखन केंद्रक के भीतर होता है (जीवाणु में केंद्रक नहीं होता, इसलिए वहाँ यह DNA के पास कोशिकाद्रव्य में ही होता है)। इसका उत्पाद एक RNA अणु है, जिसका क्रम जीन तय करता है। एनिमेशन में जिस क्रम में दिखता है, चरण उसी क्रम में दिए हैं।

क़दम 1: आरएनए पोलीमरेज़ शुरुआत ढूँढता है

जीन की शुरुआत में प्रवर्तक (प्रोमोटर) नाम के DNA खंड पर आरएनए पोलीमरेज़ बैठता है, तब जीन “चालू” होता है। सुकेंद्रकियों में अनुलेखन कारक नाम के सहायक प्रोटीन उसे वहाँ पहुँचाते हैं। एंजाइम तब द्विसूत्री कुंडली का कुछ क्षारकों जितना छोटा हिस्सा खोल देता है, ताकि टेम्पलेट स्ट्रैंड खुल जाए।

क़दम 2: पोलीमरेज़ टेम्पलेट पढ़कर mRNA बनाता है

आरएनए पोलीमरेज़ टेम्पलेट स्ट्रैंड पर आगे बढ़ता है और हर टेम्पलेट क्षारक के सामने एक मुक्त RNA न्यूक्लियोटाइड लगाता है। जोड़ी के नियम DNA वाले ही हैं, बस एक बदलाव के साथ: A जोड़ा बनाता है U से (T से नहीं), T जोड़ा बनाता है A से, G जोड़ा बनाता है C से और C जोड़ा बनाता है G से।

दिशा बहुत ज़रूरी है, और विद्यार्थी अंक यहीं खोते हैं। पोलीमरेज़ टेम्पलेट स्ट्रैंड को 3′→5′ दिशा में पढ़ता है और नया RNA 5′→3′ दिशा में बनाता है, हर नया न्यूक्लियोटाइड 3′ सिरे पर जुड़ता है। इसीलिए एनिमेशन में टेम्पलेट पर 3′→5′ लिखा है और mRNA दाईं ओर बढ़ता है।

परिणाम एक ऐसी लड़ है जो कोडिंग स्ट्रैंड की क्षारक-दर-क्षारक प्रति है, बस हर T को U लिखा जाता है। परीक्षा के लिए इससे एक तेज़ शॉर्टकट मिलता है: mRNA लिखना हो तो कोडिंग स्ट्रैंड उतारें और T की जगह U रखें, जोड़ी मिलाने की ज़रूरत नहीं।

टेम्पलेट 3′→5′: CCTACCTTTCGAAAGGTATTनमूना 1, वह लड़ जिसे आरएनए पोलीमरेज़ पढ़ता है

mRNA 5′→3′: GGAUGGAAAGCUUUCCAUAAहर क्षारक ठीक ऊपर के टेम्पलेट क्षारक का जोड़ीदार

क़दम 3: पोलीमरेज़ समापक (टर्मिनेटर) तक पहुँचता है

जीन के अंत में समापक क्रम एंजाइम को छोड़ देने का संकेत देता है। mRNA अलग हो जाता है और DNA की कुंडली फिर से बंद हो जाती है। एक ही जीन का अनुलेखन बार-बार हो सकता है, और एक ही समय में कई पोलीमरेज़ उस पर काम कर सकते हैं, इसलिए जीन की एक ही प्रति से कोशिका बहुत सारा mRNA बना लेती है।

क़दम 4: सुकेंद्रकियों में संदेश बाहर जाने से पहले संपादित होता है

हमारी कोशिकाओं में पहली RNA प्रति (प्री-mRNA) का संपादन होता है। 5′ सिरे पर सुरक्षा टोपी (कैप) लगती है, 3′ सिरे पर अनेक A न्यूक्लियोटाइडों की पूँछ (पॉली-A टेल) जुड़ती है, और इंट्रॉन नाम के अकोडिंग हिस्से काटकर हटा दिए जाते हैं तथा एक्सॉन नाम के कोडिंग हिस्से जोड़ दिए जाते हैं। इसे स्प्लाइसिंग कहते हैं। इसके बाद ही परिपक्व mRNA केंद्रकीय छिद्र से बाहर निकलता है।

जीवाणु इनमें से कुछ नहीं करते। उनमें केंद्रक नहीं होता, ज़्यादातर जीनों में इंट्रॉन भी नहीं होते, इसलिए पोलीमरेज़ के mRNA बनाते-बनाते ही राइबोसोम उसे पढ़ना शुरू कर सकता है। सिमुलेशन ने बात सरल रखी है: वह छोटे जीन को तैयार कोडिंग क्रम मानता है और संपादन छोड़ देता है।

आनुवंशिक कूट: 64 शब्दों का शब्दकोश

आनुवंशिक कूट वह नियम है जो कोडोन को अमीनो अम्ल में बदलता है। कोडोन तीन क्षारकों का होता है, इसलिए कुल कोडोन 4 × 4 × 4 = 64 हैं। इनमें 61 अमीनो अम्लों के कोडोन हैं और 3 समापन कोडोन। एनिमेशन के नीचे की सारणी मानक कूट है, और जो कोडोन अभी पढ़ा जा रहा है उसे रंगीन करके दिखाती है।

सारणी पढ़ने का तरीक़ा: कोडोन का पहला क्षारक बाईं ओर के स्तंभ में, दूसरा क्षारक ऊपर की पंक्ति में खोजें, फिर खाने के भीतर की चार पंक्तियों में से तीसरा क्षारक चुनें। जैसे AUG है A पंक्ति, U स्तंभ, तीसरी पंक्ति G, और वहाँ लिखा है Met।

परीक्षा में हर बार जो विशेषताएँ पूछी जाती हैं, वे ये हैं:

यह त्रिक कूट है: तीन क्षारक मिलकर एक कोडोन बनाते हैं।
यह अपभ्रष्ट (डिजेनरेट) है: ज़्यादातर अमीनो अम्लों के एक से अधिक कोडोन हैं। Leu, Ser और Arg के प्रत्येक के 3 कोडोन हैं, जबकि Met और Trp का केवल एक।
यह असंदिग्ध है: एक कोडोन हमेशा एक ही अमीनो अम्ल दर्शाता है, कभी दो को नहीं।
यह अनतिव्यापी और विराम-रहित है: संदेश एक निश्चित आरंभ बिंदु से तीन-तीन क्षारक करके पढ़ा जाता है, बीच में कोई ख़ाली जगह नहीं।
इसमें आरंभ और समापन हैं: AUG अनुवादन शुरू करता है (और Met का कोडोन भी है), जबकि UAA, UAG और UGA उसे समाप्त करते हैं।
यह लगभग सार्वभौमिक है: जीवाणु, पादप और मनुष्य एक ही सारणी इस्तेमाल करते हैं, केवल माइटोकॉन्ड्रिया जैसे कुछ छोटे अपवाद हैं। इसी वजह से मनुष्य का जीन जीवाणु के भीतर भी काम कर जाता है।

अमीनो अम्ल	3 अक्षर	1 अक्षर	कोडोन संख्या	कौन-से कोडोन
एलानीन	Ala	A	4	GCU GCC GCA GCG
आर्जिनीन	Arg	R	6	CGU CGC CGA CGG AGA AGG
एस्पैरेजीन	Asn	N	2	AAU AAC
एस्पार्टिक अम्ल	Asp	D	2	GAU GAC
सिस्टीन	Cys	C	2	UGU UGC
ग्लूटामीन	Gln	Q	2	CAA CAG
ग्लूटामिक अम्ल	Glu	E	2	GAA GAG
ग्लाइसीन	Gly	G	4	GGU GGC GGA GGG
हिस्टिडीन	His	H	2	CAU CAC
आइसोल्यूसीन	Ile	I	3	AUU AUC AUA
ल्यूसीन	Leu	L	6	UUA UUG CUU CUC CUA CUG
लाइसीन	Lys	K	2	AAA AAG
मेथिओनीन	Met	M	1	AUG
फेनिलएलानीन	Phe	F	2	UUU UUC
प्रोलीन	Pro	P	4	CCU CCC CCA CCG
सेरीन	Ser	S	6	UCU UCC UCA UCG AGU AGC
थ्रेओनीन	Thr	T	4	ACU ACC ACA ACG
ट्रिप्टोफैन	Trp	W	1	UGG
टायरोसीन	Tyr	Y	2	UAU UAC
वैलीन	Val	V	4	GUU GUC GUA GUG

चरण 2: अनुवादन, क़दम दर क़दम

अनुवादन कोशिकाद्रव्य के राइबोसोमों पर होता है। राइबोसोम के दो भाग हैं: छोटी उपइकाई और बड़ी उपइकाई। दोनों के बीच tRNA के बैठने की तीन जगहें हैं: A स्थल (जहाँ नया tRNA आता है), P स्थल (जहाँ बढ़ती शृंखला वाला tRNA रहता है) और E स्थल (निकास)। एनिमेशन में राइबोसोम पर P और A स्थल लिखे हैं।

शुरू से पहले: tRNA पर अमीनो अम्ल चढ़ाना

tRNA छोटा मुड़ा हुआ RNA है, जिसके एक सिरे पर प्रतिकोडोन लूप और दूसरे सिरे पर अमीनो अम्ल जोड़ने की जगह होती है। अमीनोएसिल-tRNA सिंथेटेज़ नाम के एंजाइम ATP खर्च करके हर tRNA पर सही अमीनो अम्ल चढ़ाते हैं। आनुवंशिक कूट का नियम असल में यहीं लागू होता है, क्योंकि अमीनो अम्ल का मिलान यहीं प्रतिकोडोन से किया जाता है।

प्रतिकोडोन कोडोन से क्षारक-दर-क्षारक जोड़ा बनाता है, पर दोनों लड़ें प्रतिसमानांतर हैं। इसलिए 5′→3′ में पढ़े गए कोडोन AUG का प्रतिकोडोन 5′→3′ में पढ़ने पर CAU है, और कोडोन के नीचे सजाकर (3′→5′) लिखने पर UAC। एनिमेशन प्रतिकोडोन को सजाकर बनाता है, पास में 3′ और 5′ के चिह्नों के साथ।

आरंभन: AUG ढूँढना

राइबोसोम की छोटी उपइकाई mRNA पर बैठकर आगे खिसकती है और पहला AUG ढूँढ लेती है। मेथिओनीन (Met) ढोने वाला आरंभक tRNA उस AUG से जोड़ा बनाता है, और बड़ी उपइकाई आकर जुड़ जाती है। अब Met-tRNA P स्थल पर बैठा है और अगला कोडोन A स्थल में खुला है।

नमूना 1 में संदेश की शुरुआत में एक छोटा अग्र-क्रम (GG) है और पहला AUG क्षारक संख्या 3 से है। इसीलिए एनिमेशन में कुछ बनने से पहले राइबोसोम थोड़ा खिसकता है। AUG से पहले के क्षारकों का अनुवादन कभी नहीं होता।

दीर्घीकरण: तीन ताल का चक्र

AUG के बाद के हर कोडोन के लिए दीर्घीकरण में तीन ताल का एक चक्र एक बार चलता है। पहली ताल: A स्थल के कोडोन से प्रतिकोडोन मिलाने वाला tRNA आकर बैठता है। दूसरी ताल: पेप्टाइड बंध बनता है, बढ़ती शृंखला नए अमीनो अम्ल पर चली जाती है, और यह अभिक्रिया बड़ी उपइकाई का rRNA खुद उत्प्रेरित करता है। तीसरी ताल: राइबोसोम mRNA पर तीन क्षारक आगे सरकता है (ट्रांसलोकेशन)। ख़ाली tRNA निकल जाता है, शृंखला वाला tRNA P स्थल में आ जाता है, और A स्थल में नया कोडोन इंतज़ार करता है।

सही मिलान और सरकने की ऊर्जा मुख्य रूप से GTP से आती है। शृंखला अपने अमीनो सिरे (N-सिरे) से कार्बोक्सिल सिरे (C-सिरे) की ओर बढ़ती है, हर कोडोन पर एक अमीनो अम्ल।

समापन: वह कोडोन जिसे कोई जवाब नहीं देता

समापन कोडोन (UAA, UAG या UGA) A स्थल पर पहुँचे तो उससे मेल खाने वाला कोई tRNA नहीं होता। उसकी जगह मुक्ति कारक (रिलीज़ फैक्टर) नाम का प्रोटीन A स्थल में घुसता है। वह राइबोसोम से अंतिम tRNA से बनी शृंखला को कटवाकर अलग करा देता है, और उपइकाइयाँ अलग हो जाती हैं, किसी दूसरे mRNA पर फिर शुरू करने के लिए तैयार।

मुक्त पॉलीपेप्टाइड फिर मुड़कर त्रिविमीय कार्यशील आकार लेता है, कभी दूसरे प्रोटीनों की मदद से, और ज़रूरत हो तो छाँटा या बदला जाता है। एक ही mRNA को कई राइबोसोम साथ-साथ, एक के पीछे एक, पढ़ सकते हैं; इस समूह का नाम पॉलीसोम है।

उत्परिवर्तन: एक ग़लत अक्षर क्या कर सकता है

बिंदु उत्परिवर्तन में जीन का एक क्षारक दूसरे में बदल जाता है। कूट अपभ्रष्ट है, इसलिए प्रोटीन पर असर इस पर निर्भर करता है कि कौन-सा कोडोन बदला और वह क्या बन गया। हर पाठ्यक्रम में तीन तरह के परिणामों के नाम हैं।

मौन उत्परिवर्तन (silent): नया कोडोन भी उसी अमीनो अम्ल का है, इसलिए प्रोटीन नहीं बदलता। तीसरे क्षारक के बदलाव अक्सर मौन होते हैं।
मिसेन्स उत्परिवर्तन (missense): नया कोडोन किसी दूसरे अमीनो अम्ल का है, इसलिए प्रोटीन में एक अवशेष बदल जाता है। प्रोटीन कम अच्छा, उतना ही अच्छा या कभी-कभार बेहतर काम कर सकता है।
नॉनसेन्स उत्परिवर्तन (nonsense): नया कोडोन समापन कोडोन है, इसलिए अनुवादन समय से पहले रुक जाता है और प्रोटीन छोटा रह जाता है। आम तौर पर यही सबसे हानिकारक होता है।

जीन में बदलाव	कोडोन में बदलाव	प्रोटीन पर नतीजा
नमूना 2 का क्षारक 23 बने A	GAG → GAA (Glu → Glu)	मौन: Met-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu
नमूना 2 का क्षारक 22 बने T	GAG → GUG (Glu → Val)	मिसेन्स: Met-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu
नमूना 2 का क्षारक 21 बने T	GAG → UAG (Glu → समापन)	नॉनसेन्स: Met-Val-His-Leu-Thr-Pro
नमूना 2 का क्षारक 3 बने C	AUG → CUG (आरंभन कोडोन खो गया)	AUG बचा नहीं, इसलिए कुछ भी अनूदित नहीं होता

सिमुलेशन में खुद आज़माएँ

हर प्रयोग में लगभग एक मिनट लगता है। पहले अनुमान लगाएँ, फिर मिलाकर देखें।

नमूना 1 को एक बार शुरू से अंत तक चलने दें। mRNA और पाँचों अमीनो अम्ल कॉपी में लिखें और मापन पैनल से मिलाएँ।
नमूना 1 में “चरण” स्लाइडर खींचकर उस क्षण पर जाएँ जब शृंखला में केवल Met है। mRNA के कितने क्षारकों का कभी अनुवादन नहीं हुआ, और क्यों?
“खुद लिखें” चुनकर CCCGGGAAATTT टाइप करें। इस mRNA में AUG नहीं है। राइबोसोम क्या करता है, और मापन पैनल क्या कहता है?
बिना समापन कोडोन के ATGAAATTTGGG लिखें। शृंखला बन जाती है, पर स्थिति पंक्ति में लिखा आता है कि समापन कोडोन नहीं मिला। असली कोशिका में इससे क्या गड़बड़ होती?
नमूना 2 में उत्परिवर्तन बॉक्स पर टिक करके स्थान 22 और क्षारक T रखें। असर वाली पंक्ति पढ़ें। फिर स्थान 23 के साथ A, और स्थान 21 के साथ T रखकर तीनों की तुलना करें।
नमूना 3 में शृंखला के दोनों Leu ढूँढें और देखें कि हर एक किस कोडोन से आया। वही अमीनो अम्ल, अलग कोडोन: स्क्रीन पर अपभ्रष्टता।
नमूना 1 में क्षारक 6 को T कर दें और देखें कि Met के बाद शृंखला रुक जाती है। असर वाली पंक्ति इसे nonsense बदलाव कहेगी।

हल किए गए प्रश्न, सिमुलेशन वाले ही कूट से गणना करके

नीचे का हर क्रम और हर संख्या उसी कोडोन सारणी से निकली है जो एनिमेशन चलाती है, इसलिए उत्तर कभी एनिमेशन से अलग नहीं होंगे।

प्रश्न 1: टेम्पलेट से प्रोटीन तक (नमूना 1)

एक जीन का कोडिंग स्ट्रैंड 5′-GGATGGAAAGCTTTCCATAA-3′ है। टेम्पलेट स्ट्रैंड, mRNA और प्रोटीन लिखिए।

चरण 1, टेम्पलेट कोडिंग स्ट्रैंड का पूरक है, 3′→5′ में सजाकर: CCTACCTTTCGAAAGGTATT। चरण 2, mRNA वही कोडिंग स्ट्रैंड है जिसमें T की जगह U है: GGAUGGAAAGCUUUCCAUAA। चरण 3, पहला AUG ढूँढिए; यह क्षारक संख्या 3 से शुरू होता है। चरण 4, तीन-तीन करके पढ़िए: AUG GAA AGC UUU CCA UAA। अंतिम समापन कोडोन है, इसलिए प्रोटीन में 5 अमीनो अम्ल हैं।

उत्तर: Met-Glu-Ser-Phe-Pro।

कोडोन क्र.	कोडोन	प्रतिकोडोन 3′→5′	प्रतिकोडोन 5′→3′	अमीनो अम्ल
1	AUG	UAC	CAU	Met
2	GAA	CUU	UUC	Glu
3	AGC	UCG	GCU	Ser
4	UUU	AAA	AAA	Phe
5	CCA	GGU	UGG	Pro
6	UAA	AUU	UUA	Stop

प्रश्न 2: टेम्पलेट 5′→3′ में दिया है

किसी पुस्तक में टेम्पलेट स्ट्रैंड 5′-TCAAACTAATCTCGAAAGCATG-3′ लिखा है। mRNA ज्ञात कीजिए।

पोलीमरेज़ टेम्पलेट को 3′→5′ में पढ़ता है, इसलिए पहले लड़ को उलट दीजिए: 3′-GTACGAAAGCTCTAATCAAACT-5′। अब हर क्षारक का जोड़ीदार रखिए: A→U, T→A, G→C, C→G। mRNA है 5′-CAUGCUUUCGAGAUUAGUUUGA-3′। कोडिंग स्ट्रैंड 5′-CATGCTTTCGAGATTAGTTTGA-3′ से मिलाइए: वही है, बस T की जगह U।

पहले AUG से पढ़ने पर कोडोन AUG CUU UCG AGA UUA GUU UGA हैं, जिनसे Met-Leu-Ser-Arg-Leu-Val बनता है (6 अमीनो अम्ल, अंत में UGA)।

टेम्पलेट 5′→3′ उलटें → पूरक → mRNA 5′→3′दोनों क़दमों का क्रम बदलना ठीक नहीं

प्रश्न 3: कितने कोडोन, कितने अमीनो अम्ल?

एक mRNA का कोडिंग भाग, AUG से समापन कोडोन तक, 1,200 न्यूक्लियोटाइड लंबा है। कितने कोडोन और कितने अमीनो अम्ल?

कोडोन = 1,200 ÷ 3 = 400। इनमें एक समापन कोडोन है, जिसका कोई अमीनो अम्ल नहीं, इसलिए प्रोटीन में 399 अमीनो अम्ल हैं।

उलटा प्रश्न: 150 अमीनो अम्लों के प्रोटीन के लिए 150 कोडोन और 1 समापन कोडोन चाहिए = 151 कोडोन = कम से कम 453 न्यूक्लियोटाइड।

कोडोन = क्षारक ÷ 3

अमीनो अम्ल = कोडोन − 1समापन कोडोन का कोई अमीनो अम्ल नहीं होता

प्रश्न 4: ग्लोबिन जीन में तीन उत्परिवर्तन

नमूना 2 मनुष्य के β-ग्लोबिन जीन की शुरुआत है, अंत में एक समापन कोडोन जोड़ा गया है ताकि सिमुलेशन पूरा हो सके। इसका प्रोटीन Met-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu से शुरू होता है। पहले GAG कोडोन में तीन एक-क्षारक बदलावों के नतीजे बिलकुल अलग हैं।

क्षारक 22 → T करने पर GAG बन जाता है GUG और शृंखला होती है Met-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu: यह missense बदलाव है (Glu की जगह Val), यानी दराँती-कोशिका उत्परिवर्तन। क्षारक 23 → A पर GAG बनता है GAA और शृंखला Met-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu ही रहती है: silent। क्षारक 21 → T पर GAG बनता है UAG, यानी रुको, और शृंखला 6 अमीनो अम्लों (Met-Val-His-Leu-Thr-Pro) पर ही रुक जाती है: nonsense।

प्रश्न 5: कूट कितना क्षमाशील है?

हर कोडोन पर 9 अलग एक-क्षारक बदलाव हो सकते हैं (3 स्थान × अन्य 3 क्षारक)। GAG (Glu) के लिए 9 में से 1 मौन है, 7 मिसेन्स हैं और 1 नॉनसेन्स। GGU (Gly) के लिए 9 में से 3 मौन हैं, क्योंकि चारों Gly कोडोनों के पहले दो क्षारक एक जैसे हैं, और 6 मिसेन्स।

Trp (UGG) इसका उलटा है: 0 मौन, 7 मिसेन्स और 2 नॉनसेन्स। जिस अमीनो अम्ल का केवल एक कोडोन है, वह चार-कोडोन वाले परिवार से कहीं ज़्यादा जोखिम में है।

प्रश्न 6: कूट तीन अक्षरों का ही क्यों?

अगर कोडोन एक क्षारक का होता तो कोडोन केवल 4 होते। दो क्षारकों का होता तो 16, जो 20 अमीनो अम्लों से कम है। तीन क्षारकों से 64 मिलते हैं, जो 20 अमीनो अम्लों और समापन संकेत के लिए काफ़ी हैं, और कुछ अतिरिक्त भी बचते हैं। यही अतिरिक्त क्षमता कूट को अपभ्रष्ट बनाती है।

सारणी गिनिए: 2 अमीनो अम्लों का 1 कोडोन है, 9 के 2, 1 का 3, 5 के 4 और 3 के 6। जाँच: 2 × 1 + 9 × 2 + 1 × 3 + 5 × 4 + 3 × 6 = 61।

आम ग़लतियाँ (और उनसे बचने का तरीक़ा)

इन ग़लतियों पर हर साल अंक कटते हैं। केवल ग़लती नहीं, उसका समाधान भी याद रखें।

mRNA लिखते समय कोडिंग स्ट्रैंड की जगह टेम्पलेट उतार देना। समाधान: mRNA कोडिंग स्ट्रैंड जैसा है (T की जगह U), और टेम्पलेट से जोड़ा बनाता है।
RNA क्रम में T रख देना। समाधान: RNA में T नहीं होता, हर जगह U लिखें।
5′→3′ में दिए टेम्पलेट को बिना उलटे पढ़ लेना। समाधान: पहले उलटें, फिर जोड़ी मिलाएँ।
mRNA के पहले क्षारक से ही कोडोन पढ़ना शुरू कर देना। समाधान: पहला AUG ढूँढकर वहीं से पढ़ें। उससे पहले के क्षारकों का अनुवादन नहीं होता।
समापन कोडोन को अमीनो अम्ल गिन लेना। समाधान: समापन कोडोन हो तो अमीनो अम्ल = कोडोन − 1।
कोडोन और प्रतिकोडोन में उलझ जाना। समाधान: कोडोन mRNA पर होता है, प्रतिकोडोन tRNA पर, और वे जोड़ा बनाते हैं।
कहना कि tRNA कोडोन ढोता है। समाधान: वह प्रतिकोडोन और एक अमीनो अम्ल ढोता है।
मान लेना कि मौन उत्परिवर्तन में कुछ नहीं बदलता। समाधान: DNA बदला है, पर प्रोटीन नहीं बदला।

वास्तविक जीवन में उपयोग

प्रोटीन संश्लेषण केवल एक अध्याय नहीं है। आधुनिक चिकित्सा और प्रौद्योगिकी का बड़ा हिस्सा इसे निशाना भी बनाता है और औज़ार भी।

जीवाणुओं में इंसुलिन बनाना

टाइप 1 मधुमेह के रोगी कभी जानवरों से निकाले गए इंसुलिन पर निर्भर थे। आज रोगियों के लिए ज़्यादातर इंसुलिन ऐसे जीवाणु या यीस्ट बनाते हैं जिनमें मनुष्य का इंसुलिन जीन डाला गया है; यह तरीक़ा पहली बार 1980 के दशक की शुरुआत में स्वीकृत हुआ। यह इसलिए काम करता है कि आनुवंशिक कूट लगभग सार्वभौमिक है: जीवाणु का राइबोसोम मनुष्य के कोडोन को वैसे ही पढ़ता है जैसे मनुष्य का राइबोसोम। जीवाणु इंट्रॉन काट नहीं सकते, इसलिए वैज्ञानिक कच्चे जीन की जगह परिपक्व mRNA से बनाया गया DNA इस्तेमाल करते हैं।

दराँती-कोशिका रोग: एक अक्षर, एक अमीनो अम्ल

दराँती-कोशिका (सिकल सेल) रोग में β-ग्लोबिन जीन का केवल एक क्षारक बदलता है और Glu कोडोन Val कोडोन बन जाता है। सौ से ज़्यादा अमीनो अम्लों वाली हीमोग्लोबिन शृंखला में उस एक बदलाव से कम ऑक्सीजन में हीमोग्लोबिन आपस में चिपकने लगता है और लाल रक्त कोशिकाएँ मुड़ जाती हैं। पाठ्यपुस्तकों में मिसेन्स उत्परिवर्तन का यह सबसे जाना-माना उदाहरण है, और एक अमीनो अम्ल के बदलाव से रोग होने के शुरुआती पहचाने गए मामलों में से एक।

जीवाणु के राइबोसोम पर वार करने वाले प्रतिजैविक

जीवाणु के राइबोसोम (70S) मनुष्य के कोशिकाद्रव्य के राइबोसोम (80S) से थोड़े अलग बने होते हैं। कई प्रतिजैविक (एंटीबायोटिक) इसी अंतर का फ़ायदा उठाते हैं। टेट्रासाइक्लिन tRNA को A स्थल में आने से रोकते हैं, स्ट्रेप्टोमाइसिन जैसे एमिनोग्लाइकोसाइड छोटी उपइकाई से कोडोन ग़लत पढ़वाते हैं, एरिथ्रोमाइसिन जैसे मैक्रोलाइड निकास सुरंग रोक देते हैं, और क्लोरैम्फेनिकॉल बंध बनाने वाला चरण बंद करता है। दवा जीवाणु का प्रोटीन संश्लेषण रोकती है और मनुष्य के कोशिकाद्रव्य के राइबोसोमों को मोटे तौर पर छोड़ देती है।

mRNA टीके

mRNA टीके में सूक्ष्म वसा-कणों में लिपटा, थोड़ी देर टिकने वाला एक mRNA दिया जाता है, जिसमें किसी हानिरहित विषाणु-प्रोटीन के निर्देश लिखे होते हैं। आपके अपने राइबोसोम कोशिकाद्रव्य में उसका अनुवादन करते हैं, ठीक एनिमेशन के चरण 2 की तरह, और प्रतिरक्षा तंत्र उस प्रोटीन को पहचानना सीखता है। mRNA केंद्रक में नहीं जाता, आपके DNA में नहीं उतरता, और कुछ समय बाद कोशिका उसे ख़ुद तोड़ देती है।

परीक्षा कोना (CBSE / NCERT कक्षा 12)

इस विषय के प्रश्न कुछ जाने-पहचाने साँचों में आते हैं। लंबे उत्तरों में क्रमांक देकर चरणबद्ध लिखें और हर स्ट्रैंड के 5′ व 3′ सिरे चिह्नित करें।

अनुलेखन, अनुवादन, कोडोन और प्रतिकोडोन की परिभाषा (प्रत्येक 1 या 2 अंक)।
DNA स्ट्रैंड से mRNA और अमीनो अम्ल क्रम निकालना, कोडोन सारणी देखकर (सबसे परिचित गणनात्मक प्रश्न)।
अनुलेखन या अनुवादन के चरणों का वर्णन, आम तौर पर 4 से 6 बिंदुओं में।
DNA और RNA की तुलना, या mRNA, tRNA और rRNA की तुलना, तालिका में।
आनुवंशिक कूट की विशेषताएँ (त्रिक, अपभ्रष्ट, असंदिग्ध, अनतिव्यापी, लगभग सार्वभौमिक)।
दिए गए उत्परिवर्तन को मौन, मिसेन्स या नॉनसेन्स में वर्गीकृत करना और कोडोन से तर्क देना।

RNA का प्रकार	आकार और कार्य	कहाँ काम करता है
mRNA	लंबी एकल लड़, एक जीन का क्रम ले जाती है	केंद्रक में बनता है, कोशिकाद्रव्य में पढ़ा जाता है
tRNA	छोटा मुड़ा अनुकूलक, प्रतिकोडोन और अमीनो अम्ल की भुजा	कोशिकाद्रव्य में, राइबोसोम पर
rRNA	राइबोसोम का मूल ढाँचा, पेप्टाइड बंध बनाने में उत्प्रेरक	राइबोसोम के भीतर

पुनरावृत्ति सार

परीक्षा से पहले की रात इतना एक बार पढ़ लें।

केंद्रीय सिद्धांत: DNA → RNA → प्रोटीन।
अनुलेखन: आरएनए पोलीमरेज़ टेम्पलेट को 3′→5′ में पढ़ता है, mRNA 5′→3′ में बनाता है, जोड़े A–U, T–A, G–C, C–G।
mRNA का क्रम कोडिंग स्ट्रैंड जैसा है, बस T की जगह U।
सुकेंद्रकी प्री-mRNA में कैप, पॉली-A टेल और स्प्लाइसिंग के बाद ही वह केंद्रक छोड़ता है।
कोडोन कुल 64 हैं: 61 अमीनो अम्लों के, 3 समापन के। AUG एक साथ आरंभन कोडोन और Met है।
tRNA अमीनो अम्ल लाता है और प्रतिकोडोन से जोड़ा बनाता है।
अनुवादन: आरंभन (AUG ढूँढना), दीर्घीकरण (आना, बंध, सरकना), समापन (समापन कोडोन और मुक्ति कारक)।
मौन, मिसेन्स और नॉनसेन्स यह बताते हैं कि बिंदु उत्परिवर्तन प्रोटीन का क्या करता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

सरल शब्दों में प्रोटीन संश्लेषण क्या है?

प्रोटीन संश्लेषण वह तरीक़ा है जिससे कोशिका जीन के निर्देशों से प्रोटीन बनाती है। पहले जीन की mRNA में प्रति बनती है (अनुलेखन)। फिर राइबोसोम mRNA के तीन-तीन क्षारक पढ़ता है, tRNA मेल खाते अमीनो अम्ल लाते हैं, और वे क्रम से जुड़ते जाते हैं (अनुवादन), समापन कोडोन पर शृंखला रुकने तक।

अनुलेखन और अनुवादन में क्या अंतर है?

अनुलेखन में केंद्रक में जीन की RNA प्रति बनती है, यानी DNA से RNA। अनुवादन में कोशिकाद्रव्य के राइबोसोम पर उसी mRNA से प्रोटीन बनता है, यानी RNA से प्रोटीन। अनुलेखन क्षारकों की उसी भाषा में सूचना की प्रति बनाता है, जबकि अनुवादन उसे अमीनो अम्लों की भाषा में बदलता है।

कोडोन और प्रतिकोडोन में क्या अंतर है?

कोडोन mRNA के तीन क्षारकों का समूह है, जो एक अमीनो अम्ल या एक समापन संकेत दर्शाता है। प्रतिकोडोन tRNA के तीन क्षारकों का समूह है, जो उस कोडोन से जोड़ा बनाता है। कोडोन AUG का प्रतिकोडोन 5′-CAU-3′ है, जिसे कोडोन के नीचे सजाकर (3′→5′) बनाएँ तो UAC दिखता है।

mRNA कोडिंग स्ट्रैंड जैसा क्यों होता है, टेम्पलेट जैसा क्यों नहीं?

आरएनए पोलीमरेज़ टेम्पलेट स्ट्रैंड से जोड़ा मिलाकर mRNA बनाता है, इसलिए mRNA टेम्पलेट का पूरक है। कोडिंग स्ट्रैंड भी टेम्पलेट का पूरक है, इसलिए दोनों का क्रम एक ही है, बस RNA में जहाँ U है DNA में वहाँ T।

अनुवादन AUG से ही क्यों शुरू होता है?

AUG आरंभन कोडोन है। मेथिओनीन ढोने वाला आरंभक tRNA उससे जोड़ा बनाता है और राइबोसोम वहीं अपना पढ़ने का ढाँचा तय करता है। AUG से समापन कोडोन तक हर बार तीन क्षारक पढ़े जाते हैं, इसलिए ढाँचा स्थिर रहता है। पहले AUG से पहले के क्षारकों का अनुवादन नहीं होता।

समापन कोडोन पर क्या होता है?

UAA, UAG और UGA से मेल खाने वाला कोई tRNA नहीं है। उसकी जगह मुक्ति कारक A स्थल में घुसता है, बनी हुई पॉलीपेप्टाइड कटकर अलग हो जाती है और राइबोसोम की उपइकाइयाँ अलग हो जाती हैं। समापन कोडोन के लिए कोई अमीनो अम्ल नहीं जुड़ता, इसलिए समापन कोडोन समेत 100 कोडोन वाला संदेश 99 अमीनो अम्लों की शृंखला बनाता है।

क्या मौन उत्परिवर्तन हानिरहित होते हैं?

आम तौर पर प्रोटीन नहीं बदलता, क्योंकि नया कोडोन भी उसी अमीनो अम्ल का है। असली कोशिकाओं में स्प्लाइसिंग या अनुवादन की गति पर असर पड़ सकता है, पर इस विषय के स्तर पर मौन उत्परिवर्तन का मतलब है कि अमीनो अम्ल क्रम नहीं बदलता।

क्या आनुवंशिक कूट सभी जीवों में एक जैसा है?

लगभग। जीवाणु, पादप, जंतु और कवक एक ही मानक सारणी इस्तेमाल करते हैं, इसीलिए मनुष्य का जीन जीवाणु भी पढ़ लेता है। माइटोकॉन्ड्रिया और कुछ सूक्ष्मजीवों में थोड़े अपवाद हैं।

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प्रोटीन संश्लेषण: जीन से प्रोटीन कैसे बनता है

सिमुलेशन का उपयोग कैसे करें

आपकी कोशिकाएँ अभी भी एक नुस्खे पर चल रही हैं

शून्य से शुरुआत: केंद्रीय सिद्धांत सरल शब्दों में

चरणों से पहले ज़रूरी शब्द

चरण 1: अनुलेखन, क़दम दर क़दम

क़दम 1: आरएनए पोलीमरेज़ शुरुआत ढूँढता है

क़दम 2: पोलीमरेज़ टेम्पलेट पढ़कर mRNA बनाता है

क़दम 3: पोलीमरेज़ समापक (टर्मिनेटर) तक पहुँचता है

क़दम 4: सुकेंद्रकियों में संदेश बाहर जाने से पहले संपादित होता है

आनुवंशिक कूट: 64 शब्दों का शब्दकोश

चरण 2: अनुवादन, क़दम दर क़दम

शुरू से पहले: tRNA पर अमीनो अम्ल चढ़ाना

आरंभन: AUG ढूँढना

दीर्घीकरण: तीन ताल का चक्र

समापन: वह कोडोन जिसे कोई जवाब नहीं देता

उत्परिवर्तन: एक ग़लत अक्षर क्या कर सकता है

सिमुलेशन में खुद आज़माएँ

हल किए गए प्रश्न, सिमुलेशन वाले ही कूट से गणना करके

प्रश्न 1: टेम्पलेट से प्रोटीन तक (नमूना 1)

प्रश्न 2: टेम्पलेट 5′→3′ में दिया है

प्रश्न 3: कितने कोडोन, कितने अमीनो अम्ल?

प्रश्न 4: ग्लोबिन जीन में तीन उत्परिवर्तन

प्रश्न 5: कूट कितना क्षमाशील है?

प्रश्न 6: कूट तीन अक्षरों का ही क्यों?

आम ग़लतियाँ (और उनसे बचने का तरीक़ा)

वास्तविक जीवन में उपयोग

जीवाणुओं में इंसुलिन बनाना

दराँती-कोशिका रोग: एक अक्षर, एक अमीनो अम्ल

जीवाणु के राइबोसोम पर वार करने वाले प्रतिजैविक

mRNA टीके

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अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

सरल शब्दों में प्रोटीन संश्लेषण क्या है?

अनुलेखन और अनुवादन में क्या अंतर है?

कोडोन और प्रतिकोडोन में क्या अंतर है?

mRNA कोडिंग स्ट्रैंड जैसा क्यों होता है, टेम्पलेट जैसा क्यों नहीं?

अनुवादन AUG से ही क्यों शुरू होता है?

समापन कोडोन पर क्या होता है?

क्या मौन उत्परिवर्तन हानिरहित होते हैं?

क्या आनुवंशिक कूट सभी जीवों में एक जैसा है?

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