जैव-आणविक संरचना
February 2016
जैव-आणविक संरचना (Biomolecular structure) वह जटिल मुड़ी हुई, त्रि-आयामी आकृति है जो प्रोटीन, DNA, या RNA के एक अणु द्वारा निर्मित होती है, और जो इसके कार्य के लिए महत्वपूर्ण है। इन अणुओं की संरचना को व्यक्तिगत परमाणुओं के स्तर से लेकर संपूर्ण प्रोटीन सबयूनिट के बीच के संबंधों तक, किसी भी लंबाई के पैमाने पर माना जा सकता है। पैमानों के बीच यह उपयोगी अंतर अक्सर आणविक संरचना के चार स्तरों में अपघटन के रूप में व्यक्त किया जाता है: प्राथमिक, द्वितीयक, तृतीयक और चतुर्थक। अणु के इस बहु-स्तरीय संगठन के लिए मचान द्वितीयक स्तर पर उत्पन्न होता है, जहाँ मौलिक संरचनात्मक तत्व अणु के विभिन्न हाइड्रोजन बंध होते हैं। यह प्रोटीन संरचना और न्यूक्लिक एसिड संरचना के कई पहचानने योग्य डोमेन की ओर ले जाता है, जिसमें प्रोटीन के लिए अल्फा हेलिक्स और बीटा शीट, तथा न्यूक्लिक एसिड के लिए हेयरपिन लूप, उभार और आंतरिक लूप जैसी द्वितीयक-संरचना विशेषताएं शामिल हैं। प्राथमिक, द्वितीयक, तृतीयक, और चतुर्थक संरचना शब्द काज उल्रिक लिंडरस्ट्रॉम-लैंग (Kaj Ulrik Linderstrøm-Lang) द्वारा स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में उनके 1951 के लेन मेडिकल लेक्चर्स में पेश किए गए थे।
प्राथमिक संरचना
মূল নিবন্ধ: Protein primary structure, Nucleic acid sequence
एक जैव-बहुलक (biopolymer) की प्राथमिक संरचना उसकी परमाणु संरचना और उन परमाणुओं को जोड़ने वाले रासायनिक बंधों (जिसमें त्रिविम रसायन भी शामिल है) का सटीक विवरण है। एक सामान्य अशाखित, बिना क्रॉस-लिंक वाले जैव-बहुलक (जैसे कि एक सामान्य इंट्रासेल्युलर प्रोटीन, या DNA या RNA का एक अणु) के लिए, प्राथमिक संरचना इसके मोनोमेरिक सबयूनिट्स के अनुक्रम को निर्दिष्ट करने के बराबर है, जैसे कि अमीनो एसिड या न्यूक्लियोटाइड।
प्रोटीन की प्राथमिक संरचना को अमीनो N-टर्मिनस से कार्बोक्सिल C-टर्मिनस तक शुरू करके रिपोर्ट किया जाता है, जबकि DNA या RNA अणु की प्राथमिक संरचना को न्यूक्लिक एसिड अनुक्रम के रूप में जाना जाता है जिसे 5' सिरे से 3' सिरे तक रिपोर्ट किया जाता है। न्यूक्लिक एसिड अनुक्रम उन न्यूक्लियोटाइड्स के सटीक अनुक्रम को संदर्भित करता है जो पूरे अणु का निर्माण करते हैं। अक्सर, प्राथमिक संरचना अनुक्रम मोटिफ (sequence motifs) को एनकोड करती है जो कार्यात्मक महत्व के होते हैं। ऐसे मोटिफ के कुछ उदाहरण हैं: C/D[1] और H/ACA बॉक्स snoRNA के, LSm बाइंडिंग साइट जो स्प्लिसोसॉमल RNA जैसे U1, U2, U4, U5, U6, U3 में पाई जाती है, शाइन-डाल्गारनो अनुक्रम, कोज़क सर्वसम्मति अनुक्रम और RNA पॉलीमरेज़ III टर्मिनेटर।
द्वितीयक संरचना
আরও দেখুন: Protein secondary structure, Nucleic acid secondary structure
प्रोटीन की द्वितीयक संरचना एक जैव-बहुलक में हाइड्रोजन बंधों का पैटर्न है। ये जैव-बहुलकों के स्थानीय खंडों के सामान्य त्रि-आयामी रूप को निर्धारित करते हैं, लेकिन त्रि-आयामी स्थान में विशिष्ट परमाणु स्थितियों की वैश्विक संरचना का वर्णन नहीं करते हैं, जिन्हें तृतीयक संरचना माना जाता है। द्वितीयक संरचना को औपचारिक रूप से जैव-बहुलक के हाइड्रोजन बंधों द्वारा परिभाषित किया जाता है, जैसा कि परमाणु-रिज़ॉल्यूशन संरचना में देखा जाता है। प्रोटीन में, द्वितीयक संरचना को बैकबोन अमीन और कार्बोक्सिल समूहों के बीच हाइड्रोजन बंधों के पैटर्न द्वारा परिभाषित किया जाता है (साइडचेन-मेनचेन और साइडचेन-साइडचेन हाइड्रोजन बंध अप्रासंगिक हैं), जहाँ हाइड्रोजन बंध की DSSP परिभाषा का उपयोग किया जाता है।
न्यूक्लिक एसिड की द्वितीयक संरचना को नाइट्रोजनस बेस के बीच हाइड्रोजन बॉन्डिंग द्वारा परिभाषित किया जाता है।
हालाँकि, प्रोटीन के लिए, हाइड्रोजन बॉन्डिंग अन्य संरचनात्मक विशेषताओं के साथ सहसंबद्ध है, जिसने द्वितीयक संरचना की कम औपचारिक परिभाषाओं को जन्म दिया है। उदाहरण के लिए, हेलिक्स रामचंद्रन प्लॉट के कुछ क्षेत्रों में बैकबोन द्वि-आयामी कोण (dihedral angles) अपना सकते हैं; इस प्रकार, ऐसे द्वि-आयामी कोणों वाले अवशेषों के एक खंड को अक्सर हेलिक्स कहा जाता है, चाहे उसमें सही हाइड्रोजन बंध हों या न हों। कई अन्य कम औपचारिक परिभाषाएं प्रस्तावित की गई हैं, जो अक्सर वक्रों की विभेदक ज्यामिति (differential geometry) से अवधारणाओं को लागू करती हैं, जैसे कि वक्रता (curvature) और वक्र का मरोड़ (torsion)। नई परमाणु-रिज़ॉल्यूशन संरचना को हल करने वाले संरचनात्मक जीवविज्ञानी कभी-कभी इसकी द्वितीयक संरचना को आंख से देखकर निर्दिष्ट करते हैं और अपने असाइनमेंट को संबंधित प्रोटीन डेटा बैंक (PDB) फ़ाइल में रिकॉर्ड करते हैं।
न्यूक्लिक एसिड की द्वितीयक संरचना अणु एक अणु या परस्पर क्रिया करने वाले अणुओं के सेट के भीतर बेस पेयरिंग इंटरैक्शन को संदर्भित करती है। जैविक RNA की द्वितीयक संरचना को अक्सर विशिष्ट रूप से स्टेम और लूप में विघटित किया जा सकता है। अक्सर, इन तत्वों या उनके संयोजनों को आगे वर्गीकृत किया जा सकता है, जैसे टेट्रालूप, स्यूडोनाट और स्टेम लूप। जैविक RNA के लिए कार्यात्मक महत्व के कई द्वितीयक संरचना तत्व हैं। प्रसिद्ध उदाहरणों में रो-स्वतंत्र टर्मिनेटर स्टेम लूप और ट्रांसफर RNA (tRNA) क्लोवरलीफ शामिल हैं। RNA अणुओं की द्वितीयक संरचना निर्धारित करने का प्रयास करने वाले शोधकर्ताओं का एक छोटा उद्योग है। दृष्टिकोणों में प्रायोगिक और कंप्यूटेशनल दोनों तरीके शामिल हैं (देखें RNA संरचना भविष्यवाणी सॉफ्टवेयर की सूची)।
तृतीयक संरचना
আরও দেখুন: Protein tertiary structure, Nucleic acid tertiary structure, Structural alignment
एक प्रोटीन या किसी अन्य मैक्रोमोलेक्यूल की तृतीयक संरचना इसकी त्रि-आयामी संरचना है, जैसा कि परमाणु निर्देशांक द्वारा परिभाषित किया गया है।[2] प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड जटिल त्रि-आयामी संरचनाओं में मुड़ते हैं जो अणुओं के कार्यों का परिणाम होते हैं। जबकि ऐसी संरचनाएं विविध और जटिल हैं, वे अक्सर आवर्ती, पहचानने योग्य तृतीयक संरचना मोटिफ और डोमेन से बनी होती हैं जो आणविक निर्माण खंडों के रूप में कार्य करती हैं। तृतीयक संरचना को काफी हद तक जैव-अणु की प्राथमिक संरचना (इसके अमीनो एसिड या न्यूक्लियोटाइड का अनुक्रम) द्वारा निर्धारित माना जाता है।
चतुर्थक संरचना
আরও দেখুন: Protein quaternary structure, Nucleic acid quaternary structure
प्रोटीन चतुर्थक संरचना [note 1] बहु-सबयूनिट कॉम्प्लेक्स में कई प्रोटीन अणुओं की संख्या और व्यवस्था को संदर्भित करती है।
न्यूक्लिक एसिड के लिए, यह शब्द कम सामान्य है, लेकिन यह क्रोमैटिन में DNA के उच्च-स्तरीय संगठन को संदर्भित कर सकता है,[3] जिसमें हिस्टोन के साथ इसकी परस्पर क्रिया, या राइबोसोम या स्प्लिसोसॉम में अलग-अलग RNA इकाइयों के बीच परस्पर क्रिया शामिल है।
सामान्य तौर पर, विषाणुओं को आणविक मशीनों के रूप में माना जा सकता है। बैक्टीरियोफेज T4 एक विशेष रूप से अच्छी तरह से अध्ययन किया गया विषाणु है और इसकी प्रोटीन चतुर्धातुक संरचना अपेक्षाकृत अच्छी तरह से परिभाषित है।[4] फ्लोर (1970) द्वारा किए गए एक अध्ययन से पता चला है कि, विशिष्ट आकारजननिक प्रोटीनों द्वारा विषाणु के इन विवो (जीव के भीतर) निर्माण के दौरान, विषाणु के उचित संयोजन के लिए इन प्रोटीनों का संतुलित अनुपात में उत्पादित होना आवश्यक है। एक विशेष आकारजननिक प्रोटीन (उदाहरण के लिए, एक महत्वपूर्ण टेल फाइबर प्रोटीन) के उत्पादन में अपर्याप्तता (उत्परिवर्तन के कारण), संतति विषाणुओं के उत्पादन का कारण बन सकती है, जिनमें से लगभग सभी में उस विशेष प्रोटीन घटक की बहुत कम मात्रा होती है ताकि वे ठीक से कार्य कर सकें, यानी मेजबान कोशिकाओं को संक्रमित कर सकें। हालाँकि, एक दूसरा उत्परिवर्तन जो किसी अन्य आकारजननिक घटक (उदाहरण के लिए, बेस प्लेट या फेज के सिर में) को कम करता है, कुछ मामलों में संतुलन को बहाल कर सकता है ताकि उत्पादित विषाणु कणों का एक उच्च अनुपात कार्य करने में सक्षम हो। इस प्रकार यह पाया गया कि एक उत्परिवर्तन जो एक जीन की अभिव्यक्ति को कम करता है, जिसका उत्पाद आकारजनन में नियोजित होता है, उसे दूसरे आकारजननिक जीन की अभिव्यक्ति को कम करने वाले उत्परिवर्तन द्वारा आंशिक रूप से दबाया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप विषाणु जीन उत्पादों का अधिक संतुलित उत्पादन होता है। यह अवधारणा कि, इन विवो, उचित आणविक आकारजनन के लिए घटकों की संतुलित उपलब्धता आवश्यक है, प्रोटीन आणविक मशीनों के संयोजन को समझने के लिए सामान्य प्रयोज्यता रख सकती है।
संरचना निर्धारण
আরও দেখুন: Protein structure, Nucleic acid structure determination
संरचना जांच (Structure probing) वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा जैव-आणविक संरचना को निर्धारित करने के लिए जैव रासायनिक तकनीकों का उपयोग किया जाता है।[5] इस विश्लेषण का उपयोग उन पैटर्नों को परिभाषित करने के लिए किया जा सकता है जिनका उपयोग आणविक संरचना का अनुमान लगाने, आणविक संरचना और कार्य के प्रायोगिक विश्लेषण, और आगे के जैविक अनुसंधान के लिए छोटे अणुओं के विकास पर समझ बढ़ाने के लिए किया जा सकता है। संरचना जांच विश्लेषण कई अलग-अलग तरीकों से किया जा सकता है, जिसमें रासायनिक जांच, हाइड्रॉक्सिल रेडिकल जांच, न्यूक्लियोटाइड एनालॉग इंटरफेरेंस मैपिंग (NAIM), और इन-लाइन जांच शामिल हैं।
प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड संरचनाओं को परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी (NMR) या एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी या सिंगल-पार्टिकल क्रायो इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (cryoEM) का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है। DNA के लिए पहले प्रकाशित रिपोर्ट (1953 में रोज़ालिंड फ्रैंकलिन और रेमंड गोस्लिंग द्वारा) A-DNA एक्स-रे विवर्तन पैटर्न—और B-DNA के भी—ने पैटरसन फ़ंक्शन ट्रांसफ़ॉर्म पर आधारित विश्लेषणों का उपयोग किया, जिसने बछड़े के थाइमस से अलग किए गए DNA के उन्मुख तंतुओं के लिए केवल सीमित मात्रा में संरचनात्मक जानकारी प्रदान की।[6] इसके बाद 1953 में विल्किंस और अन्य द्वारा जलयोजित, जीवाणु-उन्मुख DNA तंतुओं और ट्राउट शुक्राणु प्रमुखों के B-DNA एक्स-रे विवर्तन और प्रकीर्णन पैटर्न के लिए बेसेल फ़ंक्शन के वर्गों के संदर्भ में एक वैकल्पिक विश्लेषण प्रस्तावित किया गया था। हालाँकि B-DNA रूप कोशिकाओं में पाई जाने वाली स्थितियों के तहत सबसे आम है, लेकिन यह एक अच्छी तरह से परिभाषित संरचना नहीं है, बल्कि DNA संरचनाओं का एक परिवार या अस्पष्ट सेट है जो विभिन्न प्रकार की जीवित कोशिकाओं में मौजूद उच्च जलयोजन स्तरों पर होता है। उनके संबंधित एक्स-रे विवर्तन और प्रकीर्णन पैटर्न अव्यवस्था (20% से अधिक) की एक महत्वपूर्ण डिग्री के साथ आणविक पैराक्रिस्टल के विशिष्ट हैं, और संरचना केवल मानक विश्लेषण का उपयोग करके सुगम नहीं है।
इसके विपरीत, मानक विश्लेषण, जिसमें केवल बेसेल फ़ंक्शन के फूरियर ट्रांसफ़ॉर्म[7] और DNA आणविक मॉडल शामिल हैं, अभी भी नियमित रूप से A-DNA और Z-DNA एक्स-रे विवर्तन पैटर्न का विश्लेषण करने के लिए उपयोग किया जाता है।
संरचना भविष्यवाणी
আরও দেখুন: Protein structure prediction, Nucleic acid structure prediction
जैव-आणविक संरचना भविष्यवाणी, किसी प्रोटीन की उसके अमीनो एसिड अनुक्रम से, या किसी न्यूक्लिक एसिड की उसके न्यूक्लियोबेस (बेस) अनुक्रम से त्रि-आयामी संरचना की भविष्यवाणी है। दूसरे शब्दों में, यह उसकी प्राथमिक संरचना से द्वितीयक और तृतीयक संरचना की भविष्यवाणी है। संरचना भविष्यवाणी जैव-आणविक डिजाइन का व्युत्क्रम है, जैसा कि तर्कसंगत डिजाइन, प्रोटीन डिजाइन, न्यूक्लिक एसिड डिजाइन, और जैव-आणविक इंजीनियरिंग में होता है।
प्रोटीन संरचना भविष्यवाणी जैव सूचना विज्ञान और सैद्धांतिक रसायन विज्ञान द्वारा अपनाए गए सबसे महत्वपूर्ण लक्ष्यों में से एक है। प्रोटीन संरचना भविष्यवाणी चिकित्सा (उदाहरण के लिए, दवा डिजाइन में) और जैव प्रौद्योगिकी (उदाहरण के लिए, नए एंजाइम के डिजाइन में) में अत्यधिक महत्वपूर्ण है। हर दो साल में, वर्तमान विधियों के प्रदर्शन का मूल्यांकन क्रिटिकल असेसमेंट ऑफ प्रोटीन स्ट्रक्चर प्रेडिक्शन (CASP) प्रयोग में किया जाता है।
RNA संरचना भविष्यवाणी समस्या पर निर्देशित जैव सूचना विज्ञान अनुसंधान की भी एक महत्वपूर्ण मात्रा रही है। RNA के साथ काम करने वाले शोधकर्ताओं के लिए एक सामान्य समस्या केवल न्यूक्लिक एसिड अनुक्रम दिए जाने पर अणु की त्रि-आयामी संरचना निर्धारित करना है। हालाँकि, RNA के मामले में, अंतिम संरचना का अधिकांश हिस्सा अणु की द्वितीयक संरचना या इंट्रा-मॉलिक्यूलर बेस-पेयरिंग इंटरैक्शन द्वारा निर्धारित किया जाता है। यह विविध प्रजातियों में बेस पेयरिंग के उच्च संरक्षण द्वारा दिखाया गया है।
छोटे न्यूक्लिक एसिड अणुओं की द्वितीयक संरचना काफी हद तक मजबूत, स्थानीय इंटरैक्शन जैसे हाइड्रोजन बॉन्ड और बेस स्टैकिंग द्वारा निर्धारित की जाती है। ऐसी इंटरैक्शन के लिए मुक्त ऊर्जा का योग, आमतौर पर नियरेस्ट-नेबर मेथड का उपयोग करके, दी गई संरचना की स्थिरता के लिए एक अनुमान प्रदान करता है।[8] सबसे कम मुक्त ऊर्जा संरचना खोजने का सबसे सीधा तरीका सभी संभावित संरचनाओं को उत्पन्न करना और उनके लिए मुक्त ऊर्जा की गणना करना होगा, लेकिन एक अनुक्रम के लिए संभावित संरचनाओं की संख्या अणु की लंबाई के साथ तेजी से बढ़ती है। लंबे अणुओं के लिए, संभावित द्वितीयक संरचनाओं की संख्या बहुत अधिक है।
अनुक्रम सह-परिवर्तन (Sequence covariation) विधियाँ संबंधित लेकिन असमान अनुक्रमों के साथ कई समजात RNA अनुक्रमों से बने डेटा सेट के अस्तित्व पर निर्भर करती हैं। ये विधियाँ विकास में व्यक्तिगत बेस साइटों के सह-परिवर्तन का विश्लेषण करती हैं; बेस-पेयरिंग न्यूक्लियोटाइड के एक जोड़े के दो व्यापक रूप से अलग साइटों पर रखरखाव उन स्थितियों के बीच एक संरचनात्मक रूप से आवश्यक हाइड्रोजन बॉन्ड की उपस्थिति का संकेत देता है। स्यूडोनाट (pseudoknot) भविष्यवाणी की सामान्य समस्या को NP-पूर्ण दिखाया गया है।[9]
डिजाइन
আরও দেখুন: Protein design, Nucleic acid design
जैव-आणविक डिजाइन को संरचना भविष्यवाणी का व्युत्क्रम माना जा सकता है। संरचना भविष्यवाणी में, संरचना एक ज्ञात अनुक्रम से निर्धारित की जाती है, जबकि, प्रोटीन या न्यूक्लिक एसिड डिजाइन में, एक अनुक्रम जो वांछित संरचना बनाएगा, उसे उत्पन्न किया जाता है।
अन्य जैव-अणु
আরও দেখুন: Lipid bilayer April 2010
अन्य जैव-अणु, जैसे पॉलीसेकेराइड, पॉलीफेनोल और लिपिड, में भी जैविक परिणाम की उच्च-क्रम संरचना हो सकती है।
नोट्स
- ↑ यहाँ quaternary का अर्थ "चौथे स्तर की संरचना" है, न कि "चार-तरफा इंटरैक्शन"। व्युत्पत्ति की दृष्टि से quartary सही है: quaternary लैटिन वितरणात्मक संख्याओं से लिया गया है, और binary तथा ternary का अनुसरण करता है; जबकि quartary लैटिन क्रमवाचक संख्याओं से लिया गया है, और secondary तथा tertiary का अनुसरण करता है। हालाँकि, जीव विज्ञान में quaternary मानक है।
संदर्भ
- ↑ (July 1998). "The snoRNA box C/D motif directs nucleolar targeting and also couples snoRNA synthesis and localization". The EMBO Journal. 17 (13) 3747–57. doi:10.1093/emboj/17.13.3747.
- ↑ tertiary structure
- ↑ (March 1977). "Probing DNA quaternary ordering with circular dichroism spectroscopy: studies of equine sperm chromosomal fibers". Biopolymers. 16 (3) 573–82. doi:10.1002/bip.1977.360160308.
- ↑ (November 2003). "Structure and morphogenesis of bacteriophage T4". Cell Mol Life Sci. 60 (11) 2356–70. doi:10.1007/s00018-003-3072-1.
- ↑ Teunissen, A. W. M.. (1979). "RNA Structure Probing: Biochemical structure analysis of autoimmune-related RNA molecules". 1–27. ISBN 978-90-901323-4-1.
- ↑ (6 March 1953). The Structure of Sodium Thymonucleate Fibres (I. The Influence of Water Content, and II. The Cylindrically Symmetrical Patterson Function). Acta Crystallogr.. 6 (8) 673–78. doi:10.1107/s0365110x53001939.
- ↑ Bessel functions and diffraction by helical structures.. planetphysics.org.July 2017
- ↑ (June 2006). "Revolutions in RNA secondary structure prediction". Journal of Molecular Biology. 359 (3) 526–32. doi:10.1016/j.jmb.2006.01.067.
- ↑ (2000). "RNA pseudoknot prediction in energy-based models". Journal of Computational Biology. 7 (3–4) 409–27. doi:10.1089/106652700750050862.
स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के “Biomolecular structure” लेख का अनुवाद। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Biomolecular_structure यह अनुवाद स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।
