ન્યૂક્લીઇક ઍસિડ

સજીવોમાં આનુવંશિક લક્ષણોની જાળવણી, અભિવ્યક્તિ (expression) અને સંચારણ સાથે સંકળાયેલાં એક પ્રકારનાં સંકીર્ણ સંયોજનો. તેઓ સામાન્ય રીતે પ્રોટીન સાથે પરિબદ્ધ થઈ ન્યૂક્લિયોપ્રોટીન બનાવે છે. 1869માં યુવાન સ્વિસ કાયચિકિત્સક (physician) ફ્રિડિશ માયશરે પરુમાં રહેલા શ્વેતકણોમાંથી કોષકેન્દ્રો પ્રાપ્ત કરવા તેમને હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડની ચિકિત્સા આપતાં પ્રાપ્ત થયેલા અવક્ષેપોમાં કાર્બન, હાઇડ્રોજન, ઑક્સિજન, નાઇટ્રોજન અને વધારે પ્રમાણમાં ફૉસ્ફરસની હાજરી હતી. માયશરે આ અવક્ષેપનું ‘ન્યૂક્લીઇન’ નામ આપ્યું, કારણ કે તે પદાર્થ કોષકેન્દ્રમાંથી પ્રાપ્ત થયો હતો. આ પદાર્થ ઍસિડિક હોવાથી પાછળથી તેનું નામ ‘ન્યૂક્લીઇક ઍસિડ’ આપવામાં આવ્યું હતું. જોકે માયશર જાણતા નહોતા કે તેમણે DNA (ડિઑક્સિરાઇબોન્યૂક્લીઇક ઍસિડ)ની શોધ કરી હતી. તે પછી જર્મન દેહધર્મવિજ્ઞાની ફૅલિક્સ હોપ-સૅય્લરે યીસ્ટના કોષોમાંથી તેવા જ પદાર્થનું અલગીકરણ કર્યું. આ પદાર્થ હવે RNA (રાઇબોન્યૂક્લીઇક ઍસિડ) તરીકે ઓળખાય છે.

1944માં ઑસ્વાલ્ડ એવરી, કૉલિન મૅક્લીઓડ અને મૅક્લીન મૅક્કાર્ટીએ નિદર્શન કર્યું કે DNA એવો અણુ છે કે જે જનીનીય માહિતીનું વહન કરે છે. તે સમયે આ મહત્ત્વના અણુનાં બંધારણ વિશે અત્યંત અલ્પ માહિતી પ્રાપ્ત હતી. તે પછીનાં થોડાંક જ વર્ષોમાં ન્યૂક્લિયોટાઇડોના બંધારણનું નિર્ધારણ થયું અને 1953માં જૅમ્સ ડી. વૉટ્સન અને ફ્રાન્સિસ એચ. સી. ક્રિકે ‘ક્ષ’ કિરણ વિવર્તન (diffraction) પદ્ધતિ દ્વારા દ્વિકુંતલમય DNAનું અણુબંધારણ શોધી કાઢ્યું.

ન્યૂક્લીઇક ઍસિડ ફૉસ્ફોરિક ઍસિડ, પૅન્ટોઝ શર્કરા તથા પ્યુરીન અને પિરિમિડીન બેઇઝના બનેલા અનેક એકમો ધરાવતા ઍસિડિક શૃંખલામય જૈવિક બૃહત્ અણુઓ (macromolecules) છે. તેઓ ઍસિડમાં અદ્રાવ્ય હોવાને કારણે તથા 9 % જેટલો ફૉસ્ફરસ ધરાવતા હોવાથી તેમને ન્યૂક્લીઇક ઍસિડ કહે છે. આ ઍસિડોમાં કાર્બન, હાઇડ્રોજન તથા ઑક્સિજન ઉપરાંત નાઇટ્રોજન(15 %થી 16 % અને ફૉસ્ફરસ 9 %થી 10 %) હોય છે.

ન્યૂક્લીઇક ઍસિડના પ્રકારો : તેના બે પ્રકારો હોય છે : ડિઑક્સિરાઇબોન્યૂક્લીઇક ઍસિડ (DNA) અને રાઇબોન્યૂક્લીઇક ઍસિડ (RNA). કોઈ પણ જીવંત કોષમાં એક અથવા થોડાક જ DNAના વિશાળ અણુઓ આવેલા હોય છે; દા. ત., T₂ જીવાણ્વિક વિષાણુ(bacterial virus)માં DNAનો એક અણુ હોય છે, જેનો અણુભાર 1 × 10⁸ જેટલો હોય છે, જ્યારે E.coliમાં 2 × 10⁹ અણુભાર  ધરાવતો એક DNA અણુ હોય છે. મોટા જીવોના કોષોમાં આ પરિમાણવાળા માત્ર થોડાક જ DNA અણુઓ હોય છે.

DNAના અલગીકરણ માટે પ્રક્ષાલકો તથા કાર્બનિક દ્રાવકો અથવા ફિનૉલ દ્વારા પ્રોટીન દૂર કરવામાં આવે છે. EDTA (ethylenediaminetetra-acetic acid) દ્વારા પણ તે અલગ કરી શકાય છે. DNAનું વિભેદન (resolution) સ્તંભ-વર્ણલેખન (column chromatography) તથા ઘનત્વ પ્રવણતા અપકેન્દ્રણ (density gradient centrifugation)  દ્વારા કરવામાં આવે છે.

RNAના અલગીકરણ માટે ફિનૉલ સાથે નિષ્કર્ષણની રીત ઉપયોગી છે. તેનું વિભેદન સ્તંભ-વર્ણલેખન, પ્રતિધારા વિતરણ (counter current distribution), કે ઘનત્વ પ્રવણતા અપકેન્દ્રણ દ્વારા કરવામાં આવે છે.

ન્યૂક્લીઇક ઍસિડનું બંધારણ : ન્યૂક્લીઇક ઍસિડનું બંધારણ તેના જળવિભાજનથી મળતી નીપજોને પારખીને નક્કી થઈ શકે છે. DNA તથા RNAનું સુયોગ્ય પરિસ્થિતિમાં જળવિભાજન કરતાં ઓછા અણુભારવાળી ત્રણ નીપજો મળે છે : (i) પેન્ટોઝ શર્કરા, (ii) પ્યુરીન પિરિમિડીન (બેઇઝ), તથા (iii) ફૉસ્ફૉરિક ઍસિડ.

DNA તથા RNA તેમની ઍસિડ કે આલ્કલીય જળવિભાજનની સરળતાના આધારે જુદા પડે છે. આનું કારણ તેમની બંધારણીય વિભિન્નતા (difference) છે. RNAમાંથી મળતી પેન્ટોઝ શર્કરા D-રાઇબોઝ હોય છે, જ્યારે DNAમાંથી મળતી પેન્ટોઝ શર્કરા હંમેશાં 2- ડિઑક્સિ – D – રાઇબોઝ હોય છે. મુખ્ય પિરિમિડીન તથા પ્યુરીનમાં બેઝિક N પરમાણુ હોવાને લીધે તેમને બેઇઝ કહે છે.

આ વિષમચક્રીય (heterocylic) સંયોજનોનું બંધારણ અને પ્રત્યેકના કાર્બન અને નાઇટ્રોજનના પરમાણુઓ માટેનો ક્રમ આકૃતિ-4માં દર્શાવવામાં આવ્યો છે. પિરિમિડીન ચાર કાર્બન અને બે નાઇટ્રોજનના પરમાણુઓ ધરાવતી એક મુદ્રિકાનું બનેલું સંયોજન છે. પ્યુરીન જોડાયેલી પિરિમિડીન ઈમિડેઝોલ મુદ્રિકા ધરાવે છે. તે પાંચ કાર્બન અને ચાર નાઇટ્રોજનના પરમાણુઓ ધરાવે છે. બંને પ્રકારના બેઝ અસંતૃપ્ત હોય છે અને સંયુગ્મિત (conjugated) દ્વિબંધ ધરાવે છે.

ન્યૂક્લીઓટાઇડના બંધારણમાં જોવા મળતા મુખ્ય પિરિમિડીન યુરેસીલ (2, 4-ડાઈઑક્સોપિરિમિડીન, U), થાયમીન(2, 4-ડાઈઑક્સો-5-મિથાઇલ પિરિમિડીન, T) અને સાયટોસીન(2- ઑક્સો-4-ઍમિનોપિરિમિડીન, C)નો તથા મુખ્ય પ્યુરીનમાં એડેનીન (6-ઍમિનોપ્યુરીન, A)અને ગ્વાનીન(2-ઍમિનો-6-ઑક્સોપ્યુરીન)નો સમાવેશ થાય છે.

DNAનું સંપૂર્ણ જળવિભાજન કરતાં હંમેશાં એડેનીન, ગ્વાનીન અને થાયમીન મળે છે. આ ઉપરાંત સાઇટોસીન પણ મળે છે. ઉચ્ચ જીવોના DNAમાં આ ઉપરાંત 5-મિથાઇલ-સાઇટોસીન પણ મળે છે, જ્યારે બૅક્ટેરિયલ DNA સામાન્યત: 6-મિથાઇલ ઍમિનોપ્યુરીન આપે છે. RNA હંમેશાં એડેનીન, ગ્વાનીન, સાઇટોસીન અને યુરેસીલ આપે છે, જ્યારે t-RNA આ બધા ઉપરાંત નાના બેઇઝ પણ આપે છે.

RNA અથવા DNAના જળવિભાજનમાંથી મળતા બેઇઝ અણુની કુલ સંખ્યા તેમાં રહેલા રાઇબોઝ કે ડિઑક્સિ-રાઇબોઝ અણુઓ જેટલી તથા ફૉસ્ફૉરિક ઍસિડ અણુઓ જેટલી હોય છે. આથી RNA કે  DNAના નમૂનાની જળવિભાજન નીપજો બીજા નમૂના કરતાં માત્ર બેઇઝની સંખ્યાનો જ ફરક દર્શાવે છે. આ બેઇઝને પત્રવર્ણલેખન (paper chromatography) દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. આ માટે ઇલેક્ટ્રોફૉરેસિસ(વિદ્યુત-કણ-સંચલન)ની રીત પણ વપરાય છે. આ ઉપરાંત DNAના બેઇઝ-ઘટકો તેના ઘટત્વની તથા ગલનબિંદુની રીતથી પણ નક્કી કરી શકાય છે.

ન્યૂક્લિયોસાઇડ તથા ન્યૂક્લિયોટાઇડનાં બંધારણ : ન્યૂક્લીઇક ઍસિડના આંશિક જળવિભાજનથી ન્યૂક્લિયોટાઇડ શર્કરા [(રાઇબોઝ અથવા ડિઑક્સિરાઇબોઝ) અને ફૉસ્ફેટ સમૂહ સાથે સંકળાયેલ નાઇટ્રોજનયુક્ત પ્યુરીન અથવા પિરિમિડીન બેઇઝ ધરાવતું સંયોજન] મળે છે. ન્યૂક્લીઓટાઇડના સંપૂર્ણ જળવિભાજનથી 1 મોલ બેઇઝ, 1 મોલ શર્કરા તથા 1 મોલ ફૉસ્ફૉરિક ઍસિડ મળે છે.

ન્યૂક્લિયોટાઇડનું ઉત્સેચકીય વિફૉસ્ફૉરીકરણ (dephosphorylation) કરવાથી 1 મોલ ફૉસ્ફૉરિક ઍસિડ તથા 1 મોલ ન્યૂક્લિયોસાઇડ [શર્કરા (રિબોઝ અથવા ડિઑક્સિ-રિબોઝ) સાથે જોડાયેલ નાઇટ્રોજનયુક્ત પ્યુરીન કે પિરિમિડીન બેઇઝ ધરાવતું સંયોજન] મળે છે.

આકૃતિ 6 માં કેટલાક ન્યૂક્લિયોસાઇડ દર્શાવ્યા છે. આ બધા ન્યૂક્લિયોસાઇડમાં બેઇઝના અણુઓ રાઇબોઝ કે ડિઑક્સિરાઇબોઝ (આકૃતિ 6)ના C1  સાથે જોડાયેલા હોય છે.

સારણી 1 : ન્યૂક્લીઇક ઍસિડના બેઇઝ, ન્યૂક્લિયોસાઇડ તથા ન્યૂક્લિયોટાઇડ

બેઇઝ	ન્યૂક્લિયો–સાઇડ	5´ – ન્યૂક્લિયોટાઇડ
એડેનીન (A)	એડેનોસાઇન	એડેનોસાઇન- 5´ મૉનોફૉસ્ફેટ =
		એડેનીલિક ઍસિડ (AMP)
	ડિઑક્સિ-’’	ડિઑક્સિ-એડેનોસાઇન – 5´ – મૉનોફૉસ્ફેટ =
		ડિઑક્સિએડેનિલિક ઍસિડ (dAMP)
ગ્વાનીન (G)	ગ્વાનોસાઇન	ગ્વાનોસાઇન – 5´ – મૉનોફૉસ્ફેટ =
		ગ્વાનિલિક ઍસિડ (GMP)
	ડિઑક્સિ-’’	ડિઑક્સિ-ગ્વાનોસાઇન – 5´ – મૉનોફૉસ્ફેટ =
		ડિઑક્સિગ્વાનિલિક ઍસિડ (GMP)
સાઇટોસીન	સાઇટીડિન	સાઇટીડિન – 5´ – મૉનોફૉસ્ફેટ =
(C)		સાઇટીડિલિક ઍસિડ (CMP)
	ડિઑક્સિ-’’	ડિઑક્સિ-સાઇટીડિન – 5´ – મૉનોફૉસ્ફેટ =
		ડિઑક્સિ સાઇટીડિલિક ઍસિડ (CMP)
યુરાસીલ (U)	યુરીડિન	યુરીડિન – 5´ – મૉનોફૉસ્ફેટ =
		યુરીડિલિક ઍસિડ (UMP)
	છદ્મ	છદ્મ-યુરીડિન – 5´ – મૉનોફૉસ્ફેટ =
	(pseudo)-’’	છદ્મ યુરીડિલિક ઍસિડ (y UMP)
થાઇમીન (T)	થાઇમિડિન	ડિઑક્સિ થાઇમિડિન – 5´ – મૉનોફૉસ્ફેટ =
		ડિઑક્સિ થાઇમિડિલિક ઍસિડ (TMP)
હાઇપોઝેન્થીન	ઇનોસીન	ઇનોસીન – 5´ – મૉનોફૉસ્ફેટ =
		ઇનોસીનિક ઍસિડ (IMP)

ન્યૂક્લીઇક ઍસિડમાં આંતરન્યૂક્લિયોટાઇડ શૃંખલા-જોડાણો (internucleotide linkages in nucleic acids) : ડીએનએ તથા આરએનએના ખૂબ ઊંચા અણુભાર તથા તેમના જળવિભાજનથી બનતા ન્યૂક્લિયોટાઇડ દર્શાવે છે કે તે પૉલિન્યૂક્લિયોટાઇડ છે.

(અ) DNAમાં આંતર ન્યૂક્લિયોટાઇડ જોડાણ : (i) તેના પ્રત્યેક ફૉસ્ફરસ પરમાણુને માત્ર એક જ મુક્ત OH સમૂહ હોય છે તેવું વિદ્યુતમિતીય અનુમાપન સૂચવે છે. (ii) ડીએનએના ઉત્સેચકીય જલાપઘટનની નીપજો(hydrolysates)માંથી અલગ કરાયેલા ડિઑક્સિએડેનોસાઇન, ડિઑક્સિગ્વાનોસાઇન, ડિઑક્સિસાઇટીડિન તથા થાઇમિડિનના 5’ – ફૉસ્ફેટ દર્શાવે છે કે આ બધામાં આંતર ન્યૂક્લિયોટાઇડ જોડાણમાં ડિઑક્સિરાઇબોઝનો 5’ – હાઇડ્રૉક્સી સમૂહ ભાગ લેતો હોય છે. આ બધા જ ન્યૂક્લિયોસાઇડના 3’ – ફૉસ્ફેટ પણ સારા પ્રમાણમાં જુદા જુદા ઉત્સેચકોના જલાપઘટકોમાંથી મેળવી શકાયા છે. આથી ઘણાં જોડાણ 3’- હાઇડ્રૉક્સિ સમૂહ મારફત પણ થતાં હોયછે. (iii) DNAના ઍસિડ જલાપઘટન દ્વારા ડિઑક્સિસાઇટીડિન તથા થાઇમિડિનના 3’ – તથા 5’ ડાયફૉસ્ફેટ અલગ કરી શકાયા છે જે દર્શાવે છે કે 3´ તથા 5´ − OH બંને સમૂહો કેટલાક ડિઑક્સિરાઇબોઝ અવશેષ સાથે જોડાયેલા હોય છે. (iv) DNAના ઉત્સેચકીય જલાપઘટકમાંથી ડાયન્યૂક્લિયોટાઇડ અલગ કરી શકાયા છે. જેમાં ન્યૂક્લિયોટાઇડ C₃’ − C₅’ જોડાણથી જોડાયાં છે. C₅’ − C₅’ તથા C₃’ − C₃’ જોડાણવાળાં ડાયન્યૂક્લિયોટાઇડ મળી શક્યાં નથી. આ સાબિતીઓ નીચેના બંધારણને સાચું ઠેરવે છે. (આકૃતિ 8). વળી ક્ષ-કિરણ વિવર્તનથી પણ તે સાચું હોવાનું જણાયું છે.

ડીએનએ અણુના બંને છેડા અલગ પારખી શકાય છે; કારણ કે એક છેડે 5´ – OH તથા બીજા છેડે 3´ – OH સમૂહ આ અંતર ન્યૂક્લિયોટાઇડ જોડાણોમાં ભાગ લેતા નથી.

(બ) RNAમાં આંતરન્યૂક્લિયોટાઇડ જોડાણ : (i) વિદ્યુતમિતીય અનુમાપન માત્ર દ્વિતીયક ફૉસ્ફૉરાઇલ વિઘટન (dissociation) દર્શાવે છે. (ii) સર્પવિષમાંથી મેળવેલા ફૉસ્ફૉડાયઍસ્ટેઝ વડે RNAનું જળવિભાજન કરવાથી એડેનોસાઇન, ગ્વાનોસાઇન, સાઇટીડિન, યુરીડિનના 5´ – ફૉસ્ફેટ લગભગ 60 % પ્રમાણમાં મળે છે. આથી ઘણાં આંતર ન્યક્લિયોટાઇડ જોડાણમાં 5´ – OH ભાગ લેતાં હોય છે. (iii) RNAનું ગરમ મંદ આલ્કલી વડે સંપૂર્ણ જળવિભાજન કરી શકાય છે. આ દ્વારા જે તે ન્યૂક્લિયોટાઇડના 2´ – તથા 3´ – ફૉસ્ફેટ્સ મળે છે.

આમ RNAનું બંધારણ પણ DNA જેવું જ હોય છે. માત્ર ડિઑક્સિરાઇબોઝના સ્થાને રાઇબોઝ શર્કરા હોય છે. એલેનાઇન ટ્રાન્સફર RNA તથા કેટલાક બીજા RNAમાં છેવાડે 5’ ફૉસ્ફૅટ હોય છે અને 3’ ફૉસ્ફૅટ હોતો નથી. ક્ષ-કિરણ વિવર્તન આને ટેકો આપે છે.

પૉલિન્યૂક્લિયોટાઇડનું પૂરું બંધારણ દોરી બતાવવું અઘરું છે. તેથી તેના માટે ટૂંકા અક્ષરો વપરાય છે. પદ્ધતિ અનુસાર, DNA કે RNAનું બંધારણ નીચે મુજબ દર્શાવાય છે (આકૃતિ-9) :

અહીં ઊભી લીટીઓ શર્કરા-અવશેષ દર્શાવે છે જ્યારે આડી લીટીઓ C₃´ અને  C₅´ના જોડાણ(બંધ)ને દર્શાવે છે. રાઇબોઝ અને ડિઑક્સિરાઇબોઝને અલગ દર્શાવાતા નથી; પરંતુ તેઓમાંના બેઇઝને  તેમના નામના પ્રથમ અક્ષરથી દર્શાવાય છે. આ રીતે એક ચોક્કસ ટ્રાઇન્યૂક્લિયોટાઇડ ઉપર લખ્યા મુજબ દર્શાવાય. અહીં એડેનોસાઇન અથવા ડિઑક્સિએડેનોસાઇન અવશેષને છેડે 5´ – OHવાળા તથા સાઇટીડિન કે ડિઑક્સિસાઇટીડિનને છેડે 3´ફૉસ્ફેટવાળા ન્યૂક્લિયોટાઇડ દર્શાવ્યા છે. આ ઉપરાંત બીજી એક રીતમાં રચના શ્રેણીબદ્ધ અક્ષરોથી દર્શાવાય છે. રાઇબોન્યૂક્લિયોસાઇડને તેના બેઇઝના પ્રથમ અક્ષર દ્વારા તથા ડિઑક્સિરાઇબોન્યૂક્લીઇક ઍસિડને તે જ અક્ષર દ્વારા, પરંતુ આગળ d- ઉમેરીને દર્શાવાય છે. આ રીતે લખાતા ક્રમમાં ડાબી બાજુએ અક્ષર p એ 5´ – ફૉસ્ફેટ દર્શાવે છે તથા જમણી બાજુએ તે 3´ – ફૉસ્ફેટ સૂચવે છે. આ રીતે ઉપર દર્શાવેલા ટ્રાઇન્યૂક્લિયોટાઇડને નીચે મુજબ લખી શકાય :

pApCpGpTpT અથવા dApdCpdGpdTpdT

ન્યૂક્લીઇક ઍસિડનું સંરૂપણ (conformation) : ન્યૂક્લીઇક ઍસિડના જૈવવિજ્ઞાનિક ગુણધર્મો તેની રચનામાં ચોક્કસ સંરૂપીય સ્વરૂપો ઉપર અવલંબે છે. DNAનું સંરૂપણ વૉટસન તથા ક્રીક દ્વારા શોધાયું છે. RNAના સંરૂપણ અંગે ઓછી જાણકારી મળે છે, પરંતુ t- RNAના જૈવિક ગુણધર્મો તેના સંરૂપીય સ્વરૂપ ઉપર આધાર રાખે છે તેવું સાબિત થયું છે.

DNAનું સંરૂપણ : 1953માં વૉટસન તથા ક્રીકે આ સંરૂપણ શોધી કાઢેલું. ક્ષ-કિરણ વિવર્તન તથા અન્ય પરિમાપનો દ્વારા તેમણે સૂચવ્યું કે DNA અણુ એક લાંબા ગૂંચળા (કુંતલ) (helix) રૂપે હોય છે. તેમાં એકબીજાથી વિરુદ્ધ દિશામાં જતી બે શૃંખલાઓ હોય છે. આ બે શૃંખલાઓ તેમનામાં આવેલા બેઇઝ વચ્ચે ઉદભવતા હાઇડ્રોજન-બંધ દ્વારા એકબીજા સાથે જોડાયેલી હોય છે. ફૉસ્ફૉરિક ઍસિડ સમૂહ આ અણુગૂંચળાના બહારી આવરણ રૂપે હોય છે. વિશ્લેષણથી જાણી શકાયું છે કે DNAના પ્રત્યેક નમૂનામાં એડેનીન તથા થાઇમીન તેમજ ગ્લાનીન તથા સાઇટોસીન અવશેષની સંખ્યા હંમેશાં સરખી હોય છે. તેથી DNAના અણુમાં પ્યુરીનનો કુલ જથ્થો પિરિમિડીનના કુલ જથ્થા બરાબર હોય છે (એટલે કે A+G=T+C). પરંતુ A+T/G+Cનો ગુણોત્તર સજીવની જુદી જુદી જાતિઓમાં જુદો જુદો હોય છે; દા. ત., મનુષ્યમાં આ ગુણોત્તર 1.52 છે, જ્યારે Echerichia coli નામના બૅક્ટેરિયમમાં તે ગુણોત્તર 0.93 છે. વૉટસન તથા ક્રીકના સૂચન મુજબ, દરેક ગૂંચળું દક્ષિણાવર્તી (dextrorotatory) હોય છે. બે શૃંખલાઓ સામસામે અને વિરુદ્ધ દિશામાં હોવાથી મુક્ત 3´ – OH સમૂહ અણુના એક છેડે અને તેના બીજા અણુમાં 5´ – OH સમૂહ  વિરુદ્ધ દિશામાં હોય છે. આ પ્રકારની રચના આકૃતિ 11માં દર્શાવી છે.

આકૃતિમાં બે અણુઓ યુગ્મિત થયેલા દર્શાવ્યા છે. એક અણુનો એડેનીન બીજા જોડિયા અણુના થાઇમીન સાથે હાઇડ્રોજન બંધથી જોડાયેલો છે. તે જ પ્રમાણે ગ્વાનીન તેની સામેના જોડિયા અણુના સાઇટોસીન સાથે હાઇડ્રોજન બંધથી જોડાયેલ છે. (આકૃતિ 10) :

( ગુણોત્તર પ્રત્યેક અણુ માટે એકસરખો હોય છે.)

આને પરિણામે ન્યૂક્લિયોટાઇડની અનેક શ્રેણીઓ (sequences) શક્ય બને છે, પરંતુ એક અણુમાંનો ક્રમ બીજા અણુનો ક્રમ નક્કી કરે છે. આ હકીકત ખૂબ જ જીવવૈજ્ઞાનિક અગત્ય ધરાવે છે. તે સૂચવે છે કે જીવંત કોષના રંગસૂત્રમાંનું DNA ગૂંચળું પોતાની જ આનુકૃત્તિ, આ યુગ્મિત અણુઓને જુદા પાડી, તેમાંની પ્રત્યેક રચના તેના સાચા ક્રમમાં જ નવા જોડીદાર બનાવી શકે તે રીતે, દોરે છે. આ રીતે પ્રથમ વાર સજીવો પોતાની જ અનુકૃતિ (પ્રતિલિપિ) કેવી રીતે પેદા કરી શકે તે કાર્બનિક રસાયણ દ્વારા સમજાવી શકાય. આ શકવર્તી શોધ બાદ DNAનું સંરૂપણ ખૂબ ઊંડાણથી એમ. એચ. એફ. વિલ્કિન્સ દ્વારા ક્ષ-કિરણ વિવર્તનથી શોધાયું ત્યારે DNAનું સંરૂપણ વૉટસન-ક્રીકના સૂચવ્યા મુજબ જ જણાયું છે. DNAનું સંરૂપણ ભેજ(humidity)ના ફેરફાર મુજબ સાધારણ ફરે છે. DNAનો બેવડા ગૂંચળાવાળો નમૂનો આકૃતિ 12માં દર્શાવ્યો છે. તેમાં દર્શાવેલી દૃઢ (rigid) રચનાને લીધે ગૂંચળું (helix) તેની પૂરી લંબાઈમાં એકસરખું પરિણામ (dimension) ધરાવે છે, બેઇઝ, શર્કરાઓ તથા ફૉસ્ફેટ સમૂહો  આ બધાં આકૃતિ 12માં દર્શાવ્યા મુજબ 3.4A અંતરાલે (interval) પુન: દેખાય છે. ગૂંચળાનો એક આંટો (turn) 10 યુગ્મિત ન્યૂક્લિયોટાઇડવાળો હોઈ પ્રત્યેક 34Å અંતરે પુનરાવૃત્તિ દર્શાવે છે.

આ ગૂંચળાનો વ્યાસ (diameter) આશરે 20Å છે. તેમાંના બેઇઝ વલયોના તળ(plane)ને જ સમાંતરે રહીને ગૂંચળાવાળી ધરી-(અક્ષ)ને કાટખૂણે ગોઠવાયેલા છે, જ્યારે શર્કરાનાં તળ (ફલક) ગૂંચળાની સમાંતરે જ હોય છે. આકૃતિ 12માં દર્શાવ્યા મુજબ, આખા બંધારણમાં સાંકડા અને પહોળા ખાંચા(groove)માં સાંકડા ખાંચા યુગ્મિત અણુઓ વચ્ચેનો અવકાશ સૂચવે છે. જ્યારે મોટા પહોળા ખાંચા આ ગૂંચળાના ક્રમિક આંટા વચ્ચેનો અવકાશ દર્શાવે છે.

રાઇબોન્યૂક્લીઇડ ઍસિડ (RNA) : DNAની જેમ RNA 3´-5´ ફૉસ્ફોડાઇઍસ્ટર બંધ દ્વારા જોડાયેલી અનેક ન્યૂક્લિયોટાઇડ ધરાવતો અશાખિત લાંબો બૃહદ અણુ છે. રાઇબોન્યૂક્લિયોટાઇડોની સંખ્યા 75થી હજારો સુધીની હોય છે.

DNA અને RNA : DNA અને RNA બંને ન્યૂક્લીઇક ઍસિડો હોવા છતાં તે બંનેમાં રહેલા કેટલાક તફાવતો આ પ્રમાણે છે :

(1) DNAમાં 2´-ડિઑક્સિરાઇબોઝ નામની પૅન્ટોઝ શર્કરાને સ્થાને RNAમાં રાઇબોઝ શર્કરા હોય છે. રાઇબોઝમાં 2´-હાઇડ્રૉક્સિલ સમૂહ આવેલો હોય છે; જે ડિઑક્સિરાઇબોઝમાં હોતો નથી.

(2) DNAના અણુમાં આવેલા થાયમીન નામના પિરિમિડીનને સ્થાને RNAમાં યુરેસીલ હોય છે. થાયમીનમાં રહેલા 5´-મિથાઇલ સમૂહનો યુરેસીલમાં અભાવ હોય છે.

(3) RNA મૂળભૂત રીતે પૉલિન્યૂક્લિયોટાઇડની એક જ શૃંખલા ધરાવે છે. જોકે પૂરક બેઝક્રમ ધરાવતી વિરોધી ધ્રુવીયતાવાળી એકવડી શૃંખલા પાછળની તરફ વળીને ‘હેરપિન’ જેવો આકાર ધારણ કરી દ્વિશૃંખલામય સ્વરૂપ પ્રાપ્ત કરે છે. હેરપિનનું નિર્માણ આંતરઆણ્વીય બેઝની જોડના યુગ્મન (pairing)ને લીધે થાય છે. DNAનો અણુ બેવડી પૉલિન્યૂક્લિયોટાઇડની શૃંખલાઓનો બનેલો હોય છે. બંને શૃંખલાઓ પૂરક બેઝક્રમ વડે પરસ્પર હાઇડ્રોજન બંધ દ્વારા જોડાઈ પરસ્પર પ્રતિસમાંતરે વીંટળાઈ દ્વિકુંતલમય (double helical) રચના બનાવે છે. (આકૃતિ-14)

(4) નબળા આલ્કલી (pHg 100° સે. તાપમાન) વડે RNAનું જલાપઘટન થાય છે અને 2´, 3´ ચક્રીય ડાઇઍસ્ટર ધરાવતી મૉનોરાઇબોટાઇડો બને છે. આમ, RNA આલ્કલી અસ્થાયી (labile) છે. જ્યારે DNA આલ્કલી સ્થાયી (stable) છે, કારણ કે તેમાં 2´ હાઇડ્રૉક્સિલ સમૂહ હોતો નથી.

(5) DNAની જેમ RNAમાં પૂરક બેઝ ગુણોત્તર હોતા નથી. એટલે કે એડેનીનનું પ્રમાણ યુરેસીલ જેટલું અને ગ્વાનીનનું પ્રમાણ સાયટોસીન જેટલું હોતું નથી.

(6) DNA ફૉલ્ગન અભિરંજક દ્વારા અને RNA રાઇબોન્યૂક્લીએઝ ચિકિત્સા તથા અલ્કલરાગી (basophilic) અભિરંજક દ્વારા કોષરાસાયણિક (cytochemical) પ્રક્રિયા દર્શાવે છે.

(7) DNAનું  જલાપઘટન કરતો ઉત્સેચક ડિઑક્સિરાઇબોન્યૂક્લીએઝ (DNase) અને RNAનું જલાપઘટન કરતો ઉત્સેચક રાઇબોન્યૂક્લીએઝ (RNase) છે.

(8) DNA કોષમાં જનીનીય માહિતીની પ્રતિકૃતીકરણ (replication) દ્વારા જાળવણી, આનુવંશિક લક્ષણોની પેઢી દર પેઢી અભિવ્યક્તિ (expression) અને સંચારણનું કાર્ય કરે છે. તે કોષમાં પ્રોટીનસંશ્લેષણ માટે અનુલેખન દ્વારા mRNA ઉત્પન્ન કરે છે. RNA પ્રોટીનસંશ્લેષણ સાથે સંકળાયેલા અણુઓ છે.

(9) અનુકોષકેન્દ્રી કોષમાં DNA મુખ્યત્વે કોષકેન્દ્રમાં અને RNA કોષરસમાં હોય છે.

RNAના પ્રકારો : આદિકોષકેન્દ્રી (prokaryotic) અને અનુકોષકેન્દ્રી (eukaryotic) સજીવોમાં ત્રણ પ્રકારના RNA હોય છે : (1) રાઇબોઝોમલ (r) RNA, (2) વાહક (transfer, t) RNA અને (3) સંદેશક (messenger, m) RNA. પ્રત્યેક પ્રકારના RNA DNA અને પ્રોટીન વચ્ચે મહત્ત્વની રાસાયણિક માહિતીકીય કડીઓ છે. ત્રણે પ્રકારના RNAના અણુઓ એકબીજા સાથે કદ, કાર્ય અને સ્થાયિત્વની દૃષ્ટિએ તફાવતો ધરાવે છે.

RNAના મુખ્ય પ્રકારો, તેમનું પ્રમાણ, અવસાદન આંક (sedimentation coefficient), અણુભાર અને ન્યૂક્લિયૉટાઇડની સંખ્યા સારણી-1માં આપવામાં આવેલ છે.

સારણી 1 : બૅક્ટેરિયમ કોષમાં જોવા મળતા RNAના મુખ્ય પ્રકારો

ક્રમ	પ્રકાર	પ્રમાણ %માં	અવસાદન આંક (સ્વેડબર્ગ એકમમાં)	અણુભાર	ન્યૂક્લિયોટાઇડની સંખ્યા
1	rRNA	80 %	23S	1.2 × 106	3700
			16S	0.55 × 106	1700
			5S	3.6 × 104	120
2.	tRNA	15 %	4S	2.5 × 104	75
3.	mRNA	5 %	6S થી 25S	2.5 × 104-106	75-3000

રાઇબોઝોમલ RNA : RNAનું સૌથી સ્થાયી સ્વરૂપ છે. તે રાઇબોઝોમ નામની અંગિકાઓમાં જોવા મળે છે. તે સૌથી વધારે અણુભાર ધરાવે છે. કોષમાં તેનું કુલ RNAના 80 % જેટલું પ્રમાણ હોય છે. રાઇબોઝોમ પ્રોટીન અને r RNAની બનેલી અંગિકા છે. તેમાં rRNAનું પ્રમાણ 40-60 % જેટલું હોય છે. Escherichia coli નામના બૅક્ટેરિયમમાં r RNAના 23S, 16S અને 5S એમ ત્રણ પ્રકાર પડે છે; જેમનો અણુભાર અનુક્રમે 1.2 × 10⁶, 0.55 × 10⁶ અને 3.⁶ × 10⁴ હોય છે. પ્રત્યેક રાઇબોઝોમમાં આ ત્રણેય પ્રકારના RNAનો એક એક અણુ હોય છે.

આદિકોષકેન્દ્રી રાઇબોઝોમ અને અનુકોષકેન્દ્રીના કણાભસૂત્ર (mitochondrion) અને હરિતકણ (chloroplast)માં રહેલા રાઇબોઝોમમાં 5S-RNA અને 23S-RNA મોટા  ઉપએકમ 50Sમાં અને 16S-RNA નાના ઉપએકમ 30Sમાં આવેલ હોય છે. અનુકોષકેન્દ્રી કોષના રાઇબોઝોમમાં પણ ત્રણ પ્રકારના rRNA હોય છે. તે પૈકી 5S-અને 28S-RNA મોટા ઉપએકમ, 60Sમાં અને 18S-RNA નાના ઉપએકમ, 40Sમાં આવેલા હોય છે.

rRNAમાં G+C નું પ્રમાણ 50 % કરતાં વધારે હોય છે. તેનું પ્રાથમિક બંધારણ એક અશાખિત પૉલિન્યૂક્લિયોટાઇડની શૃંખલાનું બનેલું હોય છે. ઓછી આયનિક સાંદ્રતાએ તે સઘન દંડ સ્વરૂપે હોય છે. તેમાં ભાગ્યે જ કુંતલમય સ્વરૂપ જોવા મળે છે; પરંતુ વધારે આયનિક સાંદ્રતાએ પૂરક બેઝ યુગ્મન અને બહારની બાજુએ પાશ સહિત સઘન કુંતલમય પ્રદેશો ધરાવે છે. પૂરક રચનાઓના ટૂંકા અંતરને કારણે જ્યાં હાઇડ્રોજનના બંધના નિર્માણની શક્યતા રહેલી છે, ત્યાં પાછળની  બાજુએ પાશ બનતાં બહુલક કુંતલમય સ્વરૂપ ધારણ કરે છે.

કાર્ય : rRNA ત્રિપારિમાણિક (three dimensional) આધારદ્રવ્ય પૂરું પાડે છે. પ્રોટીનસંશ્લેષણ સાથે સંકળાયેલા વિવિધ ઉત્સેચકો વ્યવસ્થિત ક્રમમાં તેની સાથે બંધન પામેલા રહે છે.

રાઇબોઝોમની રચનાની જાળવણી ઉપરાંત rRNA પ્રોટીનસંશ્લેષણમાં તેના બેઝ-યુગ્મન ગુણધર્મને કારણે ભાગ લે છે. મોટા ભાગના mRNAના રાઇબોઝોમ બંધનસ્થાને 16S RNAનો 3’ છેડો એક પૂરક શૃંખલા ધરાવે છે. 16S-RNA અને mRNAની આંતરક્રિયા 30S ઉપએકમને mRNAના આરંભિક છેડાને ઓળખવામાં મદદ કરે છે.

તે જ રીતે 5S-RNA બધા જ tRNAમાં રહેલ ખાસ ટેટ્રાન્યૂક્લિયોટાઇડ, TΨCG(Ψ સ્યુડોયુરિડિન દર્શાવે છે.) ની પૂરક શૃંખલા ધરાવે છે, જેને લીધે tRNA રાઇબોઝોમ સાથે બંધન પામી શકે છે.

rRNA કેટલેક અંશે પ્રોટીનસંશ્લેષણ માટે જરૂરી ઉદ્દીપનીય(catalytic) સક્રિયતા પૂરી પાડતા હોવાનું મનાય છે.

વાહક (transfer) કે દ્રાવ્ય (soluble) RNA : tRNA 60 જેટલા પ્રકારના નાના કદ RNAનો સમૂહ છે. તેઓ mRNA પર રહેલા જનીનસંકેત(genetic code)ને ઓળખી શકે છે અને 20 પ્રકારના સક્રિયિત (activated) ઍમિનોઍસિડ માટે ખૂબ આકર્ષણ ધરાવે છે. તેઓ તેમની સાથે સંયોજાઈ તેમનું પ્રોટીનસંશ્લેષણના સ્થાને વહન કરે છે. તેમને અધિપ્લવી (supernatant) અથવા અનુકૂલક (adapter) RNA પણ કહે છે. જીવંત કોષમાં તેનું પ્રમાણ 10-15 % જેટલું હોય છે. tRNAનાં કેટલાંક મહત્ત્વનાં લક્ષણો આ પ્રમાણે છે :

(1) tRNAના અણુઓ 75-80 ન્યૂક્લિયોટાઇડ ધરાવે છે. તેમનો અવસાદન આંક 45 અને અણુભાર લગભગ 25.000 ડાલ્ટન હોય છે. (2) tRNAનો ઘણોખરો ભાગ દ્વિકુંતલમય સ્વરૂપ ધરાવે છે અને તેની રચનામાં સ્યુડોયુરિડીન(y), ઇનોસાઇન (I) હાઇપોઝેન્થિન, ઝેન્થિન અને યુરિક ઍસિડ જેવા કેટલાક વિરલ બેઝ હોય છે. કેટલાક સામાન્ય બેઝમાં મિથાઇલ સમૂહ ઉમેરાયેલો હોય છે. (3) કેટલીક અસામાન્ય ન્યૂક્લિયોટાઇડ અન્ય બેઝ સાથે હાઇડ્રોજન બંધ વડે બંધાતો નથી. તેથી પાશયુક્ત વિભાગો સર્જાય છે, જેમાં tRNAનું દ્વિકુંતલમય બંધારણ વિચ્છિન્ન (interrupted) થયેલું હોય છે. તેથી તેના આકાર‘ત્રિપત્ર’(clover) જેવો બનતો હોવાથી તેને ‘ત્રિપત્ર’ મૉડલ કહે છે. (4) બધા જ પ્રકારના tRNA 4 પાશ અને 3’ છેડા તરફ ત્રણ ન્યક્લિયોટાઇડ, CCAની બનેલી ખુલ્લી અયુગ્મ શૃંખલા ધરાવે છે. આ છેડે આવેલ એડેનીન ન્યૂક્લિયોટાઇડની રાઇબોઝ શર્કરામાં આવેલ હાઇડ્રૉક્સિલ (OH) સમૂહો પૈકી એક ‘ગ્રાહી’ (acceptor) બિંદુ તરીકે વર્તે છે; જ્યાં કોઈ એક ઍમિનોઍસિડ સહસંયોજક(covalent) બંધ વડે ઉત્સેચકની મદદથી જોડાય છે. (5) તેના ચાર પાશ કે સ્તંભ (stem) આ પ્રમાણે છે : (i) ગ્રાહી સ્તંભ, (ii) TyC સ્તંભ, (iii) પ્રતિસંકેત (anticodon) સ્તંભ અને (4) DHU (dihydrouracil) સ્તંભ. આ ઉપરાંત, કેટલાક tRNAમાં વધારાનો વૈકલ્પિક કે ભિન્નતાદર્શી (variable) સ્તંભ આવેલો હોય છે. (6) DHU પાશ નિશ્ચિત ઍમિનોઍસિડને tRNA સાથે જોડતા ઉત્સેચકનું પરખસ્થાન છે. (7) પ્રતિસંકેતસ્તંભને છેડે આવેલા ત્રણ અયુગ્મ નાઇટ્રોજન બેઝને પ્રતિસંકેત કહે છે. તે mRNA પર આવેલા ત્રિઅક્ષરી (triplet) જનીનસંકેતની પૂરક શૃંખલા છે. પ્રતિસંકેત ખુલ્લો રહેતો હોય છે. (8) tRNAમાં આવેલ TyCG શૃંખલા રાઇબોઝોમમાં આવેલ 5S-RNAની ખાસ ટેટ્રાન્યૂક્લિયોટાઇડ સાથે પૂરક હોવાથી tRNA રાઇબોઝોમ સાથે જોડાય છે. (9) tRNAના 5´ છેડે હંમેશાં ગ્વાનીનની ન્યૂક્લિયોટાઇડ હોય છે. તે ફૉસ્ફોરિલીકૃત (phosphorylated) હોય છે.

કાર્ય : કોષરસમાં 20 જેટલા પ્રકારના ઍમિનોઍસિડ હોય છે. પ્રત્યેક પ્રકારના ઍમિનોઍસિડનું રાઇબોઝોમ તરફ વહન કરવા માટે ખાસ પ્રકારનો tRNA હોય છે; જે તેની (ઍમિનોઍસિડ) સાથે સંયોજાઈ, તે ઍમિનોઍસિડનું રાઇબોઝોમની સપાટીએ જોડાયેલ mRNA તરફ વહન કરે છે અને જનીનસંકેત તથા પ્રતિસંકેતને અનુરૂપ એવી રીતે ગોઠવણી કરે છેે; જેથી પુરોગામી tRNA દ્વારા લાવવામાં આવેલ ઍમિનોઍસિડના ગાઢ સામીપ્યમાં આ નવો ઍમિનોઍસિડ ગોઠવાઈ પૅપ્ટાઇડ બંધ વડે જોડાઈ શકે છે.

સંદેશક (messenger) RNA : mRNAનું સંશ્લેષણ કોષકેન્દ્રમાં DNA પરથી પૂરક શૃંખલા તરીકે થાય છે. તે રંગસૂત્રીય DNA પરથી જનીનીય માહિતીનું કોષરસમાં વહન કરે છે અને પ્રોટીન માટે સંકેતન (coding) કરે છે. તેથી જેકબ અને મોનોએ (1961)માં તેનું સંદેશક RNA (mRNA) નામ આપ્યું. કોષમાં કુલ RNAના 35 % જેટલું હોય છે.

તે પ્રોટીન સંશ્લેષણ માટે પ્રતિકૃતિ (template) તરીકે કાર્ય કરે છે. કોષકેન્દ્રમાં RNA પૉલિમરેઝ II દ્વારા પ્રોટીનનું સંકેતન કરતાં જનીનોનું અનુલેખન (transcription) થવાથી તેઓ ઉત્પન્ન થાય છે. શરૂઆતમાં mRNAનું અનુલેખન પૂર્વગ (precursor) તરીકે થાય છે. તેને pre mRNA અથવા hn(heterogenous  વિષમજાત) RNA કહે છે. pre mRNA mRNAના અણુઓ કરતાં ઘણા મોટા હોય છે, Pre mRNAનો અણુભાર 107 ડાલ્ટન કરતાં વધારે હોય છે. જ્યારે mRNAનો અણુભાર 2 x 106 ડાલ્ટન કરતાં ઓછો હોય છે. સસ્તનોમાં મોટા ભાગના mRNA 400-4000 ન્યૂક્લિયોટાઇડ અને pre mRNA 5000થી 50,000 જેટલી ન્યૂક્લિયોટાઇડ ધરાવે છે.

pre mRNAમાં બે પ્રકારની શૃંખલાઓ હોય છે : (1) સંકેતન(coding) શૃંખલાઓ, જે પ્રોટીનસંશ્લેષણમાં ભાગ લે છે. તેમને ઍક્સૉન (exon) શૃંખલાઓ કહે છે. (2) વિસંકેતન (non-coding) શૃંખલાઓ  તેઓ પ્રોટીનસંશ્લેષણમાં ભાગ લેતી નથી. તેમને ઇન્ટ્રૉન (intron) શૃંખલાઓ કહે છે.

આ ઇન્ટ્રૉન શૃંખલાઓને સમબંધન(splicing)ની ક્રિયા દ્વારા દૂર કરવામાં આવે છે; અને pre mRNAમાં રહેલી બધી ઍક્સૉનની શૃંખલાઓને ઉત્સેચકની મદદથી જોડવામાં આવે છે. હવે અનુકોષકેન્દ્રીય mRNAના 5´ છેડે આચ્છદન(capping)ની ક્રિયા થાય છે. આ છેડે એક રૂપાંતરિત ન્યૂક્લિયોટાઇડ, 7-મિથાઇલ ગ્વાનોસાઇન અવશેષનો 5´ છેડે રહેલ ટ્રાઇફૉસ્ફેટ સમૂહ સાથે ઉમેરો થાય છે અને તે પ્રથમ ન્યૂક્લિયોટાઇડ સાથે જોડાય છે. આ રૂપાંતરને આચ્છદન કહે છે. તેથી mRNAનું ઍક્સોન્યૂક્લિયેઝ ઉત્સેચક દ્વારા થતા વિઘટનથી રક્ષણ થાય છે.

મોટા ભાગના અનુકોષકેન્દ્રી mRNAના 3´ છેડે પૉલિ Aનો ઉમેરો કરવામાં આવે છે. તેને પૉલિએડેનીલેશન કહે છે. આ ક્રિયાને લીધે 3’ છેડે ઍક્સોન્યૂક્લિયેઝ દ્વારા થતા વિઘટન  સામે રક્ષણ મળે છે. mRNA પર આવેલા ન્યૂક્લિયોટાઇડના ક્રમને જનીન સંકેત કહે છે.

હવે આ mRNA કોષકેન્દ્રમાંથી કોષરસમાં પ્રસરણ પામી ઘણા રાઇબોઝોમ સાથે સંકળાઈ પ્રોટીનસંશ્લેષણની ક્રિયામાં ભાગ લે છે. તે પ્રોટીનસંશ્લેષણ દરમિયાન વિવિધ ઍમિનોઍસિડોને નિશ્ચિત ક્રમમાં ગોઠવે છે. આ પ્રક્રિયાને લિપ્યંતર કે અર્થઘટન (translation) કહે છે.

રાઇબોઝાઇમ : 1982 પહેલાં એવું મનાતું હતું કે માત્ર પ્રોટીનના અણુઓ ઉત્સેચકીય પ્રક્રિયા કરી શકે છે. સૂક્ષ્મજીવો ઉપર સંશોધન કરતા વિજ્ઞાનીઓએ વિશિષ્ટ પ્રકારનો RNA શોધ્યો છે. તેને રાઇબોઝાઇમ કહે છે. પ્રોટીનયુક્ત ઉત્સેચકોની જેમ તેઓ ઉદ્દીપક તરીકે કાર્ય કરે છે. તેઓ સક્રિય સ્થાનો ધરાવે છે, જે પ્રક્રિયક સાથે બંધન પામે છે, અને રાસાયણિક પ્રક્રિયાને અંતે મૂળ સ્વરૂપે પ્રાપ્ત થાય છે. તેઓ RNAની શૃંખલાઓ પર ક્રિયા કરે છે. અને કેટલાક વિભાગોને દૂર કરી બાકીના ખંડોનું સમબંધન કરે છે. આ સંદર્ભમાં રાઇબોઝાઇમનું કાર્ય સામાન્ય ઉત્સેચક કરતાં ઘણું મર્યાદિત છે.

જનીનીય (genetic) RNA : રીટ્રોવાઇરિડી કુળના વાઇરસ જનીનીય દ્રવ્ય તરીકે RNA ધરાવે છે. HIV (human immunodeficiency virus)  અને ઑન્કોવાઇરસ (કૅન્સર કરતા વાઇરસ) રીટ્રોવાઇરિડી કુળના વાઇરસ છે. HIV વાઇરસ AIDS (Acquired Immunodeficiency syndrome) ના રોગ માટે જવાબદાર વાઇરસ છે.

આ વાઇરલ RNA mRNA તરીકે વર્તે છે. આ વાઇરસમાં તેનો પોતાનો પૉલિમરેઝ હોય છે. તે RNA આધારિત DNA પૉલિમરેઝ છે. તેને રિવર્સ ટ્રાન્સ્કિપ્ટેઝ કહે  છે, કારણ કે તે RNA → DNAની ક્રિયાનું ઉદ્દીપન કરે છે; જે જાણીતી DNA → RNAની  ક્રિયાથી ઊલટા ક્રમમાં થતી હોવાથી ઉત્સેચક્ધો રિવર્સ ટ્રાન્સ્ક્રિપ્ટેઝ અને આ ક્રિયાને વિપરીત અનુલેખન (reverse transcription) કહે છે.

રિવર્સ ટ્રાન્સ્ક્રિપ્ટેઝ વાઇરસના RNAનો ઉપયોગ કરી DNAની પૂરક શૃંખલાનું સંશ્લેષણ કરે છે. આ DNAની શૃંખલાનું પ્રતિકૃતીકરણ દ્વારા દ્વિ-શૃંખલિત DNAનું સર્જન થાય છે. સંપૂર્ણ વાઇરસના નિર્માણ માટે આ DNAનું અનુલેખન થાય છે અને તેથી ઉદભવતો RNA વાઇરસ પ્રોટીનસંશ્લેષણ માટે mRNA તરીકે વર્તે છે.

જોકે અનુલેખન થાય તે પહેલાં વાઇરલ DNA યજમાન કોષના રંગસૂત્રના DNA સાથે સંકલિત થાય છે. આ સંકલિત DNAને પ્રોવાઇરસ કહે છે. આ પ્રોવાઈરસને યજમાન પ્રતિરક્ષાતંત્ર (immune system) અને વાઇરલરોધી (antiviral) ઔષધથી રક્ષણ મળે છે.

કેન્દ્રસ્થ સિદ્ધાંત (central dogma) : આ સિદ્ધાંત મુજબ, જનીનીય માહિતીનું વહન (1) એક પેઢીમાંથી બીજી પેઢીમાં તેના સંચારણ (transmission) દરમિયાન DNA → DNA (પ્રતિકૃતીકરણ) થાય છે; અને (2) સજીવમાં સ્વરૂપપ્રકાર-(phenotype)ની અભિવ્યક્તિ દરમિયાન DNAમાંથી RNA અને RNA દ્વારા પ્રોટીનસંશ્લેષણ થાય છે. HIV અને કૅન્સરવાઇરસ અપવાદરૂપ છે, જ્યાં જનીનીય માહિતીનું પ્રોવાઇરસમાં RNAમાંથી DNA સ્વરૂપે વહન થાય છે. સામાન્યત: જનીનીય માહિતીનું વહન DNAમાં RNA અને RNA દ્વારા પ્રોટીનસંશ્લેષણ તરફ થાય છે. DNAમાંથી RNA તરફ જનીનીય માહિતીના થતા વહનને અનુલેખન અને RNA તરફથી પ્રોટીન તરફ જનીનીય માહિતીના થતા વહનને લિપ્યંતર કે અર્થઘટન (translation) કહે છે. આ સમગ્ર સિદ્ધાંતને નીચે મુજબ દર્શાવી શકાય :

DNAનું પ્રતિકૃતીકરણ : સજીવોમાં વંશવૃદ્ધિ પ્રજનન દ્વારા થાય છે. બૅક્ટેરિયામાં આ ક્રિયા દ્વિભાજન દ્વારા અને ઉચ્ચ કક્ષાના સજીવોમાં લિંગીપ્રજનન દ્વારા થાય છે. પ્રજનન દરમિયાન પિતૃઓમાંથી તેમની સંતતિઓમાં જનીનીય માહિતીનું અત્યંત ચોકસાઈપૂર્વક સંચારણ થાય છે. જનીનીય માહિતીનો DNA સ્વરૂપે સંચય થયો હોવાથી DNAનું પ્રતિકૃતીકરણ સમગ્ર જીવવિજ્ઞાનના કેન્દ્રમાં છે.

DNAનું અર્ધસંરક્ષી (semiconservative) પ્રતિકૃતીકરણ : વૉટ્સન અને ક્રિકે DNAના દ્વિકુંતલમય મૉડલમાં પૂરક બેઝ-યુગ્મન સૂચવ્યું હતું. તેઓની માન્યતા હતી કે બેઝ-યુગ્મનની લાક્ષણિકતા DNAના પ્રતિકૃતીકરણ માટેની ક્રિયાવિધિ(mechanism)નો આધાર પૂરો પાડે છે. જો દ્વિકુંતલની પૂરક શૃંખલાઓ પ્રત્યેક બેઝ-યુગ્મના હાઇડ્રોજન બંધને તોડીને જુદી પાડવામાં આવે તો પ્રત્યેક પૈતૃક શૃંખલા નવી પૂરક શૃંખલાના સર્જન માટે દોરવણી આપી શકે છે. આમ, પ્રત્યેક પૈતૃક શૃંખલા નવી પૂરક શૃંખલા માટે પ્રતિકૃતિ (template) તરીકે વર્તે છે. જેમ કે, પૈતૃક શૃંખલામાં આવેલ થાયમિન પ્રતિકૃતિ તરીકે વર્તી તેના હાઇડ્રોજન દ્વારા નવજાત પૂરક શૃંખલામાં કોષકેન્દ્રમાં રહેલા ન્યુક્લિયોટાઇડના સ્રોતમાંથી એડીનાઇનનું સ્થાપન કરે છે. DNAની પ્રતિકૃતીકરણની આ ક્રિયાવિધિને અર્ધસંરક્ષી પ્રતિકૃતીકરણ કહે છે; કારણ કે આ પ્રક્રિયા દરમિયાન પૈતૃક દ્વિકુંતલની પૂરક શૃંખલાઓ પૈકી એક સંરક્ષિત અથવા દ્વિકુંતલ અર્ધસંરક્ષિત હોય છે.

પ્રતિકૃતીકરણની ક્રિયાવિધિ (mechanism) : DNA પ્રતિકૃતીકરણની પ્રક્રિયા અત્યંત જટિલ હોય છે. આ પ્રક્રિયા બહુ ઉત્સેચકીય સંકુલ (multienzyme complex) દ્વારા થાય છે. તેને પ્રતિકૃતીકરણ સાધન (replication apparatus) કે પ્રતિકૃતીકરણકાય (replisome) કહે છે. DNAના પ્રતિકૃતીકરણ સાથે અનેક પ્રકારનાં પ્રોટીનો સંકળાયેલાં હોય છે. Escherichia coliમાં પ્રતિકૃતીકરણ સાધન ઓછામાં ઓછી 24 જેટલી વિવિધ પ્રકારની જનીનીય નીપજો (genetic products) ધરાવે છે.

સૌપ્રથમ પૈતૃક DNAના દ્વિકુંતલની પૂરક શૃંખલાઓ ખુલ્લી થઈ અલગ થાય છે. દરેક પૂરક શૃંખલા નવી શૃંખલાના સર્જન માટે પ્રતિકૃતિ તરીકે વર્તે છે. પ્રતિકૃતીકરણ ચીપિયા(replication fork)ની અગ્રછેડેથી ખૂલવાની ક્રિયા અને ક્રમશ: આગળ વધવાની ક્રિયા ક્ષણિક (transient) હોય છે. આ ક્રિયા રંગસૂત્રની લંબાઈને અનુલક્ષીને થાય છે. DNAની બંને શૃંખલાઓને ખુલ્લી કરવા માટે ત્રણ વિવિધ પ્રકારનાં પ્રોટીનો ફાળો આપે છે.

(1) DNAનો વળ ખોલતાં પ્રોટીનો કે DNS હૅલિકેઝ : તેઓ DNAની દ્વિકુંતલમય રચનામાં આવેલી બંને શૃંખલાઓને ખોલવાની ક્રિયાનું ઉદ્દીપન કરે છે. E. coliમાં બે પ્રકારના હૅલિકેઝ આવેલા હોય છે. એક હૅલિકેઝ rep જનીનની નીપજ છે અને તે પ્રતિકૃતીકરણ ચીપિયાની ગતિની દિશામાં 3´થી 5´ ધ્રુવીયતા ધરાવતી શૃંખલાના અલગીકરણને ઉત્તેજે છે. બીજો હૅલિકેઝ ચીપિયાની ગતિની દિશામાં 5´ થી 3´ ધ્રુવીયતા ધરાવતી શૃંખલા સાથે બંધન પામી તેને મુક્ત કરે છે. પ્રતિકૃતીકરણની ક્રિયા બંને દિશામાં આગળ વધતી હોવાથી આવા પ્રતિકૃતીકરણને દ્વિદિશીય (bidirectional) કહે છે.

(2) DNA એકલ શૃંખલાને બાંધતાં પ્રોટીનો (DNA single strand binding proteins = SSBPs) : આ પ્રોટીનો હૅલિકેઝની પ્રક્રિયા દ્વારા ઉદ્ભવતા DNAના એકસૂત્રી પ્રદેશો સાથે સખત રીતે બંધાય છે અને બહુલીકરણ માટે વિસ્તરિત એકસૂત્રી પ્રતિકૃતિઓના સ્થાયીકરણમાં મદદ કરે છે. SSBPs DNA સાથે ચતુષ્ટય (tetramer) સ્વરૂપે બંધાય છે. તેમનું બંધન સહકારાત્મકતા (cooperativity) દર્શાવે છે. એક ચતુષ્ટયનું બંધન એકસૂત્રી DNAના ખંડોની પાસે આવેલ વધારાના ચતુષ્ટયોના બંધનને પ્રેરે છે. એકસૂત્રી DNA સાથે SSBP બંધાતાં DNA તેનું વિસ્તરિત સ્વરૂપ જાળવી શકે છે અને તેની ઉપર વિપરીત દિશામાં થતી ગડીકરણ(folding)ની ક્રિયા અટકે છે. આ એકસૂત્રી DNA અસંકુલિત (uncomplexed) એકસૂત્રી DNA કરતાં 100ગણું વધારે ઝડપી પ્રતિકૃતીકરણ પ્રેરે છે. અસંકુલિત એકસૂત્રી DNA દ્વિતીયક રચનાઓનું સર્જન કરે છે. તેથી DNA પૉલિમરેઝ અને પ્રતિકૃતીકરણ સંકુલના અન્ય ઘટકોની ગતિ અવરોધાય છે.

(3) DNA ગાયરેઝ : તે DNAમાં નકારાત્મક અતિકુંડલન(supercoiling)ને પ્રેરે છે. આ ક્રિયા પ્રતિકૃતીકરણ માટે અનિવાર્ય છે. તે DNAના દ્વિકુંતલને ખોલવામાં પ્રેરક બળ તરીકે કાર્ય કરે છે. હૅલિકેઝ દ્વિકુંતલના વળ ખોલે છે ત્યારે પ્રતિકૃતીકરણ ચીપિયાની સામે એકત્રિત થતા DNAના ગૂંચળાને દૂર કરવાનું કાર્ય DNA ગાયરેઝ કરે છે. તે પ્રતિકૃતીકરણ પૂર્વે અને પછી DNAsને યોગ્ય સાંસ્થિતિક (topological) રચનામાં રાખે છે.

નવજાત DNAની શૃંખલાઓના સર્જનનો આરંભ RNA પ્રારંભકો(primers)ની મદદથી થાય છે. તેઓ RNAની ટૂંકી અને પૂરક શૃંખલાઓ છે. RNA પ્રારંભકોના સંશ્લેષણનું ઉદ્દીપન પ્રાઇમેઝ નામના ઉત્સેચકોના વિશિષ્ટ વર્ગ દ્વારા થાય છે. પ્રાઇમેઝની સક્રિયતા માટે પ્રાઇમેઝ અને ઓછામાં ઓછાં છ પ્રોટીન (i, n, n´, n´´ અને જનીન danB અને dnaCની નીપજો) વડે સંકુલ રચાય છે. આ સંકુલને પ્રારંભકાય (primosome) કહે છે.

પ્રારંભકાય અગ્રેસર (heading) શૃંખલા (5´થી 3´ દિશામાં સતત વિસ્તરણ કરતી શૃંખલા) માટે RNA પ્રારંભકોના સર્જનનો આરંભ કરે છે અને વિલંબિત (lagging) શૃંખલા (3´થી 5´ પરંતુ આણ્વિક કક્ષાએ 5´-3´ દિશામાં આ શૃંખલાનું ત્રુટક સંશ્લેષણ થાય છે.) પર પુનરાવર્તિત રીતે ઓકાઝાકી ખંડો(Okazaki fragments)ના સંશ્લેષણ માટે RNA પ્રારંભકોનું સર્જન કરે છે.

1. coliમાં પ્રારંભિત (primed) DNAની શૃંખલાઓનું વિસ્તરણ DNA પૉલિમરેઝ III દ્વારા થાય છે. તે સાત જુદી જુદી પૉલિપેપ્ટાઇડોનો બનેલો જટિલ ઉત્સેચક છે અને પ્રતિકૃતીકરણની ક્રિયા યોગ્ય રીતે થઈ શકે તે માટે બધી જ પૉલિપેપ્ટાઇડની હાજરી અનિવાર્ય હોય છે. DNA પૉલિમરેઝ IIIની α પૉલિપૅપ્ટાઇડ ઉપર 5´થી 3´ પૉલિમરેઝ સક્રિયતા અને 3´થી 5´ સક્રિયતા ∈ પૉલિપૅપ્ટાઇડ ઉપર હોય છે.

DNA પર પ્રારંભક RNAની ગોઠવણી થયા પછી DNA પૉલિમરેઝ III તેનું વિસ્તરણ કરે છે. ડિઑક્સિરાઇબોન્યક્લિયોટાઇડોના સ્રોતમાંથી પ્રતિકૃતિક DNAની શૃંખલાની સામે પૂરક ડિઑક્સિરાઇબોન્યૂક્લિયોેટાઇડની તે ક્રમિક ગોઠવણી કરે છે. પ્રતિકૃતીકરણ ચીપિયા પાસે DNA પૉલિમરેઝ IIIની ક્રિયા પછી DNA પૉલિમરેઝ-I RNA પ્રારંભકોને ખસેડી તેને સ્થાને પૂરક ડિઑક્સિરાઇબોન્યૂક્લિયોટાઇડોને ગોઠવે છે. DNA લાઇગેઝ ખુલ્લી રહેલી DNAની શૃંખલાને ફૉસ્ફોડાઇઍસ્ટર બંધો વડે જોડી બંધ કરવાનું કાર્ય કરે છે. આમ, DNAની પ્રતિકૃતિ જેવા બે નવા DNAના અણુઓનું નિર્માણ થાય છે.

સુકોષકેન્દ્રી પ્રતિકૃતીકરણ સાધનના–ઘટકો : જોકે સુકોષકેન્દ્રી પ્રતિકૃતીકરણ-સાધન વિશે ઘણી સીમિત માહિતી ઉપલબ્ધ હોવા છતાં સુકોષકેન્દ્રી અને આદિકોષકેન્દ્રી વચ્ચે તફાવતો સ્પષ્ટપણે જોવા મળે છે. કેટલાક સુકોષકેન્દ્રીઓમાં ચાર જુદા જુદા પ્રકારના DNA પૉલિમરેઝ શોધાયા છે : DNA પૉલિમરેઝ α, DNA પૉલિમરેઝ β, DNA પૉલિમરેઝ δ અને DNA પૉલિમરેઝ ϒ. DNA પૉલિમરેઝ α, β અને δ કોષકેન્દ્રમાં અને DNA પૉલિમરેઝ g કણાભસૂત્ર (mitochondrion) અને હરિતકણ (chloroplast) જેવી કોષરસમાં આવેલી અંગિકાઓમાં જોવા મળે છે. આમ, DNA પૉલિમરેઝ g કણાભસૂત્ર અને હરિતકણમાં DNAના પ્રતિકૃતીકરણમાં ભાગ લેતો હોવાની સંભાવના છે. આ અંગિકાઓમાં બીજા પણ DNA પૉલિમરેઝ હોઈ શકે છે.

ઘણાં વર્ષોથી એવું મનાતું હતું કે રંગસૂત્રીય DNAનું પ્રતિકૃતીકરણ DNA પૉલિમરેઝ α દ્વારા થાય છે. પરંતુ હવે તે સ્પષ્ટ થયું છે કે DNA પૉલિમરેઝ α અને DNA પૉલિમરેઝ δ બંને કોષકેન્દ્રમાં થતા પ્રતિકૃતીકરણ માટે અનિવાર્ય છે. DNA પૉલિમરેઝ βના કાર્ય વિશે સમજૂતી પ્રાપ્ત થઈ નથી.

સુકોષકેન્દ્રીઓમાં DNA સંશ્લેષણની માહિતી પાત્રે (in vitro) DNA પ્રતિકૃતીકરણતંત્ર દ્વારા પ્રાપ્ત થઈ છે. સુકોષકેન્દ્રીઓને ચેપ લગાડતા DNA વાઇરસના પ્રતિકૃતીકરણનો અભ્યાસ થયો છે. સિમિયન વાઇરસ 40(SV40)ના DNAની પ્રતિકૃતીકરણની ક્રિયા પોષિતા કોષોમાં થાય છે અને તે માટે પ્રતિકૃતીકરણ-સાધન વાઇરલ પ્રોટીન, T-પ્રતિજન(T-antigen)ની હાજરીમાં સક્રિય બને છે. SV40 DNAના પ્રતિકૃતીકરણ માટે પોષિતા કોષના DNA પૉલિમરેઝ α અને δ જરૂરી હોય છે. DNA પૉલિમરેઝ α E. coliના DNA પૉલિમરેઝ III જેવો જ લગભગ હોય છે. તે બહુલકી (polymeric) બંધારણ ધરાવે છે. તેના બે ઉપઘટકો પ્રાઇમેઝની સક્રિયતા ધરાવે છે.

DNA પૉલિમરેઝ δમાં પ્રાઇમેઝ-સક્રિયતા હોતી નથી. તે અગ્રેસર શૃંખલાના બહુલકીકરણ (polymerization) સાથે સંકળાયેલો ઉત્સેચક છે. પ્રતિકૃતીકરણ ચીપિયાના અગ્ર છેડે DNAની બંને શૃંખલાને ખોલવાનું કાર્ય હૅલિકેઝ નામનો ઉત્સેચક કરે છે. પ્રતિકૃતીકરણ-કારકો (replication factors) તરીકે ઓળખાતા કેટલાક પ્રોટીનો(RF-A, RF-B, RF-C વગેરે)ની શોધ થઈ છે; પરંતુ તેમનાં કાર્યો વિશેની માહિતી સ્પષ્ટ થઈ નથી.

વિપુલોદભવી કોષકેન્દ્રીય પ્રતિજન (proliferating cell nuclear antigen, PCNA) તરીકે એક વિશિષ્ટ પ્રોટીન DNA પૉલિમરેઝ dના સહકારક (cofactor) તરીકે કાર્ય કરે છે. તેની હાજરીમાં પ્રતિકૃતીકરણની પ્રક્રિયાનો દર ઘણો ઉત્તેજાય છે. સુકોષકેન્દ્રી DNAના પ્રતિકૃતીકરણની ક્રિયાને મદદ કરતાં સહાયક પ્રોટીનોની ઓળખ હજુ બાકી રહે છે. પ્રૂફવાચન(proof reading)ની સક્રિયતામાં ભાગ ભજવતા પ્રોટીન વિશે પણ માહિતી ઉપલબ્ધ નથી.

સુકોષકેન્દ્રીઓ DNA પ્રતિકૃતીકરણની સમજૂતી પાત્રે શોધાયેલ છે. સુકોષકેન્દ્રી કોષમાં DNA પ્રતિકૃતીકરણની સંપૂર્ણ સમજૂતી હજુ પ્રાપ્ત થઈ નથી. ઉચ્ચ કક્ષાની વનસ્પતિઓ અને પ્રાણીઓમાં DNAના પ્રતિકૃતીકરણનું નિયમન કરતા સંકેતોની ઓળખ સૌથી મોટો પડકાર છે.

પ્રોટીનસંશ્લેષણ : સજીવના સ્વરૂપપ્રકાર(phenotype)ની અભિવ્યક્તિ પ્રોટીન દ્વારા થાય છે. તેને માટે DNA પરથી જનીનીય માહિતીનું સ્થાનાંતર RNAમાં થાય છે. આ RNA કોષકેન્દ્રમાંથી કોષરસમાં પ્રસરણ પામી રાઇબોઝોમની સપાટી ઉપર પ્રોટીનનું નિર્માણ કરે છે. આ ક્રિયાને પ્રોટીનસંશ્લેષણ કહે છે. આ પ્રોટીન-સંશ્લેષણના મુખ્ય બે તબક્કાઓ છે : પ્રત્યાંકન કે અનુલેખન (transcription) અને અર્થઘટન કે લિપ્યંતર (translation).

(1) અનુલેખન : સુકોષકેન્દ્રીય સજીવોમાં કોષકેન્દ્રમાં રંગસૂત્રીય જનીનો આવેલાં હોય છે. તેઓ DNA ધરાવે છે. પ્રોટીનસંશ્લેષણની ક્રિયા કોષરસમાં થતી હોવાથી DNA સીધેસીધો પ્રોટીનસંશ્લેષણ માટે પ્રતિકૃતિ તરીકે વર્તી શકે નહિ, એટલે DNAની એક શૃંખલા પ્રતિકૃતિ તરીકે કાર્ય કરી RNAની પૂરક શૃંખલાનું સર્જન કરે છે. DNAની તે શૃંખલાને સંવેદ (sense) શૃંખલા અને RNAની પૂરક શૃંખલાને પૂર્વ-સંદેશક (premessenger, Pre m) RNA કે વિષમજાત (heterogenous, hn) RNA પણ કહે છે. pre- mRNAનું અર્થઘટન થતાં પહેલાં પ્રક્રમણ (procssing) થવું અનિવાર્ય હોય છે. કારણ કે pre-mRNA કોષકેન્દ્રપટલમાંથી પસાર થઈ શકતો નથી. DNAની સંવેદ શૃંખલા પર થતી RNAના નિર્માણની ક્રિયાને અનુલેખન કહે છે. સામાન્યત: જનીનીય DNAની એક જ શૃંખલા પર અનુલેખનની ક્રિયા થાય છે. DNAની સંવેદ-શૃંખલાની સામે આવેલી પૂરક શૃંખલાને ‘પ્રતિસંવેદ’(antisense)-શૃંખલા કહે છે.

DNA આધારિત RNA પૉલિમરેઝ ઉત્સેચક અનુલેખનની પ્રક્રિયાનું નિયમન કરે છે. E. coliના RNA પૉલિમરેઝના બંધારણમાં 6 પૉલિપેપ્ટાઇડ (2α, β, β¹, ω અને σ) ભાગ લે છે. σ પૉલિપેપ્ટાઇડ અનુલેખનના પ્રારંભ સાથે સંકળાયેલી છે. તે ઉદ્દીપનનું કાર્ય કરતી નથી. ઉત્સેચકની બાકીની પૉલિપેપ્ટાઇડ RNAની શૃંખલાના દીર્ઘીકરણ(elongation)ની ક્રિયાનું ઉદ્દીપન કરે છે. તેને મધ્યવર્તી (core) ઉત્સેચક કહે છે. σ પૉલિપેપ્ટાઇડ DNAના સાચા અભિવર્ધક (promoter) સ્થાનને પારખી તેની સાથે RNA પૉલિમરેઝને બાંધવાનું કાર્ય કરે છે.

સુકોષકેન્દ્રીઓમાં ત્રણ પ્રકારના RNA પૉલિમરેઝ (I, II અને III) જોવા મળે છે. RNA પૉલિમરેઝ I કોષકેન્દ્રિકામાં આવેલો હોય છે. તે રાઇબોઝોમીય RNA(r-RNA)ના સંશ્લેષણની પ્રક્રિયાનું નિયમન કરે છે. RNA પૉલિમરેઝ II અને III કોષકેન્દ્રરસમાં આવેલા હોય છે. RNA પૉલિમરેઝ III ટૂંકા કોષકેન્દ્રીય RNA અને વાહક (transfer) RNA(t. RNA)નું તથા RNA પૉલિમરેઝ II મોટા ભાગના બંધારણીય જનીનોનું અનુલેખન કરે છે.

RNA સંશ્લેષણ : (1) પ્રત્યેક જનીન કે જનીનસમૂહ વિશિષ્ટ અભિવર્ધક પ્રદેશ ધરાવે છે. તે પછીના જનીનના પ્રદેશનું અનુલેખન થાય છે. દરેક જનીન પ્રારંભ (initiation) અને છેલ્લે સમાપન (termination) પ્રદેશ ધરાવે છે; જ્યાં અનુલેખનનો અંત આવે છે. RNA પૉલિમરેઝ DNAના અભિવર્ધક સ્થાનેથી વળ ખોલે છે. DNAની માત્ર પ્રતિકૃતિ-શૃંખલાનો RNA પૉલિમરેઝ દ્વારા RNA સંશ્લેષણમાં ઉપયોગ થાય છે. આ શૃંખલા 3´ થી 5´ દિશામાં સરકે છે. જોકે l અને T4 જેવા સરળ વાઇરસમાં ભાગ્યે જ છતાં તે જ પ્રદેશની DNAની બંને શૃંખલાઓ પણ અનુલેખનની ક્રિયામાં ભાગ લઈ શકે છે. DNAની એક શૃંખલા એક જનીન તરીકે વર્તે તો તે DNAના બીજે સ્થાને આવેલી સામેની પૂરક શૃંખલા પણ અનુલેખનની ક્રિયા કરી શકે છે. DNAના અણુની બંને શૃંખલાઓ વિરુદ્ધ ધ્રુવીયતા ધરાવતી હોવાથી અનુલેખનની ક્રિયા DNAના અણુ પર એક સાથે સામસામેની દિશામાં થઈ શકે છે.

(2) ખુલ્લી થયેલી DNAની શૃંખલા પર RNA પૉલિમરેઝ 3´થી 5´ દિશામાં ખસે છે; ત્યારે DNAની પ્રતિકૃતિ શૃંખલા પર આવેલી ન્યૂક્લિયોટાઇડોની પૂરક રાઇબોન્યૂક્લિયોટાઇડોની ગોઠવણી કોષકેન્દ્રમાં આવેલા ન્યૂક્લિયોટાઇડોના સ્રોતમાંથી કરે છે. આ ક્રિયા DNAના પ્રતિકૃતીકરણની જેમ થાય છે, પરંતુ અહીં એકસૂત્રી Pre-mRNAનું સંશ્લેષણ થાય છે, જેમાં રાઇબોન્યૂક્લિયોટાઇડોની ગોઠવણીનો ક્રમ 5´થી 3´ની દિશામાં હોય છે.

(3) અનુલેખનની ક્રિયા જ્યાં સુધી RNA પૉલિમરેઝ સમાપન સ્થાને ન પહોંચે ત્યાં સુધી ચાલુ રહે છે. સમાપન સ્થાનેથી Pre- mRNAની અનુલિપિ મુક્ત થાય છે. અનુલેખનની પ્રક્રિયાનો અંત DNA પર આવેલી વિશિષ્ટ સમાપન-શૃંખલાઓ દ્વારા થાય છે. મોટા ભાગના આદિકોષકેન્દ્રીઓમાં Pre-mRNAનો અંત 5´-UUUUUUUA-3´ સ્થાનેથી થાય છે. તેથી DNAની પ્રતિકૃતિ શૃંખલા પર 3´-AAAAAAAT-5´ હોય તો તે સ્થાનેથી RNA મુક્ત થાય છે. સુકોષકેન્દ્રીઓમાં UAA, UAG અને UGA સમાપન-શૃંખલાઓ છે. કેટલાક સમાપન-સંકેતોની સાથે rho પ્રોટીનની હાજરી જરૂરી હોય છે. અનુલેખનની પ્રક્રિયા પૂર્ણ થતાં અનુલેખિત (transcribed) DNA પુન:કુંડલન દ્વારા મૂળ સ્વરૂપ પ્રાપ્ત કરે છે. tRNA અને rRNAનું સંશ્લેષણ પણ આ પદ્ધતિએ થાય છે.

તે પછી pre-mRNAનું પ્રક્રમણ થાય છે અને તે mRNAમાં ફેરવાય છે. હવે તે કોષકેન્દ્રપટલમાં આવેલાં સૂક્ષ્મ છિદ્રોમાંથી પસાર થઈ કોષરસમાં પ્રસરણ પામે છે.

જનીનસંકેત (Genetic Code) : સજીવના જીવંત કોષના બંધારણમાં અસંખ્ય પ્રકારનાં પ્રોટીનો આવેલાં હોય છે. પ્રત્યેક પ્રોટીનની રચનામાં આવેલા ઍમિનોઍસિડોનો ક્રમ નિશ્ચિત હોય છે. કોષરસમાં 20 પ્રકારના ઍૅમિનોઍસિડ આવેલા હોય છે. તેઓને નિશ્ચિત ક્રમમાં ગોઠવવા માટેની ગૂઢ રાસાયણિક લિપિ DNA પર આવેલી હોય છે. અનુલેખન દરમિયાન આ લિપિનું અંકન mRNA પર ન્યૂક્લિયોટાઇડના ચોક્કસ ક્રમ સ્વરૂપે થાય છે. mRNA પર કોઈ એક નિશ્ચિત ઍમિનોઍસિડનું સ્થાન નિશ્ચિત કરતા ત્રણ ન્યૂક્લિયોટાઇડના બનેલા એકમને જનીનસંકેત કહે છે. તેનું સ્વરૂપ ત્રિઅક્ષરી (triplet) હોય છે.

નિરેનબર્ગ, ખોરાના અને મથાઈએ જનીનસંકેતના ઉકેલની પદ્ધતિઓ આપી છે અને તેના પરથી જનીનસંકેત-કોશ તૈયાર કરવામાં આવે છે. mRNA ઉપર ચાર પ્રકારના નાઇટ્રોજન બેઝ-યુરેસિલ (U), સાયટોસિન (C), ઍડેનીન (A) અને થાયમીન (T) હોવાથી આ કોશ 64 પ્રકારના જનીનસંકેતો ધરાવે છે; જે આ પ્રમાણે છે :

જનીનસંકેતના ગુણધર્મો : (1) જનીનસંકેત ત્રિઅક્ષરી હોય છે. (2) જનીનસંકેત સર્વવ્યાપી (universal) હોય છે. એટલે કે બધા જ સજીવોમાં નિશ્ચિત જનીનસંકેત સમાન અર્થઘટન કરે છે. (3) AUG પૉલિપૅપ્ટાઇડના સંશ્લેષણનો આરંભ કરતો જનીનસંકેત છે, તેથી તેને આરંભિક સંકેત (initiation codon) કહે છે. (4) કોઈ એક જનીનસંકેત mRNA સામે નિશ્ચિત ઍમિનોઍસિડનું સ્થાન નક્કી કરે છે (અર્થઘટન). (5) જનીનસંકેત અવનત (degenerate) હોય છે. એટલે કે કોઈ એક ઍમિનોઍસિડ માટે એક કરતાં વધારે જનીનસંકેત હોય છે; જેમ કે, લ્યુસિન માટે 6, ઍલેનિન માટે 4, આઇસોલ્યુસિન માટે 3 અને ઍસ્પાર્ટિક ઍસિડ માટે 2 જનીનસંકેત હોય છે. (6) જનીનસંકેત અનાચ્છાદિત (non-overlapping) હોય છે. એટલે કે mRNA પર કોઈ એક જનીનસંકેતના નિર્માણમાં ભાગ લેતા નાઇટ્રોજન-બેઝ પૈકી કોઈ પણ નાઇટ્રોજન-બેઝ અન્ય જનીનસંકેતના નિર્માણમાં ભાગ લેતો નથી. (7) જનીનસંકેતો અલ્પવિરામરહિત (commaless) હોય છે. એટલે કે બે પાસે પાસેના જનીનસંકેતો વચ્ચે વિરામ (વધારાના નાઇટ્રોજન-બેઝ) હોતો નથી. (8) UAA, UAG અને UGA અર્થહીન (nonsense) સંકેતો કે સમાપન-સંકેતો છે, કેમ કે તેમની સામે કોઈ પણ ઍમિનોઍસિડની ગોઠવણી થતી નથી, તેથી તેમના સ્થાનેથી પૉલિપૅપ્ટાઇડ સંશ્લેષણનો અંત આવે છે.

અર્થઘટન : અર્થઘટન દરમિયાન mRNAનું વિસંકેતન (decoding) થાય છે અને ઍમિનોઍસિડો પરસ્પર જોડાઈ પૉલિપૅપ્ટાઇડનું સંશ્લેષણ કરે છે. આ પ્રક્રિયા DNA અને RNAની જેમ નિશ્ચિત દિશા(5´ થી 3´)માં આગળ વધે છે તથા તે અત્યંત ચોકસાઈપૂર્વક અને ખૂબ ઝડપથી થાય છે. સુકોષકેન્દ્રીઓ અર્થઘટનનો દર 100 ઍમિનોઍસિડ/મિનિટ અને E. coliમાં 900 ઍમિનોઍસિડ/મિનિટ જેટલો હોય છે.

પ્રોટીનસંશ્લેષણનું કાર્ય ન થતું હોય ત્યારે રાઇબોઝોમના બંને ઉપએકમો કોષરસમાં મુક્ત હોય છે. (બૅક્ટેરિયામાં રાઇબોઝોમનાં 50s અને 30s ઉપએકમો અને સુકોષકેન્દ્રીઓમાં 60s અને 40s ઉપએકમો હોય છે.) જ્યારે અર્થઘટન શરૂ થાય ત્યારે બંને ઉપએકમો પરસ્પર જોડાઈને પૂર્ણ રાઇબોઝોમ બનાવે છે. તે સાથે mRNA કેટલાક રાઇબોઝોમ સાથે જોડાય છે. પ્રત્યેક રાઇબોઝોમ mRNAના રાસાયણિક સંદેશ મુજબ પૉલિપૅપ્ટાઇડનું નિર્માણ કરે છે. એક રાઇબોઝોમ પર mRNAની 80 જેટલી ન્યૂક્લિયોટાઇડો ગોઠવાય છે; અથવા 50,000 ડાલ્ટન અણુભાર ધરાવતી પૉલિપૅપ્ટાઇડના સર્જન માટે 20 રાઇબોઝોમ સાથે સંકળાયેલા mRNAના સંકેતોનું એકસાથે અર્થઘટન થાય છે. પ્રોટીનસંશ્લેષણ દરમિયાન mRNA સહિત કેટલાક રાઇબોઝોમ સંયુક્તપણે જોડાઈ પૉલિરાઇબોઝોમ કે પૉલિઝોમ બનાવે છે.

પ્રોટીનસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા રાઇબોઝોમ પર થાય છે. તેને માટે mRNA યોજના (blue print) ધરાવે છે. રાઇબોઝોમ mRNAની કાર્યબેઠક (workbench) તરીકે કાર્ય કરે છે. આદિકોષકેન્દ્રી રાઇબોઝોમનો અવસાદન-આંક (sedimentation value) 70S હોય છે અને તે 28 લાખ ડાલ્ટન દ્રવ્ય ધરાવે છે. ઝડપથી વૃદ્ધિ પામતા E. coliમાં 15,000થી 20,000 જેટલાં રાઇબોઝોમ હોય છે; જે કોષના કુલ દ્રવ્યનો લગભગ 15 % જેટલો ભાગ હોય છે.

આદિકોષકેન્દ્રી રાઇબોઝોમના બંને ઉપએકમો એક કે બે rRNAના અણુઓ અને ઘણી પૉલિપૅપ્ટાઇડ દ્વારા બનતી અસામાન્યપણે જટિલ સંરચના છે. અર્થઘટન માટે જવાબદાર રાઇબોઝોમના પ્રદેશને અર્થઘટન-પ્રદેશ (translation domain) કહે છે. તેની રચનામાં બંને ઉપએકમો ભાગ લે છે. મોટા ઉપએકમના નિર્ગમ-પ્રદેશ(exit domain)માંથી વૃદ્ધિ પામતી પૅપ્ટાઇડની શૃંખલા બહાર નીકળે છે. નિર્ગમ-પ્રદેશ મધ્યસ્થ પ્રવર્ધ(central protumberance)ની સામે ઉપએકમની બાજુએ આવેલો હોય છે. ‘ક્ષ’-કિરણ-વિવર્તન(x-ray diffraction)ના અભ્યાસ દ્વારા રાઇબોઝોમની આ રચનાને પુષ્ટિ પ્રાપ્ત થઈ છે.

ઍમિનોઍસિડ-સક્રિયણ : પ્રોટીનસંશ્લેષણનું પ્રથમ સોપાન ઍમિનોઍસિડ-સક્રિયણ છે. આ ક્રિયામાં ઍમિનોઍસિડ-વાહક RNAના અણુ સાથે જોડાય છે. ઍમિનોઍસિડના સક્રિયણની

ક્રિયાનું ઉદ્દીપન ઍમિનોઍસિલ-tRNA સિન્થેટેઝ નામના ઉત્સેચક દ્વારા થાય છે :

ઍમિનોઍસીલ tRNA + AMP + PP₁

DNA અને RNAના સંશ્લેષણની જેમ આ પ્રક્રિયા પૂર્ણતાએ ત્યારે પરિચાલિત થાય છે. જ્યારે પાયરોફૉસ્ફેટ નીપજનું બે ઓર્થૉફૉસ્ફેટમાં વિઘટન થાય છે. ઍમિનોઍસિડ tRNAના ઍડીનીલિક છેડે આવેલ 3´-હાઇડ્રૉક્સિલ સાથે જોડાય છે. આ સંકુલનું વૃદ્ધિ પામતી પૅપ્ટાઇડ-શૃંખલાના છેડે સહેલાઈથી સ્થળાંતર થાય છે.

આ પ્રક્રિયા સાથે સંકળાયેલા ઓછામાં ઓછા 20 જેટલા ઍમિનોઍસીલ-tRNA સિન્થેટેઝ હોય છે. તે પ્રત્યેક નિશ્ચિત ઍમિનોઍસિડ અને તેના tRNA [સહજાત (cognate) RNA] માટે વિશિષ્ટ હોય છે. પ્રત્યેક tRNA તેને અનુરૂપ (corresponding) ઍમિનોઍસિડ સાથે જોડાય  તે ઘણું જ મહત્ત્વનું છે; કારણ કે જો ખોટો ઍમિનોઍસિડ જોડાય તો પૉલિપૅપ્ટાઇડમાં સાચા ઍમિનોઍસિડને બદલે ખોટો ઍમિનોઍસિડ ગોઠવાશે. પ્રોટીન-સંશ્લેષી યાંત્રિક સામગ્રી (protein synthetic machinery) ઍમિનોઍૅસીલ tRNAના પ્રતિસંકેત(anticodon)ને જ માત્ર પારખે છે અને સાચો ઍૅમિનોઍસિડ ગોઠવાયો કે નહિ  તે નક્કી થઈ શકતું નથી. DNA પૉલિમરેઝની જેમ કેટલાક ઍમિનોઍસીલ tRNA સિન્થેટેઝ પ્રૂફવાચન કરી શકે છે. જો tRNA સાથે ખોટો ઍમિનોઍસિડ ગોઠવાયો હોય તો ઉત્સેચક tRNAમાંથી તે ઍમિનોઍસિડનું જલવિઘટન કરે છે.

પ્રોટીનસંશ્લેષણની પ્રક્રિયાના ત્રણ તબક્કાઓ છે : (1) પ્રારંભ (initiation), (2) દીર્ઘીકરણ (clongation) અને (3) સમાપન (termination).

(1) પ્રારંભ મોટા ભાગના બૅક્ટેરિયા અને E. coliમાં પ્રોટીન-સંશ્લેષણનો આરંભ N-ફૉર્મિલમિથિયોનીલ-tRNA^fmet દ્વારા અને સુકોષકેન્દ્રીઓમાં વિશિષ્ટ આરંભક મિથિયોનીલ-tRNA દ્વારા થાય છે.

બૅક્ટેરિયામાં N-ફૉર્મિલમિથિયોનીલ-tRNA મુક્ત 30S રાઇબોઝોમલ ઉપએકમ સાથે જોડાય છે. આ 30S ઉપએકમ 16S rRNAનો અણુ ધરાવે છે. આ 16s rRNAની ન્યૂકલિયોટાઇડની શૃંખલા mRNAની અગ્રેસર શાઇન-ડાલગાર્નોની શૃંખલા સાથે પૂરક હોય છે. આ બંને શૃંખલાઓ એવી રીતે બંધ બેસે છે કે જેથી આરંભક t met-tRNAનું સૌપ્રથમ અર્થઘટન થાય છે. mRNA પર આવેલો આરંભિક સંકેત AUG કે કેટલીક વાર GUG fmet-tRNAના પ્રતિસંકેત સાથે બંધાય છે. અંતમાં, 50S ઉપએકમ અને 30S ઉપએકમ જોડાઈ સક્રિય રાઇબોઝોમ mRNA સંકુલ બનાવે છે. fmet-tRNA રાઇબોઝોમના ‘P’ (પૅપ્ટિડીલ) સ્થાને ગોઠવાય છે.

પ્રારંભના તબક્કામાં ત્રણ આરંભકારકો (initiation factors, IFs) જરૂરી હોય છે. આરંભકારક-3 (IF3) 30S ઉપએકમને 50S સાથે બંધાતું અટકાવે છે અને 30S ઉપએકમ સાથે યોગ્ય mRNAને જોડે છે. IF-2 GTP (ગ્વાનોસાઇન ટ્રાઇફૉસ્ફેટ) અને fmet-tRNA સાથે બંધાય છે તથા fmet-tRNAના 30S ઉપએકમના ‘P’ સ્થાન સાથે થતા જોડાણને દોરવણી આપે છે. GTPનું 50S અને 30S ઉપએકમોના જોડાણ દરમિયાન જલવિઘટન થાય છે. IF-1 70S રાઇબોઝોમ બન્યા પછી GDP અને IF-2ને મુક્ત કરે છે. તે 50S અને 30S ઉપએકમોના બંધનને સહાય કરે છે અને tRNAને A સ્થાન સાથે બંધાતો રોકે છે.

પ્રોટીનસંશ્લેષણનો પ્રારંભનો તબક્કો અત્યંત જટિલ હોય છે. રાઇબોઝોમ પૉલિપૅપ્ટાઇડની શૃંખલાનો પ્રારંભ જનીનની મધ્યમાંથી ન કરે (તેને વિનાશકારી ત્રુટી કહે છે), તેની સલામતી માટે સ્વાભાવિક રીતે આ જટિલતા આવશ્યક છે.

(2) પૉલિપેપ્ટાઇડની શૃંખલાનું દીર્ઘીકરણ : એક દીર્ઘીકરણ ચક્ર (elongation cycle) દરમિયાન વૃદ્ધિ પામતી પૉલિપૅપ્ટાઇડની શૃંખલામાં એક ઍમિનોઍસિડ ઉમેરાય છે. આ ચક્રના ત્રણ તબક્કાઓ છે : (1) ઍમિનોઍસીલ-tRNA બંધન (2) ટ્રાન્સ-પૅપ્ટિડેશન અને (3) સ્થળાંતરણ (translocation). આ પ્રક્રિયામાં દીર્ઘીકરણકારકો (elongation factors) સહાયરૂપ બને છે. તેઓ આરંભકારકોની જેમ વિશિષ્ટ પ્રકારનાં પ્રોટીન છે.

tRNA બંધન માટે રાઇબોઝોમ ઉપર ત્રણ સ્થાનો આવેલાં હોય છે : (1) પૅપ્ટિડીલ અથવા દાતા (donor) સ્થાનને ‘P’ સ્થાન કહે છે; (2) ઍૅમિનોઍસીલ કે સ્વીકારક (acceptor) સ્થાનને ‘A’ સ્થાન કહે છે; અને નિર્ગમસ્થાનને ‘E’ સ્થાન કહે છે. દીર્ઘીકરણ-ચક્રની શરૂઆતમાં પૅપ્ટિડીલ સ્થાન કાં તો N-ફૉર્મિલમિથિયોનીલ-tRNA^fmet કે પૅપ્ટિડીલ-tRNA વડે ભરાય છે અને ઍમિનોઍસીલ તથા નિર્ગમસ્થાનો ખાલી હોય છે. (આકૃતિ 26) mRNA રાઇબોઝોમ સાથે એવી રીતે જોડાય છે કે યોગ્ય સંકેત P સ્થાને રહેલા tRNA સાથે આંતરક્રિયા કરે છે (દા.ત., AUG સંકેત fmet-tRNA સાથે આંતરક્રિયા કરે છે.). તે પછીનો સંકેત A સ્થાનમાં હોય છે અને તે ઍમિનોઍૅસીલ-tRNAને સ્વીકારવા તૈયાર રહે છે.

દીર્ઘીકરણ-ચક્રની પ્રથમ અવસ્થા ઍમિનોઍસીલ tRNA બંધન અવસ્થા છે. A સ્થાન પર સંકેતને અનુરૂપ ઍમિનોઍસીલ-tRNA એવી રીતે ગોઠવાય છે, જેથી તેના પ્રતિસંકેત mRNAના જનીનસંકેત સાથે જોડાઈ શકે. GTP અને EF-Tu દીર્ઘીકરણકારક ઍમિનોઍસીલ-tRNAને રાઇબોઝોમ ઉપર લઈ જાય છે. GTP EF-Tu સાથે બંધાય છે; ત્યારે EF-Tu સક્રિય બને છે અને ઍમિનોઍસીલ-tRNAને A સ્થાન પર પહોંચાડે છે. પછી GTPનું જલવિઘટન થાય છે અને EF-Tu GDP સંકુલ રાઇબોઝોમ છોડી દે છે. EF-Tu GDPનું EF-Tu GTPમાં રૂપાંતર બીજા દીર્ઘીકરણકારક, EF-Tsની મદદ દ્વારા થાય છે. હવે બીજો ઍમિનોઍૅસીલ-tRNA EF-Tu GTP સાથે બંધાય છે (આકૃતિ 26).

બીજા તબક્કા દરમિયાન ટ્રાન્સપૅપ્ટિડેશન થાય છે. આ ક્રિયા 50S ઉપએકમમાં આવેલા 235 rRNA રાઇબોઝાઇમની સક્રિયતા દ્વારા થાય છે. આ ઉત્સેચક્ધો પૅપ્ટિડીલ ટ્રાન્સફરેઝ કહે છે. A સ્થાન પર આવેલા ઍમિનોઍસિડનો ઍૅમિનોસમૂહ P સ્થાનના tRNA પર રહેલા ઍમિનોઍસિડના કાર્બૉક્સિલ સમૂહ સાથે આ ઉત્સેચકની મદદથી પૅપ્ટાઇડ-બંધ વડે જોડાય છે. આ ક્રિયાને ટ્રાન્સપૅપ્ટિડેશન કહે છે. હવે, RNA સાથે જોડાયેલી પૅપ્ટાઇડ-શૃંખલા A સ્થાન પર સ્થાનાંતર પામે છે.

ત્રીજો તબક્કો સ્થાનાંતરણનો છે. તેમાં ત્રણ ક્રિયાઓ એકસાથે થતી હોય છે : (1) પૅપ્ટિડીલ-tRNA A સ્થાન પરથી P સ્થાન તરફ 20 A° ખસે છે. (2) રાઇબોઝોમ mRNAના એક સંકેતને એવી રીતે ખસેડે છે, જેથી નવો સંકેત A સ્થાન ઉપર ગોઠવાય છે. (3) ખાલી થયેલ tRNA P સ્થાન છોડે છે અને E સ્થાન ઉપર ખસી અંતે રાઇબોઝોમ છોડી દે છે. tRNAની આ ગતિ સાથે રાઇબોઝોમલ પ્રોટીન સંકળાયેલાં હોય છે. આ જટિલ પ્રક્રિયા EF-G અથવા ટ્રાન્સ્લોકેઝ પ્રોટીન અને GTPના જલવિઘટન દ્વારા થાય છે.

પ્રોટીનસંશ્લેષણનું સમાપન : રાઇબોઝોમ પર mRNAના સમાપન કે અર્થહીન સંકેતો UAA, UAC અને UGA પૈકી કોઈ એક સંકેત પહોંચે ત્યારે પ્રોટીનસંશ્લેષણની ક્રિયા અટકે છે. mRNA પર સમાપન-સંકેત અનુયાન (trailer) પ્રદેશ પહેલાં તરત જ જોવા મળે છે. રાઇબોઝોમ RF-1, RF-2 અને RF-3 નામના મુક્તકારકો(releasing factors)ની મદદથી આ સંકેતો પારખે છે. સમાપન-સંકેત માટે સહજાત RNA નહિ હોવાથી રાઇબોઝોમ અટકે છે. પૅપ્ટિડીલ ટ્રાન્સફરેઝ P સ્થાન પર રહેલી પૅપ્ટાઇડને જલવિઘટન દ્વારા tRNAથી મુક્ત કરે છે. અંતમાં રાઇબોઝોમ તેના mRNAથી અલગ થાય છે; અને તે 30S તથા 50S ઉપએકમોમાં વિભાજિત થાય છે. IF-3 30S ઉપએકમ સાથે બંધાય છે અને જ્યાં સુધી પ્રારંભનો તબક્કો શરૂ ન થાય ત્યાં સુધી 50S ઉપએકમ સાથે ફરીથી જોડાતું અટકાવે છે.

જોકે પ્રોટીનસંશ્લેષણની ક્રિયાવિધિ બૅક્ટેરિયા અને સુકોષકેન્દ્રીઓ લગભગ સરખી હોવા છતાં બૅક્ટેરિયાનાં રાઇબોઝોમ સુકોષકેન્દ્રીઓથી વાસ્તવિકપણે જુદાં પડે છે; જે ઘણાં જીવાણુરોધી (antibacterial) પ્રક્રિયકોની અસરકારકતા સમજાવે છે. આ પ્રક્રિયક કાં તો 30S અથવા 50S ઉપર અસર કરે છે; દા.ત., 30S ઉપએકમ સાથે સ્ટ્રેપ્ટોમાયસિન બંધાતાં પ્રોટીનસંશ્લેષણ અવરોધાય છે અને mRNAને ખોટી દોરવણી આપે છે. ઇરિથ્રોમાયસિન 50S ઉપએકમ સાથે બંધાઈ પૅપ્ટાઇડ શૃંખલાના દીર્ઘીકરણને અટકાવે છે.

પ્રોટીનનું ગડીકરણ (folding) અને આણ્વીય સંરક્ષકો (chaperones) : પહેલાં ઘણાં વર્ષો સુધી માનવામાં આવતું હતું કે પૉલિપૅપ્ટાઇડો સ્વત: ગડીકરણ દ્વારા તેમનું પૂર્ણ કાર્યશીલ (functional) સ્વરૂપ ધારણ કરે છે. રાઇબોઝોમ દ્વારા જેવું તેમનું સંશ્લેષણ થાય કે તરત અથવા પ્રોટીન-સંશ્લેષણ પૂર્ણ થયા બાદ ટૂંકા સમય પછી ગડીકરણ થાય છે. જોકે પૉલિપૅપ્ટાઇડમાં ઍૅમિનોઍસિડોનો ક્રમ તેનું અંતિમ સંરૂપણ (conformation) નક્કી કરે છે. હવે તે સ્પષ્ટ થયું છે કે વિશિષ્ટ સહાયક પ્રોટીનો નવજાત પૉલિપૅપ્ટાઇડને તેના ગડીકરણમાં મદદ કરે છે, જેથી તેને યોગ્ય કાર્યશીલ આકાર પ્રાપ્ત થાય. આવા પ્રોટીનોને આણ્વીય સંરક્ષકો કહે છે. તેઓ ખુલ્લી પૉલિપૅપ્ટાઇડો અને અંશત: વિકૃત પ્રોટીનોને પારખે છે અને સામાન્ય કાર્યશીલ પ્રોટીનો સાથે બંધાતા નથી. કોષીરસીય આધારક (cytoplasmic matrix) નવજાત પૉલિપૅપ્ટાઇડો અને પ્રોટીનોથી ભરેલું હોય છે. તેથી સંરક્ષકોનું કાર્ય મહત્ત્વનું બને છે; કારણ કે નવી પૉલિપૅપ્ટાઇડો ઘણી વાર અયોગ્ય રીતે ગડીકરણ પામે છે અને એકત્રિત થઈ અકાર્યશીલ સંકુલો બનાવે છે. આણ્વીય સંરક્ષકો ખોટા ગડીકરણને અવરોધે છે અને ખોટી રીતે થયેલા ગડીકરણનું પ્રત્યાવર્તન (reversion) કરે છે.

બૅક્ટેરિયામાં કેટલાક સંરક્ષક અને સહકારી પ્રોટીનો પૉલિપૅપ્ટાઇડના યોગ્ય ગડીકરણમાં મદદ કરે છે. E. coliમાં ગડીકરણ સાથે ચાર પરિચારકો – DnaK, DnaJ, GroEL અને GroES – તથા તણાવ (stress) પ્રોટીન GrpE સંકળાયેલા છે. રાઇબોઝોમમાંથી નવજાત પૉલિપૅપ્ટાઇડની પૂરતી લંબાઈ વિસ્તારિત થયા પછી DnaJ ખુલ્લી શૃંખલા સાથે બંધાય છે (આકૃતિ 29). પછી ATP સાથે સંકુલિત થયેલ DnaK પૉલિપૅપ્ટાઇડ સાથે જોડાય છે. આ બંને સંરક્ષકો સંશ્લેષણ દરમિયાન પૉલિપૅપ્ટાઇડનું અયોગ્ય ગડીકરણ અટકાવે છે. પૉલિપૅપ્ટાઇડનું સંશ્લેષણ પૂર્ણ થતાં GnE પ્રોટીન સંરક્ષક પૉલિપૅપ્ટાઇડ સંકુલ સાથે બંધાય છે અને DnaKને ADP મુક્ત કરવા પ્રેરે છે. DnaJ આ પ્રક્રિયા દરમિયાન મુક્ત થાય છે. પછી DnaK સાથે ATP બંધન પામે છે અને DnaK પૉલિપૅપ્ટાઇડથી વિયોજિત થાય છે. આ ઘટનાક્રમ દરમિયાન પૉલિપૅપ્ટાઇડનું ગડીકરણ ચાલુ રહે છે અને તેના પૂર્ણ કાર્યશીલ સ્વરૂપને પ્રાપ્ત કરે છે. જો હજુ પણ તેનું અંશત: ગડીકરણ થયું હોય તો તે ફરીથી DnaJ અને DnaK સાથે બંધાય છે અને પ્રક્રિયાનું પુનરાવર્તન થાય છે; અથવા સંરક્ષકોનો બીજો સમૂહ GroEL અને GroES આ પ્રક્રિયામાં જોડાય છે. તેમની મદદથી ગડીકરણની ક્રિયા પૂર્ણતાએ પહોંચે છે. DnaKની જેમ GroEL સાથે ATPના બંધન અને ATPના જલવિઘટન દ્વારા પૉલિપૅપ્ટાઇડના ગડીકરણ માટેના આકર્ષણમાં ફેરફાર થાય છે અને પૉલિપૅપ્ટાઇડનાં બંધન અને મુક્તિ (પૉલિપૅપ્ટાઇડની મુક્તિ ATP આધારિત છે.)નું નિયમન કરે છે. GroES GroEL સાથે બંધાય છે અને પુન:ગડીકરણ પામતી પૉલિપૅપ્ટાઇડ સાથે તેના બંધન તથા મુક્તિમાં મદદ કરે છે.

આણ્વીય સંરક્ષકો ઊંચું તાપમાન, ચયાપચયિક વિષ અને અન્ય તણાવપૂર્ણ સ્થિતિઓના નિવારણ તથા કોષીય પટલોની આરપાર થતા પ્રોટીનના વહનમાં પણ મહત્ત્વનો ભાગ ભજવે છે.

આદિકોષકેન્દ્રીઓ અને સુકોષકેન્દ્રીઓ પ્રોટીનના ગડીકરણના સમયના સંબંધે તફાવત ધરાવી શકે છે. સંરૂપણના સંદર્ભે પ્રોટીનો સઘન, સ્વ-ગડીકરણકર્તા અને રચનાત્મક રીતે સ્વતંત્ર પ્રદેશોના બનેલા હોય છે. આ સ્વતંત્ર પ્રદેશો સામાન્યત: 100થી 300 ઍમિનોઍસિડો ધરાવે છે; તેમને પ્રભાવક્ષેત્ર કહે છે. ઇમ્યુનોગ્લોબ્યુલિન (પ્રતિરક્ષા પ્રતિચારમાં મહત્ત્વના પ્રોટીનો) બે કે તેથી વધારે પ્રભાવક્ષેત્રોનું બનેલું હોય છે. તેઓ પૉલિપૅપ્ટાઇડ શૃંખલાની નાની રચના ધરાવતા ભાગો દ્વારા જોડાયેલા હોય છે. સુકોષકેન્દ્રીઓમાં રાઇબોઝોમ દ્વારા પ્રભાવક્ષેત્રો સંશ્લેષિત થયા પછી તરત જ તેમનું સ્વતંત્રપણે ગડીકરણ થાય છે. તેનાથી વિરુદ્ધ આદિકોષકેન્દ્રીઓમાં જ્યાં સુધી શૃંખલા પૂર્ણપણે સંશ્લેષિત ન થાય ત્યાં સુધી ગડીકરણ થતું નથી. ગડીકરણના સમયનો આ તફાવત દર્શાવે છે કે આદિકોષકેન્દ્રી પ્રોટીનોના ગડીકરણમાં સંરક્ષકો વધારે મહત્ત્વના છે. એક જ સમયે સમગ્ર પૉલિપૅપ્ટાઇડનું ગડીકરણ એક જ પ્રભાવક્ષેત્રના થતા ગડીકરણ કરતાં વધારે જટિલ હોય છે અને આ ક્રિયામાં સંરક્ષકોની સહાયની જરૂરિયાત રહે છે.

પ્રોટીન પોતાનું ત્રિપરિમાણી સ્વરૂપ ધારણ કરતાં તે પોતાનું નિર્ધારિત કાર્ય કે લક્ષણની અભિવ્યક્તિ કરી શકે છે.

તબીબી વિદ્યાલક્ષી પ્રયુક્ત માહિતી : પ્યુરીનના સંશ્લેષણમાં ફૉલિક ઍસિડ અને વિટામિન બી-1નો મહત્ત્વનો ભાગ હોય છે. તેમની ઊણપમાં પ્યુરીનનું સંશ્લેષણ ઘટતાં ન્યૂક્લીઇક ઍસિડનું સંશ્લેષણ ઘટે છે, જે એક પ્રકારની પાંડુતા લાવે છે. પાયરિમિથામિન નામની મલેરિયા સામે વપરાતી દવા ફૉલિક ઍસિડના ચયાપચયને અટકાવીને તેની પ્યુરીન-સંશ્લેષણની ક્રિયા અટકાવે છે. કૅન્સરમાં વપરાતી મિથોટ્રેકઝેટ નામની દવા પણ આ જ રીતે પ્યુરીન-સંશ્લેષણ અટકાવે છે. આ બંને સ્થિતિમાં ફૉલિનિક ઍસિડ અથવા લ્યુકોવૉરિન ફૅકટર નામનું ઔષધ આ ચયાપચયી અવરોધને પાર કરીને પુન: પ્યુરીન-સંશ્લેષણ શરૂ કરે છે. રિબોન્યૂક્લિયોટાઇડના સંશ્લેષણને પેન્ટોસ્ટેટિન, 6-મર્કેપ્ટોપ્યુરીન તથા ઍઝારબિન પણ અટકાવે છે. રિબોન્યૂક્લિયોટાઇડમાંથી ડિઑક્સિરિબોન્યૂક્લિયોટાઇડ બને છે, જેને હાઇડ્રોક્સિયુરિયા નામનું ઔષધ અવરોધે છે. ડિઑક્સિરિબોન્યૂક્લિયોટાઇડનું અવદાબન મિથોટ્રેકઝેટ અને 5-ફ્લ્યુયુરેસિલ નામનાં ઔષધો કરે છે. આ બધાં જ કૅન્સર-વિરોધી દવાઓ તરીકે વપરાતાં ઔષધો છે. આ ઉપરાંત ડિઑક્સિરિબો-ન્યૂક્લિયોટાઇડમાંથી ડી. એન. એ. સંશ્લેષણ થાય છે, જેને એક અન્ય કૅન્સરવિરોધી સાયટારબિન નામનું ઔષધ અટકાવે છે.

ડી. એન. એ. નું અવદાબન કરતાં કૅન્સરવિરોધી ઔષધો જુદી જુદી પ્રવિધિઓ દ્વારા પોતાનું કાર્ય કરે છે. તેમાં સાઇક્લોફૉસ્ફેમાઇડ જેવા અલ્કાયલેટિંગ એજન્ટ્સ, મિટોમાયસિન, સિસપ્લેટિન, પ્રોકાર્બેઝિન, ઍક્ટિનોમાયસિન-ડી, ડૉનોરુબિસિન, ડૉક્સૉરુબિસિન તથા માયટૉઝેન્ટ્રોનનો સમાવેશ થાય છે. ડી. એન. એ.ની મદદથી આર.એન.એ.નું ઉત્પાદન થાય છે. તે ડેક્ટિનોમાયસિન-ડી, ડૉનોરુબિસિન, ડૉક્સોરુબિસિન તથા માઇટોઝેન્ટ્રોન રોકે છે. આર. એન. એ. નું મહત્ત્વનું કાર્ય પ્રોટીનનું સંશ્લેષણ છે. તે એલ-એસ્પારજિનેઝ નામની દવા રોકે છે આમ વિવિધ કૅન્સરવિરોધી દવાઓ ન્યૂક્લીઇક ઍસિડના સંશ્લેષણ અને કાર્યને અટકાવીને પોતાનું કાર્ય કરે છે.

જગદીશ જ. ત્રિવેદી

મ. શિ. દૂબળે

શિલીન નં. શુક્લ

બળદેવભાઈ પટેલ