மூலக்கூறு மரபியல்: ஒரு மதிப்பெண் வினாக்கள், புத்தக வினா விடைகள் மற்றும் குறிப்புகள்

மூலக்கூறு மரபியல் பற்றி

நடுத்தரம் ~120 நிமிடப் படிப்பு

கண்ணுக்குத் தெரியும் பண்புகளைக் கவனித்து, பண்புகள் கடத்தப்படும் அமைப்புகளைச் செவ்வியல் மரபியல் கண்டறிந்தது. செல்லுக்குள் உண்மையில் என்ன நடக்கிறது என்பதை மூலக்கூறு மரபியல் விளக்குகிறது: தகவலைச் சுமக்கும் மூலக்கூறு எது, அது எவ்வாறு நகலெடுக்கப்படுகிறது, எவ்வாறு படிக்கப்படுகிறது. புரதம் அல்ல, DNAதான் மரபுப் பொருள் என்று அறிவியலாளர்கள் எவ்வாறு நிரூபித்தனர் என்பதை இந்தப் பாடம் முதலில் காட்டுகிறது. பின்னர் அந்த மூலக்கூறையே பார்க்கிறது.

மைய நெறிக் கோட்பாட்டை (central dogma) ஒட்டியே பாடம் அமைந்துள்ளது: தகவல் DNAவிலிருந்து RNAவுக்கும், RNAவிலிருந்து புரதத்திற்கும் செல்கிறது. இடையில் நியூக்ளியோடைடுகளின் வேதியியல், இரட்டைச் சுருள் பகுதி பழமை பேணும் முறையில் நகலெடுக்கப்படும் விதம், படியெடுத்தலில் mRNA உருவாகும் விதம், மொழிபெயர்த்தலில் ரைபோசோம்கள் அதைக் கொண்டு புரதங்களை உருவாக்கும் விதம் ஆகியவற்றைப் படிக்கிறீர்கள். ஒரு பாக்டீரியா தேவைப்படும்போது மட்டும் மரபணுக்களை எவ்வாறு இயக்குகிறது என்பதை லாக் ஓபரான் காட்டுகிறது.

புரதச்சேர்க்கையின் படிகள், மரபுக் குறியீட்டின் பண்புகள், லாக் ஓபரானின் ஒவ்வொரு பகுதியின் பணி, ஒவ்வொரு ஆய்வுக்கும் பின்னால் உள்ள அறிவியலாளரின் பெயர் ஆகியவை தேர்வில் அடிக்கடி கேட்கப்படுகின்றன. இறுதியில் வரும் பயன்பாடுகளான மனித ஜீனோம் திட்டம், DNA விரல்ரேகை முறை ஆகியவற்றிலிருந்தும் நேரடி வினாக்கள் வருகின்றன. எனவே அவற்றைக் கடைசிக்கு விட்டுவிடாதீர்கள்.

நீங்கள் கற்பவை

• DNAவை மரபுப் பொருளாக நிறுவிய ஆய்வுகளை விவரித்தல்.
• கார இணைவு உள்ளிட்ட DNA மற்றும் RNAவின் வேதிப்பொருள் அமைப்பையும் கட்டமைப்பையும் விளக்குதல்.
• பகுதி பழமை பேணும் DNA இரட்டிப்பாதலின் நொதிகளையும் படிகளையும் விவரித்தல்.
• படியெடுத்தலை விளக்கி, தொல்லுட்கரு மற்றும் மெய்யுட்கரு உயிரிகளில் RNA மாற்றியமைத்தலை ஒப்பிடுதல்.
• மரபுக் குறியீட்டைப் பயன்படுத்தி ஒரு mRNA வரிசையை அமினோ அமிலச் சங்கிலியாக மொழிபெயர்த்தல்.
• பாக்டீரியாக்களில் லாக் ஓபரான் எவ்வாறு இயக்கப்படுகிறது, நிறுத்தப்படுகிறது என்பதை விளக்குதல்.
• DNA விரல்ரேகை முறையின் வழிமுறையையும் பயன்களையும், மனித ஜீனோம் திட்டத்தின் நோக்கங்களையும் விவரித்தல்.

தொடங்குவதற்கு முன்

• செல் அமைப்பு, செல் பகுப்பு, மைட்டாசிஸ் மற்றும் குன்றல் பகுப்பில் குரோமோசோம்களின் நடத்தை.
• மெண்டலிய மரபுக்கடத்தல் மற்றும் மரபணு, அல்லீல், மரபணுவகை போன்ற அடிப்படை மரபியல் சொற்கள்.
• உயிரியல் மூலக்கூறுகள், குறிப்பாகப் புரதங்கள், லிப்பிடுகள், எளிய கார்போஹைட்ரேட்டுகள்.

மூலக்கூறு மரபியல் — விரிவான விளக்கம்

DNAவிலிருந்து புரதம் வரை

மரபுப் பொருளைத் தேடிய வரலாறு

புரதங்கள் பல்வேறு வகைகளில் இருப்பதால், அவையே பாரம்பரியத் தகவலைச் சுமக்கின்றன என்று நீண்ட காலம் பல அறிவியலாளர்கள் நம்பினர். இரண்டு வகை ஆய்வுகள் இந்தக் கேள்விக்கு முடிவு கட்டின. இறந்த பாக்டீரியாவிலிருந்து வரும் ஒரு வேதிப்பொருள் உயிருள்ள பாக்டீரியாவை நிலையாக மாற்ற முடியும் என்றும், அந்த வேதிப்பொருள் DNA என்றும் பாக்டீரிய மாற்றமடைதல் (transformation) ஆய்வுகள் காட்டின. பாக்டீரியோஃபேஜ்களைக் கொண்டு ஹெர்ஷே மற்றும் சேஸ் செய்த ஆய்வு, புரத உறை அல்ல, வைரஸின் DNAதான் பாக்டீரியத்திற்குள் நுழைந்து புதிய வைரஸ்கள் உருவாவதை வழிநடத்துகிறது என்று காட்டியது. இதன் பிறகு ஆய்வுகள் நியூக்ளிக் அமிலங்களின் அமைப்பு மற்றும் வேதியியலை நோக்கித் திரும்பின.

நியூக்ளிக் அமிலங்களின் அமைப்பும் வேதியியலும்

நியூக்ளிக் அமிலங்கள் நியூக்ளியோடைடுகளாலான நீண்ட சங்கிலிகள். ஒவ்வொரு நியூக்ளியோடைடிலும் ஒரு நைட்ரஜன் காரம், ஒரு பென்டோஸ் சர்க்கரை, ஒரு பாஸ்பேட் தொகுதி உள்ளன. DNAவின் இரட்டைச் சுருள் மாதிரியில் இரண்டு இழைகளும் எதிர் இணையாக (antiparallel) அமைந்துள்ளன. நிரப்புக் கார இணைவு அவற்றை இணைத்து வைக்கிறது: அடினைன் தைமினுடனும், குவானைன் சைட்டோசினுடனும் இணைகின்றன. DNA வேதியியல் ரீதியாக நிலையானது. அதனால் தகவலை நீண்ட காலம் சேமிக்க அது பொருத்தமானது. RNA அதிக வினைபுரியும் தன்மை கொண்டது, உயிர்வேதி வினையூக்கியாகவும் செயல்படக்கூடியது. அதுவே முதல் மரபுப் பொருளாக இருந்திருக்கலாம் என்று கருதப்படுகிறது. இன்றைய செல்களில் அது முக்கியமாகத் தூதுவராகவும் புரதச்சேர்க்கையிலும் பணியாற்றுகிறது.

பகுதி பழமை பேணும் இரட்டிப்பாதல்

ஒரு செல் பகுப்படைவதற்கு முன் அதன் DNA துல்லியமாக நகலெடுக்கப்பட வேண்டும். இரட்டிப்பாதல் பகுதி பழமை பேணும் (semi-conservative) முறையில் நடக்கிறது. இரண்டு பெற்றோர் இழைகளும் பிரிகின்றன. ஒவ்வொன்றும் புதிய நிரப்பு இழைக்கு வார்ப்புருவாகச் செயல்படுகிறது. எனவே ஒவ்வொரு சேய் மூலக்கூறிலும் ஒரு பழைய இழையும் ஒரு புதிய இழையும் இருக்கும். ஹெலிகேஸ் சுருளைப் பிரிக்கிறது. பிரைமேஸ் ஒரு சிறு RNA பிரைமரை இடுகிறது. DNA பாலிமரேஸ் நியூக்ளியோடைடுகளைச் சேர்த்து, முன்னோடி இழையைத் (leading strand) தொடர்ச்சியாகவும், பின்தங்கும் இழையைச் (lagging strand) சிறு துண்டுகளாகவும் உருவாக்குகிறது.

படியெடுத்தலும் மரபுக் குறியீடும்

படியெடுத்தலில் (Transcription) RNA பாலிமரேஸ், DNAவின் வார்ப்புரு இழையில் உள்ள தகவலை ஒற்றை இழை mRNAவாக நகலெடுக்கிறது. மெய்யுட்கரு உயிரிகளில் இந்த முதல் நகல் மாற்றியமைக்கப்படுகிறது. இன்ட்ரான்கள் பிளவுபடுத்தி இணைத்தல் (splicing) மூலம் நீக்கப்படுகின்றன. 5' முனையில் ஒரு தொப்பியும், 3' முனையில் பாலி-A வாலும் சேர்க்கப்படுகின்றன. mRNA ஒரு நேரத்தில் மூன்று காரங்களாகப் படிக்கப்படுகிறது. மூன்று காரங்கள் கொண்ட ஒவ்வொரு தொகுதியும் ஒரு கோடான். மரபுக் குறியீடு மும்மைத்தன்மை கொண்டது, பொதுவானது, மேற்பொருந்தாதது, காற்புள்ளியற்றது, தெளிவானது, சிதைவுத்தன்மை கொண்டது. கார வரிசையை அமினோ அமில வரிசையாக மாற்றும் அகராதியாக அது செயல்படுகிறது.

மொழிபெயர்த்தலும் புரதம் உருவாதலும்

மொழிபெயர்த்தல் (Translation) என்பது mRNAவின் கோடான்களை வழிகாட்டுதலாகக் கொண்டு ரைபோசோமில் புரதம் உருவாவது. கடத்து RNA (tRNA) இணைப்பானாகச் செயல்படுகிறது. ஒவ்வொரு tRNAவும் ஒரு குறிப்பிட்ட அமினோ அமிலத்தைச் சுமக்கிறது. அதன் எதிர்கோடான் mRNAவில் உள்ள பொருத்தமான கோடானுடன் இணைகிறது. ரைபோசோம் அடுத்தடுத்த அமினோ அமிலங்களைப் பெப்டைடு பிணைப்புகளால் இணைக்கிறது. நிறுத்தக் கோடானை அடைந்ததும் வளரும் பாலிபெப்டைடு சங்கிலி விடுவிக்கப்படுகிறது. பின்னர் அது மடிந்து செயல்படும் புரதமாகிறது.

மரபணு ஒழுங்குபடுத்தலும் ஜீனோம் தொழில்நுட்பங்களும்

செல்கள் எல்லா மரபணுக்களையும் எல்லா நேரமும் இயக்கத்தில் வைப்பதில்லை. E. coliயின் லாக் ஓபரானில், லாக்டோஸைச் செரிக்கும் மரபணுக்கள் தூண்டியான லாக்டோஸ் இருக்கும்போது மட்டுமே படியெடுக்கப்படுகின்றன. இல்லாவிட்டால் ஒரு அடக்கி (repressor) அவற்றைத் தடுக்கிறது. இன்னும் பெரிய அளவில், முழு ஜீனோம்களையும் வரிசைப்படுத்த அறிவியலாளர்களால் இப்போது முடிகிறது. மனித ஜீனோம் திட்டம் மனித DNAவை வரைபடமாக்கி வரிசைப்படுத்தியது. DNA விரல்ரேகை முறை மீண்டும் மீண்டும் வரும் DNA வரிசைகளை ஒப்பிட்டுத் தனிநபர்களை அடையாளம் காணவும், பெற்றோர் யார் என்ற சர்ச்சைகளைத் தீர்க்கவும், தடய அறிவியல் பணிகளுக்கும் உதவுகிறது.

தவிர்க்க வேண்டிய பொதுவான தவறுகள்

• வார்ப்புரு இழையையும் குறியீட்டு இழையையும் குழப்புவது. வார்ப்புரு இழை (3' முதல் 5') நகலெடுக்கப்படும் இழை. குறியீட்டு இழை (5' முதல் 3') mRNAவின் அதே வரிசையைக் கொண்டது. ஒரே வேறுபாடு, mRNAவில் தைமினுக்குப் பதிலாக யூராசில் இருக்கும்.
• DNA பாலிமரேஸ் தானாகவே புதிய இழையைத் தொடங்கும் என்று நினைப்பது. ஏற்கெனவே உள்ள 3'-OH முனையில் மட்டுமே அது நியூக்ளியோடைடுகளைச் சேர்க்க முடியும். எனவே முதலில் ஒரு சிறு RNA பிரைமர் தேவை.
• 64 கோடான்களும் அமினோ அமிலங்களைக் குறிக்கும் என்று கருதுவது. அவற்றில் UAA, UAG, UGA ஆகிய மூன்றும் நிறுத்தக் கோடான்கள். அவை எந்த அமினோ அமிலத்தையும் குறிப்பதில்லை.
• மெய்யுட்கரு மரபணுக்கள் தொடர்ச்சியானவை என்று கருதுவது. அவற்றில் குறியீடு செய்யாத இன்ட்ரான்கள் உள்ளன. mRNA பயன்படுத்தப்படும் முன் அவை பிளவுபடுத்தி நீக்கப்பட வேண்டும்.
• படியெடுத்தலையும் மொழிபெயர்த்தலையும் குழப்புவது. படியெடுத்தல் DNAவை RNAவாக நகலெடுக்கிறது (மெய்யுட்கரு உயிரிகளில் உட்கருவில்). மொழிபெயர்த்தல் mRNAவைக் கொண்டு சைட்டோபிளாசத்தில் உள்ள ரைபோசோம்களில் புரதத்தை உருவாக்குகிறது. உட்கரு இல்லாத பாக்டீரியாக்களில் இரண்டும் சைட்டோபிளாசத்திலேயே நடக்கின்றன.

இவற்றை பயிற்சித் தேர்வு மூலம் சோதித்துப் பாருங்கள்; பிறகு விடையுடன் கூடிய வினாக்கள் பகுதியில் விரிவான விளக்கத்தைப் படியுங்கள்.

அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்

DNAவுக்கும் RNAவுக்கும் உள்ள வேறுபாடு என்ன?

DNAவில் டிஆக்சிரைபோஸ் சர்க்கரையும் தைமின் காரமும் உள்ளன. அது பொதுவாக இரட்டை இழையானது. அதனால் நிலையானது, மரபுத் தகவலை நீண்ட காலம் சேமிக்கப் பொருத்தமானது. RNAவில் கூடுதலாக ஒரு ஹைட்ராக்சில் தொகுதி கொண்ட ரைபோஸ் சர்க்கரையும், தைமினுக்குப் பதிலாக யூராசிலும் உள்ளன. அது பொதுவாக ஒற்றை இழையானது, அதிக வினைபுரியும் தன்மை கொண்டது. தூதுவராகவும், வினையூக்கியாகவும் கூடச் செயல்படக்கூடியது.

DNAதான் மரபுப் பொருள் என்று ஹெர்ஷேயும் சேஸும் எவ்வாறு நிரூபித்தனர்?

அவர்கள் பாக்டீரியோஃபேஜ்களை இரண்டு விதமாக வளர்த்தனர். ஒரு தொகுதி DNAவைக் குறிக்கும் கதிரியக்கப் பாஸ்பரஸுடன் (32P), மற்றொரு தொகுதி புரதத்தைக் குறிக்கும் கதிரியக்கக் கந்தகத்துடன் (35S). தொற்றுக்குப் பிறகு கதிரியக்கப் பாஸ்பரஸ் பாக்டீரியாக்களுக்குள் காணப்பட்டது. கதிரியக்கக் கந்தகம் வெற்று உறைகளுடன் வெளியிலேயே இருந்தது. எனவே உள்ளே நுழைந்து கட்டளைகளைச் சுமப்பது DNAதான்.

பகுதி பழமை பேணும் இரட்டிப்பாதல் என்றால் என்ன?

DNA இரட்டிப்படையும்போது அதன் இரண்டு இழைகளும் பிரிகின்றன. ஒவ்வொன்றும் புதிய நிரப்பு இழைக்கு வார்ப்புருவாகச் செயல்படுகிறது. எனவே இரண்டு சேய் மூலக்கூறுகள் ஒவ்வொன்றும் ஒரு பழைய இழையைத் தக்கவைத்து ஒரு புதிய இழையைப் பெறுகின்றன. கன நைட்ரஜனைப் (15N) பயன்படுத்தி மெசல்சன் மற்றும் ஸ்டால் இதை ஆய்வு மூலம் உறுதிப்படுத்தினர்.

மரபுக் குறியீடு ஏன் சிதைவுத்தன்மை கொண்டது என்று அழைக்கப்படுகிறது?

அமினோ அமிலங்களைக் குறிக்கும் கோடான்கள் 61, ஆனால் அமினோ அமிலங்கள் 20 மட்டுமே. எனவே பெரும்பாலான அமினோ அமிலங்களுக்கு ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட கோடான்கள் உள்ளன. எடுத்துக்காட்டாக, பல கோடான்கள் லியூசினையே குறிக்கின்றன. இத்தகைய கோடான்கள் பொதுவாக மூன்றாவது காரத்தில் வேறுபடுகின்றன. அந்த இடத்தில் இணைவில் உள்ள தள்ளாட்டம் (wobble) ஒரே tRNA ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட கோடான்களைப் படிக்க உதவுகிறது.

மொழிபெயர்த்தலில் கடத்து RNA என்ன செய்கிறது?

tRNA, mRNAவுக்கும் அமினோ அமிலங்களுக்கும் இடையிலான இணைப்பான். அதன் ஒரு முனையான அமினோ அமில ஏற்பு முனை ஒரு குறிப்பிட்ட அமினோ அமிலத்தைச் சுமக்கிறது. எதிர்கோடான் வளையத்தில் உள்ள மூன்று காரங்கள் mRNAவில் பொருத்தமான கோடானுடன் இணைகின்றன. இதனால் சங்கிலியின் ஒவ்வொரு இடத்திலும் சரியான அமினோ அமிலம் சேர்க்கப்படுகிறது.

லாக் ஓபரான் எவ்வாறு செயல்படுகிறது?

லாக்டோஸ் இல்லாதபோது, ஒழுங்குபடுத்தும் மரபணு ஒரு அடக்கிப் புரதத்தை உருவாக்குகிறது. அது இயக்கியுடன் (operator) இணைந்து, RNA பாலிமரேஸ் அமைப்பு மரபணுக்களைப் படியெடுக்காமல் தடுக்கிறது. லாக்டோஸ் இருக்கும்போது அது தூண்டியாகச் செயல்படுகிறது. அது அடக்கியுடன் இணைந்து அதன் வடிவத்தை மாற்றுவதால், அடக்கி இனி இயக்கியுடன் இணைய முடியாது. பின்னர் மரபணுக்கள் படியெடுக்கப்பட்டு, லாக்டோஸைப் பயன்படுத்தும் நொதிகள் உருவாகின்றன.

DNA விரல்ரேகை முறை எதற்குப் பயன்படுகிறது?

DNA விரல்ரேகை முறை பலமுறை மீண்டும் வரும் சிறு DNA வரிசைகளை ஒப்பிடுகிறது. இவை மாறுபடும் எண்ணிக்கையிலான தொடர் மறுநிகழ்வுகள் (VNTRs) எனப்படுகின்றன. மறுநிகழ்வுகளின் எண்ணிக்கை ஆளுக்கு ஆள் வேறுபடுவதால், பட்டை அமைப்பு ஒவ்வொருவருக்கும் ஏறக்குறைய தனித்துவமானது. தடய அறிவியல் விசாரணைகள், தந்தை யார் என்ற சர்ச்சைகளைத் தீர்த்தல், வனஉயிர் பாதுகாப்பு, பரிணாமத் தொடர்புகளை ஆராய்தல் ஆகியவற்றில் இது பயன்படுகிறது.