न्यूक्लिक एसिड संरचना

न्यूक्लिक अम्ल संरचना से तात्पर्य डीएनए और आरएनए जैसे न्यूक्लिक एसिड की संरचना से है। रासायनिक दृष्टि से डीएनए और आरएनए बहुत समान हैं। न्यूक्लिक एसिड संरचना को अक्सर चार प्राथमिक, द्वितीयक, तृतीयक और चतुर्धातुक अलग-अलग स्तरों में विभाजित किया जाता है।

प्राथमिक संरचना
प्राथमिक संरचना में न्यूक्लियोटाइड्स का एक रैखिक अनुक्रम होता है जो फॉस्फोडिएस्टर बंधन द्वारा एक साथ जुड़े होते हैं। यह न्यूक्लियोटाइड का यह रैखिक अनुक्रम है जो डीएनए या आरएनए की प्राथमिक संरचना बनाता है। न्यूक्लियोटाइड में तीन घटक होते हैं:
 * 1) न्यूक्लियोबेस
 * 2) एडीनाइन
 * 3) गुआनिन
 * 4) साइटोसिन
 * 5) थाइमिन (केवल डीएनए में मौजूद)
 * 6) यूरैसिल (केवल आरएनए में मौजूद)
 * 7) 5-कार्बन शर्करा जिसे डीऑक्सीराइबोज (डीएनए में पाई जाती है) और राइबोज (आरएनए में पाई जाती है) कहा जाता है।
 * 8) एक या एक से अधिक फॉस्फेट समूह.

नाइट्रोजन आधार एडेनिन और ग्वानिन संरचना में प्यूरीन हैं और उनके 9 नाइट्रोजन और डीऑक्सीराइबोज के 1' -OH समूह के बीच एक ग्लाइकोसिडिक बंधन बनाते हैं। साइटोसिन, थाइमिन और यूरैसिल पाइरीमिडीन हैं, इसलिए उनके 1 नाइट्रोजन और डीऑक्सीराइबोज के 1' -OH के बीच ग्लाइकोसिडिक बंधन बनते हैं। प्यूरीन और पाइरीमिडीन दोनों आधारों के लिए, फॉस्फेट समूह अपने नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए ऑक्सीजन समूहों में से एक और चीनी के 5' -OH के बीच एक एस्टर बंधन के माध्यम से डीऑक्सीराइबोज चीनी के साथ एक बंधन बनाता है। डीएनए और आरएनए में ध्रुवीयता रीढ़ की हड्डी में ऑक्सीजन और नाइट्रोजन परमाणुओं से उत्पन्न होती है। न्यूक्लिक एसिड तब बनते हैं जब न्यूक्लियोटाइड 5' और 3' कार्बन परमाणुओं के बीच फॉस्फोडिएस्टर लिंकेज के माध्यम से एक साथ आते हैं। न्यूक्लिक एसिड अनुक्रम डीएनए (जीएसीटी) या आरएनए (जीएसीयू) अणु के भीतर न्यूक्लियोटाइड का क्रम है जो अक्षरों की एक श्रृंखला द्वारा निर्धारित होता है। अनुक्रम 5' से 3' सिरे तक प्रस्तुत किए जाते हैं और पूरे अणु की सहसंयोजक संरचना निर्धारित करते हैं। अनुक्रम दूसरे अनुक्रम के पूरक हो सकते हैं क्योंकि प्रत्येक स्थिति का आधार पूरक होने के साथ-साथ विपरीत क्रम में भी होता है। एजीसीटी के पूरक अनुक्रम का एक उदाहरण टीसीजीए है। डीएनए डबल-स्ट्रैंडेड है जिसमें सेंस स्ट्रैंड और एंटीसेंस स्ट्रैंड दोनों शामिल हैं। इसलिए, पूरक अनुक्रम इंद्रिय तंतु के लिए होगा।



क्षार धातु आयनों के साथ परिसर
न्यूक्लिक एसिड पर तीन संभावित धातु बाइंडिंग समूह हैं: फॉस्फेट, चीनी, और बेस मोएटीज़। क्षार धातु आयनों के साथ परिसरों की ठोस-अवस्था संरचना की समीक्षा की गई है।

डीएनए
द्वितीयक संरचना आधारों के बीच अंतःक्रियाओं का सेट है, यानी, स्ट्रैंड के कौन से हिस्से एक-दूसरे से बंधे हैं। डीएनए दोहरी कुंडली  में, डीएनए के दो स्ट्रैंड हाइड्रोजन बंध द्वारा एक साथ बंधे होते हैं। एक स्ट्रैंड बेस पर न्यूक्लियोटाइड दूसरे स्ट्रैंड पर न्यूक्लियोटाइड के साथ जुड़ते हैं। द्वितीयक संरचना न्यूक्लिक एसिड के आकार के लिए जिम्मेदार होती है। डीएनए में आधारों को प्यूरीन और पाइरीमिडीन के रूप में वर्गीकृत किया गया है। प्यूरीन एडेनिन और गुआनिन हैं। प्यूरीन में एक दोहरी वलय संरचना, एक छह-सदस्यीय और नाइट्रोजन युक्त पांच-सदस्यीय वलय होती है। पाइरीमिडीन साइटोसिन और थाइमिन हैं। इसमें एक एकल वलय संरचना होती है, छह सदस्यीय वलय जिसमें नाइट्रोजन होता है। एक प्यूरीन बेस हमेशा पाइरीमिडीन बेस के साथ जुड़ता है (गुआनिन (जी) साइटोसिन (सी) के साथ जुड़ता है और एडेनिन (ए) थाइमिन (टी) या यूरैसिल (यू) के साथ जुड़ता है)। डीएनए की द्वितीयक संरचना मुख्य रूप से एक डबल हेलिक्स बनाने के लिए एक दूसरे के चारों ओर लिपटे दो पॉलीन्यूक्लियोटाइड स्ट्रैंड के आधार बाँधना द्वारा निर्धारित की जाती है। यद्यपि दोनों स्ट्रैंड आधार जोड़े में हाइड्रोजन बांड द्वारा संरेखित हैं, दोनों स्ट्रैंड को एक साथ रखने वाली मजबूत ताकतें आधारों के बीच परस्पर क्रिया को रोक रही हैं। ये स्टैकिंग इंटरैक्शन वैन डेर वाल्स बलों और हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन द्वारा स्थिर होते हैं, और बड़ी मात्रा में स्थानीय संरचनात्मक परिवर्तनशीलता दिखाते हैं। डबल हेलिक्स में दो खांचे भी होते हैं, जिन्हें उनके सापेक्ष आकार के आधार पर प्रमुख खांचे और छोटे खांचे कहा जाता है।

आरएनए
आरएनए की द्वितीयक संरचना में एकल पॉलीन्यूक्लियोटाइड होता है। आरएनए में बेस पेयरिंग तब होती है जब आरएनए पूरक क्षेत्रों के बीच मुड़ता है। एकल और दोहरे दोनों प्रकार के क्षेत्र अक्सर आरएनए अणुओं में पाए जाते हैं।

आरएनए की द्वितीयक संरचना में चार मूल तत्व हैं:


 * हेलिसेस
 * उभरना
 * लूप्स
 * जंक्शन

प्रतिसमानांतर तारें एक पेचदार आकृति बनाती हैं। उभार और आंतरिक लूप एक स्ट्रैंड (उभार) पर या दोनों स्ट्रैंड (आंतरिक लूप) पर डबल हेलिकल ट्रैक्ट को अयुग्मित न्यूक्लियोटाइड द्वारा अलग करने से बनते हैं।

नली का लूप या हेयरपिन लूप आरएनए माध्यमिक संरचना का सबसे आम तत्व है। स्टेम-लूप तब बनता है जब आरएनए श्रृंखलाएं खुद को वापस मोड़कर एक डबल हेलिकल ट्रैक्ट बनाती हैं जिसे 'स्टेम' कहा जाता है, अयुग्मित न्यूक्लियोटाइड एकल फंसे हुए क्षेत्र का निर्माण करते हैं जिसे 'लूप' कहा जाता है। टेट्रालूप एक चार-आधार जोड़े हेयरपिन आरएनए संरचना है। राइबोसोमल आरएनए में टेट्रालूप के तीन सामान्य परिवार हैं: यूएनसीजी, जीएनआरए, और सीयूयूजी (एन चार न्यूक्लियोटाइड में से एक है और आर एक प्यूरीन है)। यूएनसीजी सबसे स्थिर टेट्रालूप है।  स्यूडोकनोट  एक आरएनए माध्यमिक संरचना है जिसे सबसे पहले शलजम पीले मोज़ेक वायरस में पहचाना गया था। स्यूडोकनॉट तब बनते हैं जब हेयरपिन-लूप से न्यूक्लियोटाइड हेयरपिन के बाहर एक एकल फंसे हुए क्षेत्र के साथ जुड़कर एक पेचदार खंड बनाते हैं। एच-टाइप फोल्ड स्यूडोनॉट्स की सबसे अच्छी विशेषता है। एच-टाइप फोल्ड में, हेयरपिन-लूप में न्यूक्लियोटाइड्स हेयरपिन स्टेम के बाहर के आधारों के साथ जुड़कर दूसरा स्टेम और लूप बनाते हैं। इससे दो तनों और दो लूप वाली स्यूडोगाँठों का निर्माण होता है। स्यूडोक्नॉट्स आरएनए संरचना में कार्यात्मक तत्व हैं जिनके विविध कार्य हैं और आरएनए के अधिकांश वर्गों में पाए जाते हैं।

आरएनए की माध्यमिक संरचना की भविष्यवाणी माध्यमिक संरचना तत्वों, हेलिकॉप्टरों, लूपों और उभारों पर प्रयोगात्मक डेटा द्वारा की जा सकती है। डॉटनॉट-पीडब्लू पद्धति का उपयोग तुलनात्मक स्यूडोनॉट भविष्यवाणी के लिए किया जाता है। डॉटनॉट-पीडब्लू विधि में मुख्य बिंदु तनों, द्वितीयक तत्वों और एच-प्रकार स्यूडोनॉट्स में पाई जाने वाली समानताओं को स्कोर करना है।

तृतीयक संरचना
तृतीयक संरचना, ज्यामितीय और स्थैतिक बाधाओं को ध्यान में रखते हुए, त्रि-आयामी अंतरिक्ष में परमाणुओं के स्थान को संदर्भित करती है। यह द्वितीयक संरचना की तुलना में एक उच्च क्रम है, जिसमें एक रैखिक बहुलक में बड़े पैमाने पर तह होती है और पूरी श्रृंखला एक विशिष्ट 3-आयामी आकार में मुड़ जाती है। ऐसे 4 क्षेत्र हैं जिनमें डीएनए के संरचनात्मक रूप भिन्न हो सकते हैं।
 * 1) हैंडेडनेस - दाएँ या बाएँ
 * 2) हेलिक्स मोड़ की लंबाई
 * 3) प्रति मोड़ आधार जोड़े की संख्या
 * 4) बड़े और छोटे खांचे के बीच आकार में अंतर

अंतरिक्ष में डीएनए के दोहरे हेलिक्स की तृतीयक व्यवस्था में बी-डीएनए, ए-डीएनए और जेड-डीएनए शामिल हैं। ट्रिपल-स्ट्रैंडेड डीएनए संरचनाओं को दोहराए जाने वाले पॉलीप्यूरिन: पॉलीपाइरीमिडीन माइक्रोसैटेलाइट अनुक्रम और सैटेलाइट डीएनए में प्रदर्शित किया गया है।

बी-डीएनए विवो में डीएनए का सबसे सामान्य रूप है और ए-डीएनए की तुलना में अधिक संकीर्ण, लम्बा हेलिक्स है। इसकी चौड़ी प्रमुख नाली इसे प्रोटीन के लिए अधिक सुलभ बनाती है। दूसरी ओर, इसमें एक संकीर्ण छोटी नाली होती है। बी-डीएनए की पसंदीदा संरचनाएं उच्च जल सांद्रता पर होती हैं; छोटे खांचे का जलयोजन बी-डीएनए के पक्ष में प्रतीत होता है। बी-डीएनए आधार जोड़े हेलिक्स अक्ष के लगभग लंबवत हैं। शुगर पकर जो ए-हेलिक्स के आकार को निर्धारित करता है, कि हेलिक्स ए-फॉर्म में मौजूद होगा या बी-फॉर्म में, सी 2'-एंडो पर होता है।

ए-डीएनए, निर्जलीकरण स्थितियों के तहत देखे गए डीएनए डुप्लेक्स का एक रूप है। यह बी-डीएनए से छोटा और चौड़ा है। आरएनए इस दोहरे पेचदार रूप को अपनाता है, और आरएनए-डीएनए डुप्लेक्स ज्यादातर ए-फॉर्म होते हैं, लेकिन बी-फॉर्म आरएनए-डीएनए डुप्लेक्स देखे गए हैं। रेफरी> स्थानीय एकल स्ट्रैंड डाइन्यूक्लियोटाइड संदर्भों में, आरएनए डीएनए से जोड़े बिना भी बी-फॉर्म अपना सकता है। रेफरी> ए-डीएनए में एक गहरी, संकीर्ण प्रमुख नाली होती है जो इसे प्रोटीन तक आसानी से पहुंचने योग्य नहीं बनाती है। दूसरी ओर, इसकी चौड़ी, उथली छोटी नाली इसे प्रोटीन के लिए सुलभ बनाती है लेकिन प्रमुख नाली की तुलना में कम जानकारी सामग्री के साथ। इसकी पसंदीदा संरचना कम पानी की सांद्रता पर है। ए-डीएनए आधार जोड़े हेलिक्स अक्ष के सापेक्ष झुके हुए हैं, और अक्ष से विस्थापित हैं। चीनी पकना C3'-एंडो पर होता है और RNA 2'-OH में C2'-एंडो संरचना को रोकता है। लंबे समय से प्रयोगशाला की चालाकी से थोड़ा अधिक माना जाने वाला ए-डीएनए#जैविक कार्य|ए-डीएनए अब कई जैविक कार्यों के लिए जाना जाता है।

Z-DNA एक अपेक्षाकृत दुर्लभ बाएं हाथ का डबल-हेलिक्स है। उचित अनुक्रम और सुपरहेलिकल तनाव को देखते हुए, इसे विवो में बनाया जा सकता है लेकिन इसका कार्य अस्पष्ट है। इसमें ए या बी की तुलना में अधिक संकीर्ण, अधिक लम्बा हेलिक्स है। जेड-डीएनए का प्रमुख खांचा वास्तव में एक खांचा नहीं है, और इसमें एक संकीर्ण लघु खांचा है। सबसे पसंदीदा संरचना तब होती है जब नमक की सांद्रता अधिक होती है। कुछ आधार प्रतिस्थापन हैं लेकिन उन्हें एक वैकल्पिक प्यूरीन-पाइरीमिडीन अनुक्रम की आवश्यकता होती है। जी एच-बॉन्ड का एन2-अमीनो 5' पीओ से जुड़ता है, जो प्रोटॉन के धीमे आदान-प्रदान और जी प्यूरीन की आवश्यकता की व्याख्या करता है। जेड-डीएनए आधार जोड़े हेलिक्स अक्ष के लगभग लंबवत हैं। Z-DNA में एकल बेस-जोड़े नहीं होते हैं, बल्कि GpC और CpG के लिए P-P दूरियों के साथ GpC दोहराव होता है। GpC स्टैक पर अच्छा बेस ओवरलैप होता है, जबकि CpG स्टैक पर कम ओवरलैप होता है। जेड-डीएनए की ज़िगज़ैग रीढ़ सी शर्करा संरचना के कारण होती है जो जी ग्लाइकोसिडिक बांड संरचना की भरपाई करती है। G की संरचना syn, C2'-endo है; C के लिए यह C3'-एंडो विरोधी है।

मुक्त सिरों वाला एक रैखिक डीएनए अणु कोशिका में विभिन्न गतिशील प्रक्रियाओं के परिवर्तनों को समायोजित करने के लिए घूम सकता है, यह बदलकर कि इसके दोहरे हेलिक्स की दो श्रृंखलाएं एक-दूसरे के चारों ओर कितनी बार घूमती हैं। कुछ डीएनए अणु गोलाकार होते हैं और स्थलाकृतिक रूप से बाधित होते हैं। हाल ही में वृत्ताकार आरएनए को न्यूक्लिक एसिड के एक प्राकृतिक व्यापक वर्ग के रूप में वर्णित किया गया था, जो कई जीवों में व्यक्त होता है (सर्कुलर आरएनए देखें)।

एक सहसंयोजक रूप से बंद, गोलाकार डीएनए (जिसे सीसीसीडीएनए के रूप में भी जाना जाता है) टोपोलॉजिकल रूप से बाधित होता है क्योंकि एक दूसरे के चारों ओर कुंडलित श्रृंखलाओं की संख्या में परिवर्तन नहीं हो सकता है। यह सीसीसीडीएनए डीएनए सुपरकॉइल हो सकता है, जो डीएनए की तृतीयक संरचना है। सुपरकोइलिंग की विशेषता लिंकिंग नंबर, ट्विस्ट और राइटे है। वृत्ताकार डीएनए के लिए लिंकिंग नंबर (एलके) को दो स्ट्रैंड को पूरी तरह से अलग करने के लिए एक स्ट्रैंड को दूसरे स्ट्रैंड से गुजरने की संख्या के रूप में परिभाषित किया गया है। वृत्ताकार डीएनए के लिए लिंकिंग नंबर को केवल दो स्ट्रैंड में से एक में सहसंयोजक बंधन को तोड़कर बदला जा सकता है। हमेशा एक पूर्णांक, cccDNA की लिंकिंग संख्या दो घटकों का योग है: ट्विस्ट (Tw) और राइट्स (Wr)।
 * $$Lk = Tw + Wr$$

ट्विस्ट वह संख्या है जितनी बार डीएनए के दो स्ट्रैंड एक-दूसरे के चारों ओर मुड़ते हैं। डीएनए हेलिक्स कई बार अपने आप को पार कर जाता है। कोशिकाओं में डीएनए नकारात्मक रूप से सुपरकॉइलड होता है और इसमें खुलने की प्रवृत्ति होती है। इसलिए शिथिल डीएनए की तुलना में नकारात्मक सुपरकॉइल्ड डीएनए में स्ट्रैंड को अलग करना आसान होता है। सुपरकोइल्ड डीएनए के दो घटक सोलेनॉइड (डीएनए) और प्लेक्टोनेमिक हैं। प्लेक्टोनेमिक सुपरकोइल प्रोकैरियोट्स में पाया जाता है, जबकि सोलनॉइडल सुपरकोइलिंग ज्यादातर यूकेरियोट्स में देखा जाता है।

चतुर्धातुक संरचना
न्यूक्लिक एसिड की चतुर्धातुक संरचना प्रोटीन चतुर्धातुक संरचना के समान होती है। हालाँकि कुछ अवधारणाएँ बिल्कुल समान नहीं हैं, चतुर्धातुक संरचना न्यूक्लिक एसिड के उच्च-स्तरीय संगठन को संदर्भित करती है। इसके अलावा, यह अन्य अणुओं के साथ न्यूक्लिक एसिड की बातचीत को संदर्भित करता है। न्यूक्लिक एसिड के उच्च-स्तरीय संगठन का सबसे अधिक देखा जाने वाला रूप क्रोमेटिन के रूप में देखा जाता है जो छोटे प्रोटीन हिस्टोन के साथ इसकी अंतःक्रिया की ओर ले जाता है। इसके अलावा, चतुर्धातुक संरचना राइबोसोम या spliceosome में अलग-अलग आरएनए इकाइयों के बीच बातचीत को संदर्भित करती है।

यह भी देखें

 * जैव आणविक संरचना
 * डीएनए का क्रॉसलिंकिंग
 * डीएनए नैनोटेक्नोलॉजी
 * डीएनए सुपरकॉइल
 * जीन संरचना
 * डीएनए संरचना के गैर-पेचदार मॉडल
 * न्यूक्लिक एसिड डिज़ाइन
 * न्यूक्लिक एसिड डबल हेलिक्स
 * न्यूक्लिक एसिड संरचना निर्धारण (प्रायोगिक)
 * न्यूक्लिक एसिड संरचना भविष्यवाणी (कम्प्यूटेशनल)
 * न्यूक्लिक एसिड थर्मोडायनामिक्स
 * प्रोटीन संरचना
 * सैटेलाइट डीएनए
 * ट्रिपल-स्ट्रैंडेड डीएनए