ডিএনএ সুপারকোলিং: 7টি সম্পূর্ণ দ্রুত তথ্য

বিষয়বস্তু

সুপারকোলিং কি? | ডিএনএ সুপারকোলিং

আমরা সকলেই জানি একটি কোষের ডিএনএ খুব সংকুচিত, যা একটি উচ্চ স্তরের কাঠামোগত সংগঠনকে অনুমান করে। ডিএনএর ভাঁজ প্রক্রিয়া সেলুলার ডিএনএকে প্যাক করে যাতে ডিএনএর ভিতরের তথ্য অ্যাক্সেসযোগ্য থাকে।

ডিএনএ প্রতিলিপি এবং ট্রান্সক্রিপশনাল প্রক্রিয়া বোঝার জন্য আমাদের ডিএনএ-র মৌলিক কাঠামোটি আরও ভালভাবে পরীক্ষা করতে হবে। ডিএনএ গঠনের একটি গুরুত্বপূর্ণ সম্পত্তি সম্পর্কে আমাদের পূর্ব জ্ঞান থাকা দরকার সুপারকোলিং.

সুপারকয়লিং বলতে বোঝায় একটি কুণ্ডলীকৃত কাঠামোর আরও কয়েলিং। বলুন, উদাহরণস্বরূপ, একটি টেলিফোনের একটি কর্ড সাধারণত একটি কুণ্ডলীকৃত তার। টেলিফোনের বডি এবং রিসিভারের মধ্যে তারের মধ্যে প্রায়ই অন্তত একটি সুপারকয়েল থাকে। দুটি ডিএনএ স্ট্র্যান্ড একে অপরের চারপাশে আবৃত করে ডিএনএ ডাবল-হেলিকাল গঠন তৈরি করে। ডিএনএ-র অক্ষে কুণ্ডলীর কারণে সুপারকয়লিং হয়। বেশিরভাগ অংশে ডিএনএ-তে সুপারকয়লিং অন্তর্নিহিত কাঠামোগত স্ট্রেনের লক্ষণ। যখন কোন ফলস্বরূপ ডিএনএ অক্ষীয় নমন থাকে না, তখন ডিএনএ শিথিল অবস্থায় বিবেচিত হয়।

ডিএনএ সুপারকয়লিং
চিত্র: ডিএনএ সুপারকয়লিং, ডিএনএ-তে পাওয়া সুপারকয়েলিংয়ের মাত্রা। সংক্ষেপে, এটি টেলিফোনের তারের কয়েলিংয়ের সাথে সাদৃশ্যপূর্ণ
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Epigenetic_mechanisms.png

আমরা হয়তো অনুমান করেছি যে ডিএনএ-এর কম্প্যাকশন প্রক্রিয়ার মধ্যে কিছু সুপারকয়লিং অন্তর্ভুক্ত ছিল। সম্ভবত কম আশ্চর্যজনক যে ডিএনএ-র প্রতিলিপি এবং প্রতিলিপি অতিরিক্তভাবে প্রভাবিত করে এবং সুপারকোলিং দ্বারা প্রভাবিত হয়। প্রতিলিপি এবং প্রতিলিপি উভয়ের জন্যই ডিএনএ স্ট্র্যান্ডের বিচ্ছিন্নতা এবং ডিএনএর হেলিকাল আনওয়াইন্ডিং প্রয়োজন।

  • যে ডিএনএ নিজেই মোচড় দেবে এবং কোষে কম্প্যাক্টলি প্যাকড ডিএনএ-তে সুপারকোয়েল হয়ে যাবে সেই সময়ে বোধগম্য, এবং এমনকি নগণ্যও দেখাবে।
  • যাইহোক, বেশ কিছু বৃত্তাকার ডিএনএ অণু তাদের নিষ্কাশন এবং পরিশোধন করার পরেও ব্যতিক্রমীভাবে সুপারকোয়েলড থাকে।
  • এটি পরামর্শ দেয়, সুপারকোলিং হল ডিএনএর অন্তর্নিহিত সম্পত্তি। এটি প্রতিটি কোষের ডিএনএ-তে ঘটে এবং প্রতিটি কোষ দ্বারা ব্যতিক্রমীভাবে নিয়ন্ত্রিত হয়।
  • সুপারকোলিংয়ের বিভিন্ন পরিমাপযোগ্য বৈশিষ্ট্য প্রমিত করা হয়েছে, এবং সুপারকোলিংয়ের তদন্ত অনেকগুলি দিয়েছে DNA এর গঠন এবং এর কার্যকারিতার অন্তর্দৃষ্টি.
  • এই তদন্তটি টপোলজি থেকে ধারনা এবং একটি বস্তুর বৈশিষ্ট্যগুলির তদন্তের উপর ভিত্তি করে যা গতিশীল অবস্থার অধীনে পরিবর্তিত হয় না।

ডিএনএ-র জন্য, তাপীয় গতি বা প্রোটিন মিথস্ক্রিয়া বা অন্যান্য রাসায়নিক এজেন্টের কারণে সামঞ্জস্যপূর্ণ বিকৃতিগুলি গঠনমূলক পরিবর্তনগুলিকে অন্তর্ভুক্ত করে; বিরতিহীন বিকৃতির মধ্যে রয়েছে ডিএনএ স্ট্র্যান্ড ভাঙ্গন। একটি বৃত্তাকার ডিএনএ টপোলজিকাল বৈশিষ্ট্যগুলি ডিএনএ স্ট্র্যান্ডের কাঠামোগত পরিবর্তন দ্বারা প্রভাবিত হয় না যদি স্ট্র্যান্ড ব্রেক না থাকে। টপোলজিকাল বৈশিষ্ট্যগুলি একচেটিয়াভাবে চিনি-ফসফেট ব্যাকবোন ভেঙ্গে এবং ডিএনএ স্ট্র্যান্ডগুলির যে কোনও একটিতে পুনরায় যোগদানের দ্বারা বিরক্ত হয়। আমরা বর্তমানে সুপারকোলিংয়ের মৌলিক বৈশিষ্ট্য এবং শারীরিক ভিত্তি পরীক্ষা করি।

বেশিরভাগ সেলুলার ডিএনএ আন্ডারওয়াউন্ড

সুপারকোলিংকে চিনতে, আমাদের প্রাথমিকভাবে ছোট ভাইরাল ডিএনএ এবং প্লাজমিডের মতো ছোট বৃত্তাকার ডিএনএর বৈশিষ্ট্যগুলিতে মনোনিবেশ করা উচিত। যদি ডিএনএ-এর কোনো স্ট্র্যান্ডে বিরতি না থাকে তবে এটি একটি বন্ধ বৃত্তাকার ডিএনএ হিসাবে বিবেচিত হয়। ধরুন একটি বৃত্তাকার ডিএনএ অণুর ডিএনএ ঘনিষ্ঠভাবে সারিবদ্ধ করে একটি বি-ফর্ম গঠন তৈরি করে, যেমনটি ওয়াটসন-ক্রিক উল্লেখ করেছেন। বি-ডিএনএ-র একটি বাঁক 10.5 bp নিয়ে গঠিত; তারপর, ডিএনএ সুপারকোয়েলের পরিবর্তে শিথিল হয়।

যখন ডিএনএ কাঠামোগত স্ট্রেনের শিকার হয় তখন সুপারকোলিং পরিলক্ষিত হয়। বিশুদ্ধ বৃত্তাকার ডিএনএ খুব কমই শিথিল অবস্থায় পাওয়া যায়, তার উত্স নির্বিশেষে। এছাড়াও, ডিএনএ এর উৎস বা উৎপত্তির উপর নির্ভর করে সুপারকয়লিং এর একটি বৈশিষ্ট্যগত ডিগ্রী রয়েছে। ডিএনএ স্ট্রাকচার স্ট্রেনড হয় যাতে এটি সুপারকয়লিং এর মধ্য দিয়ে যেতে পারে। প্রায় প্রতিটি ইভেন্টে, স্ট্রেনটি বৃত্তাকার ডাবল-হেলিকাল ডিএনএর আন্ডারওয়াইন্ডিং এর ফলাফল।

  • অর্থাৎ, B-DNA কাঠামোর তুলনায় ডিএনএ-তে কম হেলিকাল বাঁক রয়েছে।
  • বি-ডিএনএ এক পাল্লায় 10.5 বেস পেয়ার (বিপি) ধারণ করে।
  • সুতরাং, একটি শিথিল বৃত্তাকার ডিএনএর একটি 84 bp খণ্ডের আটটি হেলিকাল বাঁক থাকবে। অথবা প্রতিটি 10.5 bp এর জন্য একটি পালা।
  • যদি এই বাঁকগুলির একটি মুছে ফেলা হয়, তাহলে B-DNA-তে পাওয়া 84 এর পরিবর্তে (7 bp)/12.0 = 10.5 bp প্রতি টার্ন হবে।

এটি ডিএনএ কাঠামোর সবচেয়ে স্থিতিশীল ফর্ম থেকে একটি বিচ্যুতি, এবং ডিএনএ অণু সেই অনুযায়ী তাপগতিগতভাবে চাপযুক্ত। সাধারণত, এই 84 bp সেকশনে একটি সুপারকয়েল ফ্রেম করার জন্য ডিএনএ অক্ষকে নিজের উপর কুণ্ডলী করে প্রচুর স্ট্রেন জমা করা হবে, এটি বড় ডিএনএ কণার অপরিবর্তিত কাঠামোতে ছড়িয়ে পড়বে)।

একটি মৌলিক স্তরে, প্রায় দশ bp দূরত্বের জন্য দুটি ডিএনএ স্ট্র্যান্ড আলাদা করে স্ট্রেন প্ররোচিত করা যেতে পারে।

বৃত্তাকার ডিএনএ-তে, আন্ডারওয়াইন্ডিং দ্বারা উপস্থাপিত স্ট্রেন সাধারণত স্ট্র্যান্ড সেগ্রিগেশনের পরিবর্তে সুপারকয়েলিং দ্বারা জমা হয়, যেহেতু ডিএনএর অক্ষে কুণ্ডলীকরণের জন্য সাধারণত পরিপূরক বেস জোড়াগুলির মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধন ভাঙার চেয়ে কম শক্তির প্রয়োজন হয়। 

গুরুত্বপূর্ণ দ্রষ্টব্য: যদিও ভিভোতে ডিএনএর আন্ডারওয়াইন্ডিং ডিএনএ স্ট্র্যান্ডগুলিকে আলাদা করা সহজ করে তোলে, তাদের মধ্যে থাকা জেনেটিক তথ্যগুলিতে অ্যাক্সেসের প্রস্তাব দেয়৷

প্রতিটি কোষ ক্রমাগত এনজাইমেটিক চক্রের সাহায্যে তার ডিএনএকে আন্ডারওয়াইন্ড করে এবং পরবর্তী স্ট্রেনড অবস্থা এক ধরনের সঞ্চিত শক্তি গঠন করে। কোষগুলি ডিএনএকে আন্ডারওয়াউন্ড আকারে রাখে যাতে এটি সহজেই কুণ্ডলী করা যায়। ডিএনএর আন্ডারওয়াইন্ডিং ডিএনএর জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ বিপাকীয় এনজাইম যে তাদের ফাংশন একটি উপাদান হিসাবে স্ট্র্যান্ড বিচ্ছেদ প্রয়োজন.

আন্ডারওয়াউন্ড স্টেটটি শুধুমাত্র বন্ধ বৃত্তাকার ডিএনএর ক্ষেত্রেই রাখা হয়, অথবা এটি অবশ্যই প্রোটিন (হিস্টোন) দিয়ে আবদ্ধ হতে হবে যাতে স্ট্র্যান্ডগুলি একে অপরের চারপাশে আবৃত না হয়। যদি একটি বৃত্তাকার ডিএনএ-র স্ট্র্যান্ড ভেঙে যায় যা পৃথকীকৃত এবং অ-প্রোটিন আবদ্ধ থাকে, তবে বিন্দুতে অবাধ চলাচল বা ঘূর্ণন আন্ডারওয়াউন্ড ডিএনএকে অবিলম্বে তার শিথিল অবস্থায় ফিরিয়ে আনবে। বৃত্তাকার ডিএনএ-তে, হেলিকাল বাঁকগুলির সংখ্যা সুপারকোলিং ডিগ্রি প্রদান করে।

টপোলজিক্যাল লিঙ্কিং নম্বর ডিএনএ আন্ডারওয়াইন্ডিংকে সংজ্ঞায়িত করে

টপোলজি বিভিন্ন চিন্তাভাবনা দেয় যা এই কথোপকথনের জন্য সহায়ক, বিশেষ করে নম্বর লিঙ্ক করার ধারণা। লিঙ্কিং নম্বর হল ডাবল হেলিকাল ডিএনএ-এর টপোলজিকাল বৈশিষ্ট্যের উপর ভিত্তি করে একটি সম্পত্তি কারণ ডিএনএ বিকৃত হলে বা ভাঙা ছাড়াই এটি পরিবর্তন হয় না। লিঙ্কিং নম্বর (Lk) এতে প্রদর্শিত হয়।

আমাদের একটি ডবল হেলিকাল বৃত্তাকার ডিএনএর দুটি স্ট্র্যান্ডের বিচ্ছিন্নতার চিত্র দিয়ে শুরু করা উচিত। দুটি স্ট্র্যান্ড সংযুক্ত থাকলে, তারা একটি টপোলজিক্যাল বন্ডের মাধ্যমে উত্পাদনশীলভাবে যুক্ত হয়। সমস্ত বেস স্ট্যাকিং মিথস্ক্রিয়া এবং হাইড্রোজেন বন্ড নির্বিশেষে, টপোলজিক্যাল বন্ড এখনও দুটি স্ট্র্যান্ডের সাথে যোগ দেয়।

যদি আমরা একটি বৃত্তাকার ডিএনএর একটি স্ট্র্যান্ডকে পৃষ্ঠ হিসাবে বিবেচনা করি (উদাহরণস্বরূপ, একটি সাবান ফিল্ম), লিঙ্কিং নম্বরটিকে দ্বিতীয় স্ট্র্যান্ডের কারণে পৃষ্ঠের অনুপ্রবেশের সংখ্যা হিসাবে চিত্রিত করা হয়। একটি বৃত্তাকার ডিএনএর জন্য, লিঙ্কিং নম্বর সর্বদা একটি পূর্ণসংখ্যার মান।

প্রচলিতভাবে, সংযোগকারী সংখ্যাটি ধনাত্মক হয় যখন DNA ডাবল হেলিক্সের স্ট্র্যান্ডগুলি একটি ডান হাতের হেলিক্সে আন্তঃক্ষত হয়। যদি ডিএনএ ডাবল হেলিক্সের স্ট্র্যান্ডগুলি বাম-হাতের হেলিক্সে আন্তঃক্ষত হয়, লিঙ্কিং নম্বরটি ঋণাত্মক হবে। নেতিবাচক লিঙ্কিং সংখ্যাগুলি কার্যত ডিএনএ-তে সম্মুখীন হয় না।

যখন বৃত্তাকার ডিএনএ অণু শিথিল হয়, তখন সংযোগকারী সংখ্যাটি সহজেই ডিএনএ অণুর কয়েকটি বেস জোড়া দ্বারা বেস পেয়ার প্রতি টার্ন (~10.5) দ্বারা নির্ধারণ করা যেতে পারে। 2100 bp বিশিষ্ট একটি বৃত্তাকার ডিএনএর জন্য, এটি 200 এর একটি লিঙ্কিং সংখ্যা প্রদর্শন করবে।

লিঙ্কিং নম্বরটি সেই ডিএনএ অণুগুলির জন্য গণনা করা হয় যেগুলি ডিএনএ স্ট্র্যান্ডগুলির একটিতেও ভাঙে না। স্ট্র্যান্ড ভাঙ্গার ক্ষেত্রে, টপোলজিক্যাল বন্ধন বিদ্যমান নেই; তাই লিঙ্কিং নম্বর অনির্ধারিত থেকে যায়।

আমরা এখন লিঙ্কিং নম্বর পরিবর্তনের ফলে ডিএনএ আন্ডারওয়াইন্ডিং চিত্রিত করতে সক্ষম হয়েছি। শিথিল ডিএনএ-তে সংযোগকারী নম্বর, Lk0, দৃষ্টিকোণ (রেফারেন্স) এর উৎস হিসাবে ব্যবহার করা হয়। একটি DNA অণুর জন্য লিঙ্কিং নম্বর = 200 (Lk0 = 200), যদি এই ডিএনএ অণু থেকে দুটি বাঁক নেওয়া হয় বা সরানো হয়, Lk = 198। সমীকরণটি পরিবর্তনটি চিত্রিত করতে পারে:

∆Lk = Lk – Lk0

∆Lk = 198 – 200 = -2

নির্দিষ্ট লিঙ্কিং পার্থক্য (σ) বা সুপারহেলিকাল ঘনত্ব (এই পরিমাণটি ডিএনএ দৈর্ঘ্যের উপর নির্ভর করে না) পরিপ্রেক্ষিতে লিঙ্কিং সংখ্যার পরিবর্তন প্রকাশ করা অনেক ভাল। নির্দিষ্ট লিঙ্কিং নম্বরকে গাণিতিকভাবে সংজ্ঞায়িত করা হয় ডিএনএ-এর শিথিল অবস্থায় উপস্থিত একাধিক বাঁক দ্বারা বিভক্ত করা বাঁকগুলির সংখ্যা (লিঙ্কিং নম্বরে পরিবর্তন) হিসাবে।

σ = ∆Lk/Lk0

সুতরাং, একটি DNA অণুর জন্য যার লিঙ্কিং সংখ্যা 200, যদি এটি থেকে দুটি বাঁক সরানো হয়, তবে নির্দিষ্ট লিঙ্কিং পার্থক্য হয়ে যায়

σ = -2/200 = -0.01 

এটি দেখায় যে বি-ডিএনএ অণুতে উপস্থিত মোট হেলিকাল বাঁকগুলির মধ্যে 2টির মধ্যে 200টি (1%) অপসারণ করা হয়েছে।

ইতিবাচক সুপারকোলিং | নেতিবাচক সুপারকোলিং

সেলুলার ডিএনএর আন্ডারওয়াইন্ডিং ডিগ্রী সাধারণত 5% থেকে 7% হয়; অর্থাৎ, -0.05 থেকে -0.07। এই নেতিবাচক চিহ্নটি দেখায় যে লিঙ্কিং নম্বরের পরিবর্তন আন্ডারওয়াইন্ড বা ডিএনএ আন্ডারওয়াইন্ডিংয়ের কারণে প্রত্যাশিত। আন্ডারওয়াইন্ডিং দ্বারা ট্রিগার হওয়া সুপারকয়লিংকে এইভাবে নেতিবাচক সুপারকয়লিং হিসাবে চিহ্নিত করা হয়। পর্যায়ক্রমে, নির্দিষ্ট অবস্থার অধীনে, ডিএনএ ওভারওয়াউন্ড হতে পারে, যা ইতিবাচক সুপারকয়লিং নিয়ে আসে।

গুরুত্বপূর্ণ তথ্য: ইতিবাচক সুপারকয়লিং (ওভারওয়াউন্ড ডিএনএ) দ্বারা সৃষ্ট ডিএনএ অক্ষে মোচড়ের পথটি নেতিবাচক সুপারকয়লিং (আন্ডারওয়াউন্ড ডিএনএ) দ্বারা সৃষ্ট ডিএনএ অক্ষকে মোচড়ানোর মিরর ইমেজ।

সুপারকোলিং অবশ্যই একটি নির্বিচারে মিথস্ক্রিয়া নয়; সুপারকয়লিং সাধারণত B-DNA-এর লিঙ্কিং সংখ্যা বৃদ্ধি বা হ্রাস করে DNA-তে প্রদত্ত টরসিয়াল স্ট্রেন দ্বারা পরিচালিত হয়। 

একটি ডিএনএ স্ট্র্যান্ডের বিচ্ছেদের মাধ্যমে লিঙ্কিং নম্বর পরিবর্তন হয়, একটি প্রান্তকে 360 দ্বারা বাঁকানো হয়o স্ট্র্যান্ড (অবিচ্ছিন্ন) এবং বি-ডিএনএর ভাঙা প্রান্তে পুনরায় যোগদান সম্পর্কে।

এই পরিবর্তন বৃত্তাকার ডিএনএ-তে ভিত্তি জোড়া বা পরমাণুর সংখ্যাকে বিরক্ত করে না। দুই ধরনের বৃত্তাকার ডিএনএ যা টপোলজিক্যাল প্রপার্টিতে পরিবর্তিত হয় (উদাহরণস্বরূপ, লিঙ্কিং নম্বর) বলা হয় topoisomers.

ইতিবাচক এবং নেতিবাচক সুপারকয়লিং
চিত্র: ডিএনএ-তে ইতিবাচক এবং নেতিবাচক সুপারকয়েলিংয়ের প্রতিনিধিত্ব https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/98/Subhash_nucleoid_06.png

লিঙ্কিং নম্বর দুটি প্রাথমিক উপাদানে ভাগ করা যেতে পারে যা টুইস্ট (Tw) এবং Writhe (Wr) নামে পরিচিত। এগুলি লিঙ্কিং নম্বরের চেয়ে চিত্রিত করা কঠিন। তবুও, রাইথকে হেলিকাল অক্ষের কুন্ডলীকরণের একটি কাজ হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে এবং টুইস্ট প্রতিবেশী বেস জোড়া এবং স্থানীয় মোচড়ের স্থানিক সম্পর্ক হিসাবে নির্ধারিত হয়। এই মুহুর্তে, লিঙ্কিং সংখ্যার পরিবর্তনের ফলে স্ট্রেনের অনুপাতের পরিবর্তন হয় যা সাধারণত রাইথ (সুপারকোয়লিং) দ্বারা তৈরি হয় এবং টুইস্টের বিভিন্নতার দ্বারা কয়েকটি, এটি সমীকরণ দ্বারা অনুসরণ করা হয়:

Lk Tw Wr

Tw এবং Wr অগত্যা পূর্ণসংখ্যা নয়। Writhe এবং Twist হল টপোলজিকাল বৈশিষ্ট্যের পরিবর্তে জ্যামিতিক বৈশিষ্ট্য কারণ বিকৃতি তাদের বৃত্তাকার DNA-তে পরিবর্তন করতে পারে।

এগুলি সুপারকোলিং ঘটায় এবং স্ট্র্যান্ড সেগ্রিগেশনকে আরও সহজ করে তোলে। ডিএনএ-এর আন্ডারওয়াইন্ডিং বৃত্তাকার ডিএনএ-তে অন্যান্য কাঠামোগত পরিবর্তনের সাথে সংযোজনে কাজ করে। এগুলোর শারীরবৃত্তীয় তাৎপর্য কম তবে আন্ডারওয়াইন্ডিং এর প্রভাব দেখাতে সাহায্য করে।

একটি ক্রুসিফর্মে সাধারণত কয়েকটি জোড়াবিহীন ঘাঁটি থাকে; ডিএনএ আন্ডারওয়াইন্ডিং প্রয়োজনীয় স্ট্র্যান্ড বিচ্ছেদ বজায় রাখতে সহায়তা করে। ডান হাতের ডাবল হেলিকাল ডিএনএ আন্ডারওয়াইন্ডিংয়ের ফলে জেড-ডিএনএ-এর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ নিউক্লিওটাইড ক্রমযুক্ত স্থানে বাম-হাতের জেড-ডিএনএ-এর ছোট প্যাচ তৈরি হয়।

টপোইসোমারেজ | লিঙ্কিং নম্বরে পরিবর্তন | নেতিবাচক সুপারকোলিং এর ভূমিকা

ডিএনএ সুপারকোলিং একটি প্রক্রিয়া যা ডিএনএ বিপাককে প্রভাবিত করে। প্রতিটি কোষে ডিএনএ ডাবল হেলিক্সকে আন্ডারওয়াইন্ডিং বা সম্ভাব্য শিথিল করার একমাত্র ক্ষমতা সহ নির্দিষ্ট এনজাইম রয়েছে। যে এনজাইমগুলি ডিএনএ আন্ডারওয়াইন্ডিং হ্রাস বা বৃদ্ধি ঘটায় তা টপোইসোমেরাসেস নামে পরিচিত; তারা সাধারণত সুপারকয়লিং বজায় রাখতে ডিএনএর লিঙ্কিং নম্বর পরিবর্তন করে।

topoisomerase
চিত্র: টোপোইসোমারেজের ক্রিয়া এবং প্রতিরোধের প্রক্রিয়া
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Topoisomerase_DNA.gif#/media/File:Topoisomerase_DNA.gif

এই এনজাইমগুলি ডিএনএ প্যাকেজিং এবং ডিএনএর প্রতিলিপি প্রক্রিয়াতে বিশেষভাবে উল্লেখযোগ্য ভূমিকা প্রদর্শন করে। বিস্তৃতভাবে টপোইসোমারেজ দুটি প্রধান প্রকারে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়:

  • টাইপ I টপোইসোমেরাসেস ডাবল হেলিকাল ডিএনএ থেকে একটি স্ট্র্যান্ডকে ভেঙে দেয়। এটি ফাঁক দিয়ে অবিচ্ছিন্ন ডিএনএ স্ট্র্যান্ড পাস করে এবং ভাঙা প্রান্তকে আটকায়; টাইপ I টপোইসোমারেজ 1 বৃদ্ধির দ্বারা Lk-এ পরিবর্তন আনে। 
  • টাইপ II টোপোইসোমেরাসেস ডাবল হেলিকাল ডিএনএ ডাবল হেলিক্সের উভয় স্ট্র্যান্ড ভেঙে দেয় এবং Lk কে 2 বৃদ্ধি করে পরিবর্তন করে।

ডিএনএর টপোলজিতে টপোইসোমেরাসের প্রভাব জেল ইলেক্ট্রোফোরেসিস (অ্যাগারোজ) দ্বারা বর্ণনা করা যেতে পারে। ইলেক্ট্রোফোরেসিসের সময় সমান লিঙ্কিং নম্বর সহ অনুরূপ প্লাজমিড ডিএনএর একটি জনসংখ্যা একটি বিচ্ছিন্ন ব্যান্ড হিসাবে ভ্রমণ করে। এই কৌশল দ্বারা 1 Lk মান দ্বারা পরিবর্তিত টপোইসোমারগুলিকে বিচ্ছিন্ন করা যেতে পারে, তাই টপোইসোমেরাসেস দ্বারা প্ররোচিত লিঙ্কিং সংখ্যার পরিবর্তন সহজেই সনাক্ত করা যেতে পারে।

E. coli এর চারটি স্বতন্ত্র স্বতন্ত্র টপোইসোমেরাস (I থেকে IV) রয়েছে। টাইপ I (টপোইসোমেরাস I এবং III অন্তর্ভুক্ত): 

সাধারণত ঋণাত্মক সুপারকয়েল (এইভাবে, Lk মান বৃদ্ধি) নির্মূল করে DNA ডাবল হেলিক্স শিথিল করে। ব্যাকটেরিয়া টাইপ I টপোইসোমেরাস কীভাবে লিঙ্কিং সংখ্যা বাড়ায় তা ব্যাখ্যা করা হয়েছে। একটি টাইপ II ব্যাকটেরিয়াল টপোইসোমেরাস বা ডিএনএ গাইরেস, নেতিবাচক সুপারকয়েল প্ররোচিত করতে এবং অবশেষে Lk মান হ্রাস করতে সক্ষম।

এটি এটি অর্জন করতে এটিপির শক্তি ব্যবহার করে। ডিএনএ ডাবল হেলিক্সের লিঙ্কিং নম্বর পরিবর্তন করতে, টাইপ II টোপোইসোমেরাসেস ডিএনএ ডাবল হেলিক্সের দুটি স্ট্র্যান্ডকে আলাদা করে এবং পরে এটি বিরতির মাধ্যমে অন্য ডুপ্লেক্স অতিক্রম করতে দেয়। ব্যাকটেরিয়া ডিএনএ-এর সুপারকয়েলিংয়ের স্তর সম্পূর্ণরূপে টপোইসোমেরাসেস I এবং II নিয়ন্ত্রণের অধীনে। ইউক্যারিওটে অতিরিক্ত টাইপ I এবং টাইপ II উভয়ই টপোইসোমেরাস থাকে।

টপোইসোমেরাসেস I এবং III টাইপ I এনজাইমের শ্রেণীর অন্তর্গত; যখন টাইপ II এনজাইমের মধ্যে রয়েছে টপোইসোমেরাসেস II-α এবং II-β। ইউক্যারিওটিক টাইপ II টপোইসোমেরাসিস ডিএনএ আন্ডারওয়াইন্ড করতে পারে না (নেতিবাচক সুপারকয়লিং প্ররোচিত করে), তবুও তারা নেতিবাচক এবং ইতিবাচক সুপারকয়লিং শিথিল করতে পারে।

সুপারকোলিং এবং নেতিবাচক আবেশন
চিত্র: ডিএনএ-তে নেতিবাচক সুপারকয়েলিংয়ের আবেশ https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Subhash_nucleoid_04.png#/media/File:Subhash_nucleoid_04.png

আমরা নেতিবাচক সুপারকয়েল শুরু হওয়ার সম্ভাবনা বিবেচনা করব ইউক্যারিওটিক কোষ আমাদের পরবর্তী আলোচনায় ক্রোমাটিনের কথোপকথনে।

ডিএনএ কম্প্যাকশনের জন্য সুপারকোলিং প্রয়োজন

সুপারকোয়েলড ডিএনএ ডাবল হেলিক্স বিভিন্ন ক্ষেত্রে অভিন্ন। সুপারকয়লিং একটি ডিএনএ অণুতে ডান হাত দিয়ে থাকে যা নেতিবাচকভাবে সুপারকোয়েল করা হয় এবং তারা অসংখ্য শাখা সহ একটি কম্প্যাক্ট কাঠামো প্রদর্শন করার পরিবর্তে সরু এবং প্রসারিত হতে থাকে। এই সুপারহেলিকাল ঘনত্বে যা সাধারণত কোষে অনুভূত হয়, শাখাগুলির সাথে সুপারকয়েলিংয়ের অক্ষের দৈর্ঘ্য, মোট ডিএনএ দৈর্ঘ্যের প্রায় 40% গঠন করে।

এই ধরনের সুপারকয়লিংকে প্লেটোনেমিক সুপারকয়লিং বলা হয় (এটি গ্রীক শব্দ "প্লেক্টোস" মানে "বাঁকা" এবং "নেমা" মানে "স্ট্রিং" এর সংমিশ্রণ)।

এই শব্দটি নিয়মিতভাবে ইন্টারলেস করা স্ট্র্যান্ডগুলির সাথে যেকোন ডিজাইনের ক্ষেত্রে প্রযোজ্য এবং এটি প্লেকটোমিক সুপারকয়লিং-এ সুপারকোয়েলড ডিএনএর সামগ্রিক কাঠামোর একটি শালীন বর্ণনা। ল্যাবে পৃথক ডিএনএ-তে দেখানো কাঠামো প্যাক করা সেলুলার ডিএনএ-তে পর্যাপ্ত কম্প্যাকশন সরবরাহ করে না। দ্বিতীয় ধরনের সুপারকোলিং, যা সোলেনয়েডাল নামে পরিচিত, একটি আন্ডারওয়াউন্ড ডিএনএ দ্বারা উত্পাদিত হতে পারে।

Solenoid 30 nm ফাইবার গঠন কাছাকাছি এবং দূরে দূরে
চিত্র: ডিএনএ-তে পাওয়া Solenoidal Supercoiling-এর উদাহরণ https://en.wikipedia.org/wiki/File:Solenoid_30_nm_fibre_structure_closer_and_farther_away.png

প্লেটোনেমিক ফর্মের বিপরীতে (প্রসারিত ডান-হাতে সুপারকয়েলিং দ্বারা চিহ্নিত), সোলেনয়েডাল সুপারকয়লিং টাইট বাম-হাতে বাঁক দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। নির্বিশেষে যে তাদের গঠনগুলি একে অপরের থেকে ব্যাপকভাবে আলাদা, সোলেনয়েডাল এবং প্লেকটোমিক হল দুটি ধরণের নেতিবাচক সুপারকয়লিং যা আন্ডারওয়াউন্ড ডিএনএর অনুরূপ টুকরো গ্রহণ করতে পারে।

দুটি কাঠামো প্রায়শই আন্তঃপরিবর্তনযোগ্য। যাইহোক, plectonemic গঠন আরো স্থিতিশীল। কিন্তু সোলেনয়েডাল গঠন প্রায়ই প্রোটিন বাঁধাই দ্বারা স্থিতিশীল হয়, যা ক্রোমাটিনে পাওয়া কাঠামো। এটি অনেক উচ্চ স্তরের কম্প্যাকশন দেয়। Solenoidal Supercoiling-এ, আন্ডারওয়াইন্ডিং DNA কম্প্যাকশনের দিকে অবদান রাখে।

উপসংহার

এই প্রবন্ধে আমরা ডিএনএ-এর সুপারকোলিং প্রক্রিয়া এবং সুপারকয়লিং প্রক্রিয়ার সাথে জড়িত এনজাইম এবং প্রোটিন সম্পর্কে গভীর আলোচনা করেছি। আমরা আসন্ন পোস্টগুলিতে ডিএনএর আরও দিক নিয়ে আলোচনা চালিয়ে যাব। DNA এর গঠন সম্পর্কে জানতে এখানে ক্লিক করুন

ইন্টারভিউ প্রশ্নোত্তর

প্রশ্ন 1 কেন ইতিবাচক সুপারকয়লিং গুরুত্বপূর্ণ?

উত্তর: ইতিবাচক ডিএনএ সুপারকয়লিং হিস্টোন থেকে ডিএনএ মুক্ত করার সুবিধা দেয় এবং ভিট্রোতে নিউক্লিওসোম গঠন পরিবর্তন করে; বিপরীতভাবে, নিউক্লিওসোমগুলি দ্রুত নেতিবাচক ডিএনএ সুপারকোয়েল তৈরি করে। এইভাবে, এটি বিবেচনা করা হয় যে প্রতিলিপির প্রতিটি ইভেন্টে, ধনাত্মক সুপারকয়লিংকে RNA পলিমারেজের পরে ধাক্কা দেওয়া হয়। পুঞ্জীভূত ইতিবাচক টরসিয়াল স্ট্রেস নিউক্লিওসোমে পরিবর্তনের সূত্রপাত করে এবং এমন পরিস্থিতি তৈরি করে যেখানে পলিমারেজ দক্ষতার সাথে সমগ্র নিউক্লিওসোমাল অ্যারের মাধ্যমে প্রতিলিপি করে।

Q2 সুপারকয়লিং কি ভাল না খারাপ?

উত্তর: ডিএনএ-এর সুপারকয়লিং গুরুত্বপূর্ণ কারণ ডিএনএ একটি খুব দীর্ঘ অণু, এবং এটিকে মাইক্রোমিটারের ব্যাসার্ধের একটি কোষে ফিট করতে হবে। ফিট করার জন্য উইন্ডিংয়ের লুপের মধ্যে বারবার লুপের প্রয়োজন হয়, এই ধরনের উইন্ডিংকে সুপারকয়লিং বলা হয়। এটি প্রতিলিপি এবং প্রতিলিপি প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ করে। 

প্রশ্ন 3 কিভাবে DNA এর ধনাত্মক সুপারকয়লিং বৃদ্ধি পায়?

উত্তর: ডিএনএ-এর ইতিবাচক সুপারকয়লিং ঘটে যখন হেলিক্সটি গিঁট শুরু না হওয়া পর্যন্ত ডিএনএর ডান-হাত, ডাবল হেলিক্সটি আরও শক্তভাবে বাঁকানো হয় (ডান-প্রদত্ত নকশায় বিকৃত)।

ব্যাকটেরিয়ায় Q4 নেতিবাচক সুপারকয়লিং

উত্তর: ব্যাকটেরিয়াল ডিএনএ সাধারণত ব্যাকটেরিয়া কোষে নেতিবাচক সুপারকয়লিং প্রদর্শন করে কারণ এতে হেলিকাল টার্নের ঘাটতি থাকে। এর বি-ডিএনএ কাঠামোতে, ডিএনএ ডাবল হেলিক্সের স্ট্র্যান্ডগুলি প্রতি 10.5 বেস জোড়ার পরে একটি সম্পূর্ণ বাঁক তৈরি করে। বাঁকের সংখ্যা বৃদ্ধি ডিএনএ ডাবল হেলিক্সকে আরও শক্ত করে তোলে এবং ডিএনএ ডাবল হেলিক্সে অক্ষীয় কয়েলিংয়ের কারণে পজিটিভ রাইথিং হয়। ডুপ্লেক্সকে আন্ডারওয়াইন্ড করার মাধ্যমে বাঁক নির্মূল করা বিপরীত প্রভাব ফেলে, ডুপ্লেক্সটিকে নেতিবাচকভাবে কুঁচকে দেয়।

প্রশ্ন 5 কেন নেতিবাচক সুপারকোলিং গুরুত্বপূর্ণ?

উত্তর: প্রতিলিপি এবং প্রতিলিপির সময় DNA-এর স্ট্র্যান্ড সেগ্রিগেশনের একটি উল্লেখযোগ্য প্রাকৃতিক কাজ আছে নেগেটিভ সুপারকয়েলিংয়ের। স্ট্র্যান্ড বিচ্ছেদ নেতিবাচক সুপারকোয়েলড ডিএনএ-তে টরসিয়াল স্ট্রেস হ্রাস করে। এইভাবে, শিথিল ডিএনএ-র তুলনায় ঋণাত্মক সুপারকোয়েলড ডিএনএ-তে স্ট্র্যান্ডগুলিকে আলাদা করা শক্তিগতভাবে কম ব্যয়বহুল এবং শক্তির পার্থক্য ডিএনএ শিথিলকরণ দ্বারা সজ্জিত করা হয়।

Q6 কেন ইতিবাচকভাবে সুপারকয়লিং ডিএনএ উচ্চ তাপমাত্রায় ডিএনএকে আরও স্থিতিশীল করে তোলে?

উত্তর: ইতিবাচক ডিএনএ সুপারকয়লিং দুটি ডিএনএ স্ট্র্যান্ডের মধ্যে লিঙ্কের সংখ্যা বাড়ায়। ডিএনএ ডাবল হেলিক্সের তাপ-প্ররোচিত বিকৃতকরণের বিরুদ্ধে প্রতিরোধ ক্ষমতা প্রদান করে এমন একটি গঠন এটিকে হাইপার-থার্মোফিলিক অবস্থার অধীনে স্থিতিশীল করে তোলে। হাইপার-থার্মোফিলিক অবস্থার অধীনে বসবাসকারী ব্যাকটেরিয়া থেকে প্লাজমিডগুলি বিচ্ছিন্ন হওয়া ব্যাকটেরিয়া থেকে বিচ্ছিন্ন প্লাজমিডগুলির তুলনায় একটি উচ্চ সংযোগকারী সংখ্যা প্রদর্শন করে যা এই পরিস্থিতিতে বসবাস করে না।

Q7 কেন সুপারকয়েল প্লাজমিড ডিএনএ অন্যান্য ফর্ম এক্স লিনিয়ারের তুলনায় সবচেয়ে কম প্রতিরোধের সাথে অ্যাগারোজের মাধ্যমে স্থানান্তরিত হয়?

উত্তর: এর সুপারকোয়েলড প্রকৃতির কারণে, ডিএনএ টুকরা আকারে ছোট হয়ে যায় এবং এইভাবে জেল থেকে কম ঘর্ষণজনিত বাধা অনুভব করে-এর ফলে ডিএনএর এই ফর্মটির গতিবিধি অন্যান্য ফর্মের তুলনায় দ্রুত হয়।

প্রশ্ন 8 সীমাবদ্ধ এবং অনিয়ন্ত্রিত DNA সুপারকয়েলিংয়ের মধ্যে পার্থক্য কী?

উত্তর: টপোলজিক্যাল স্ট্রেনের কারণে "মুক্ত" ডিএনএ-তে সুপারকয়েলিংকে চিত্রিত করতে "অনিয়ন্ত্রিত" শব্দটি ব্যবহার করা হয়। এটি সমর্থিত বা প্রোটিনের উপর নির্ভরশীল নয়, ইউক্যারিওটে এর মূল্য কী, যেখানে প্রায় 147 টি বেস জোড়া ডিএনএ নিউক্লিওসোমের চারপাশে কুঁচকানো হয়, যা মূলত 2 ইউনিট হিস্টোন H2A, H2B, H3 এবং H4 দিয়ে তৈরি একটি হিস্টোন অক্টামার। এই ধরনের সুপারকোলিংকে "সীমাবদ্ধ" হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ করা হয় কারণ নিউক্লিওসোম গঠন এটিকে সীমাবদ্ধ করে।

প্রশ্ন 9 কোন এনজাইম DNA ডুপ্লেক্সের একটি স্ট্র্যান্ড কেটে দুটি স্ট্র্যান্ডের কুণ্ডলী বের করতে সাহায্য করে?

উত্তর: Topoisomerase স্ট্র্যান্ডে কাটা এবং কয়েলিং ছেড়ে দেয়। টাইপ I টপোইসোমেরাসেস ডাবল হেলিকাল ডিএনএ থেকে একটি স্ট্র্যান্ডকে ভেঙে দেয়। এটি ফাঁক দিয়ে অবিচ্ছিন্ন ডিএনএ স্ট্র্যান্ড পাস করে এবং ভাঙা প্রান্তকে আটকায়; টাইপ I টপোইসোমেরাস 1 এর বৃদ্ধির মাধ্যমে Lk-এ পরিবর্তন আনে। টাইপ II টপোইসোমেরাস ডাবল হেলিকাল ডিএনএ ডাবল হেলিক্সের উভয় স্ট্র্যান্ড ভেঙে দেয় এবং 2 বৃদ্ধির মাধ্যমে Lk পরিবর্তন করে।

প্রশ্ন 10 ব্যাকটেরিয়াল প্লাজমিড কি গোলাকার, নাকি তারা সুপারকোয়েলড?

উত্তর: অনেক প্রজাতিতে, ব্যাকটেরিয়া ডিএনএ বৃত্তাকার এবং নেতিবাচকভাবে সুপারকোয়েলড। মধ্য-বৃদ্ধি (সূচক) পর্যায়ে এসচেরিচিয়া কোলি থেকে বিশুদ্ধ একটি প্লাজমিড σ = −0.06 ডিগ্রীতে সুপারকোয়েল করা হয়। কোষের অভ্যন্তরে, অনিয়ন্ত্রিত সুপারকোলিং এই মানের প্রায় অর্ধেক।

এছাড়াও পড়ুন:

মতামত দিন