Replication প্রক্রিয়া যেভাবে সম্পূর্ণ হয়

Replication এর ধাপসমূহঃ

DNA রেপ্লিকেশনের জন্য দায়ী এনজাইমের নাম DNA-পলিমারেস। DNA-পলিমারেস প্রোক্যারিয়টিক এবং ইউক্যারিয়টিক কোষ ভেদে ভিন্ন ভিন্ন ধরণের হয়, এমনকি  ইউক্যারিয়টিক কোষে একাধিক DNA-পলিমারেস এনজাইম রয়েছে যারা কার্যত একে অন্যের চেয়ে কিছুটা আলাদা। যা হোক, DNA-পলিমারেস তার কাজ শুরুর আগেই আরো কিছু প্রোটিন কাজে লেগে পরে।

সংক্ষিপ্ত বর্ণনাঃ

DNA Replication (ডিএনএ অনুলিপন) প্রক্রিয়া:

১. DNA এর যে নির্দিষ্ট স্থান থেকে প্রতিলিপন শুরু হয় তাকে বলে অরি বা সূচনা বিন্দু।
২. প্রতিলিপনের শুরুতে হেলিকেজ এনজাইম অরি অংশ থেকে দ্বিসূত্রক DNA এর মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ডগুলো ভেঙ্গে দেয়। ফলে এটি এক সূত্রকে পরিণত হয়।

৩. এরপর প্রত্যেক সূত্রকের গায়ে SSBP (Single Strand Binding Protein) যুক্ত হয়, যার ফলে সূত্রকদ্বয় পুনরায় একত্র হতে না পরে। সূত্রক দুইটি পৃথক হওয়ায় DNA তে Y আকৃতির রেপ্লিকেশন ফর্ক সৃষ্টি হয়।
৪. পৃথক হওয়া প্রত্যেকটি সূত্রক তার সম্পূরক তৈরীর ছাঁচ হিসাবে কাজ করে।
৫. ছাঁচের ভিত্তিতে প্রাইমেজ এনজাইম ২-১০০ নিউক্লিওটাইড যুক্ত করে ক্ষুদ্র RNA খন্ডক তৈরি করে, একে প্রাইমার বলে।
৬. DNA পলিমারেজ শুধু ৩ʹ প্রান্তে নিউক্লিওটাইড যুক্ত করে, এজন্য নতুন সূত্র সবসময় ৫ʹ → ৩ʹ মুখী হয়ে বৃদ্ধি পায়। কোন নিউক্লিওটাইড এর পর কোন নিউক্লিওটাইড যুক্ত হবে তা নির্ভর করে ছাঁচের উপর। যেমন: ছাঁচের বেসের অণুক্রম ATTGCCG হলে নতুন সূত্রে ক্রম হবে TAACGGC।
৭. একটি ছাঁচ সুত্রের সম্পূরক নতুন সূত্র বিরতিহীন বা নিরবিচ্ছন্নভাবে বৃদ্ধি পেতে থাকে, একে বলে অগ্রগামী সূত্র বা Leading Strand । অপর নতুন সূত্রটি ধীরগতি বা খন্ড খন্ড ভাবে বৃদ্ধি পেতে থাকে। একে বলে ধীরগামী / পশ্চাৎগামী বা Lagging Strand ।
৮. Lagging Strand এর প্রতিটি খন্ডকে বলা হয় ওকাজাকি খন্ড (Okazaki Fragment)। লাইগেজ এনজাইম ওকাজাকি খন্ডগুলোকে যুক্ত করে। রেপ্লিকেশন সমাপ্ত হলে রেপ্লিকেশন কমপ্লেক্স বিচ্ছিন্ন হয়ে।
* এভাবে একটি DNA থেকে পূর্বানুরূপ দুইটি DNA অণুর সৃষ্টি হয়। সৃষ্ট দুইটি DNA এর উভয়টিতেই একটি সূত্র পুরাতন এবং অপরটি সূত্র নতুন থাকে। এজন্য একে অর্ধরক্ষণশীল প্রক্রিয়া বলে।

 

বিস্তারিত বর্ণনাঃ

রেপ্লিকেশন ৫টি ধাপে সম্পন্ন হয়। নিচে তা আলোচনা করা হলোঃ

১.প্যাঁচ খোলা: (helicase )ঃ

প্রথমে আসে হেলিকেস (Helicase) এনজাইম। হেলিকেসের কাজ হচ্ছে নিউক্লিয়টাইডের মধ্যকার হাইড্রোজেন বন্ধন খুলে ফেলা। কিন্তু, নিউক্লিয়টাইডদের খুলে রেখে দিলে তারা কিছুক্ষণ পর আবার স্বতঃস্ফূর্তভাবে জোড়া লেগে যায়। তাই হেলিকেসের পরপরই আরেক ধরণের প্রোটিন আসে যারা এই খুলে যাওয়া নিউক্লিয়টাইডদের খোলা অবস্থায় ধরে রাখে। এই প্রোটিনগুলোকে বলে সিঙ্গেল-স্ট্র্যান্ড-বাইন্ডিং-প্রোটিন (Single strand binding protein)। হেলিকেস ও  সিঙ্গেল-স্ট্র্যান্ড-বাইন্ডিং-প্রোটিনের কারণে খুলে যাওয়া DNA-কে দেখায় Y-আকৃতির মতো, যাকে বলে রেপ্লিকেশন-ফোর্ক (Replication fork)।

 

২. একসূত্রক DNA:

DNA রেপ্লিকেশনের সময় DNA এর দুটি শৃঙ্খল আলাদা হয়ে  ভিন্ন দুটি ছাঁচ হিসাবে কাজ করে ।এরা কিছু প্রোটিনের সহায়তায় বেলুনের ন্যায় গঠন তৈরি যাকে বলা হয় প্রতিলিপিকরণ বাবল। এর অর্ধাংশ দুটির প্রত্যেকটিকে প্রতিলিপিকরণ ফর্ক  বা রেপ্লিকেশন ফর্ক বলে । এই অঞ্চলেই ঐ ছাঁচ ব্যবহার করে নতুন  DNA সংশ্লিত হয় ।রেপ্লিকেশন ফর্ক  এ সকল প্রকার উৎসেচক ও প্রোটিনকে একত্রে রেপ্লিজোম বলে  যা  DNA এর সেমিকনজারভেটিভ প্রতিলিপিকরণে সাহায্য করে । বিভিন্ন রেপ্লিকনের রেপ্লিকেশন ফর্কগুলি যখন পরস্পর মিলিত হয় তখনই DNA প্রতিলিপিকরণ সমাপ্ত হয় ।

রেপ্লিকেশন শুরু হয় DNA-এর একটি নির্দিষ্ট অঞ্চলে নাম, অরিজিন-অফ-রেপ্লিকেশন বা Ori (Origin of replication)। Ori-এর নিউক্লিয়টাইডগুলোর একটা বিশেষ বিন্যাস থাকে যেটা রেপ্লিকেশন প্রক্রিয়া শুরুতে সাহায্য করে। এই নিউক্লিয়টাইডগুলো প্রোটিন সংশ্লেষণে ব্যবহৃত হয় না। প্রোক্যারিয়টিক কোষের একটি মাত্র ক্রোমোসোম যার DNA-এর দুই প্রান্ত জোড়া লেগে থাকে, ফলে প্রোক্যারিয়টিক DNA হয় বৃত্তাকার। প্রোক্যারিয়টিক DNA-এর Ori মাত্র একটি। অন্যদিকে, ইউক্যারিয়টদের ক্রোমোসোমগুলো সুদীর্ঘ এবং রেখাকৃতির। ইউক্যারিয়টিক DNA-তে একাধিক Ori থাকে, ফলে একাধিক DNA-পলিমারেস একই সাথে DNA-এর বিভিন্ন অংশের রেপ্লিকেশন চালাতে থাকে। একাধিক Ori-এর কারণে ইউক্যারিয়টিক DNA-তে একাধিক রেপ্লিকেশন-ফোর্ক তৈরি হয় যেগুলো দেখতে বুদ্বুদের মতো দেখায়, তাই এই এদের বলে রেপ্লিকেশন-বাবল (Replication bubble)।

৩. Primer সৃষ্টি: (RNA polymerase)

 রেপ্লিকেশন-ফোর্ক তৈরি হয়ে গেলে আশেপাশে ভেসে বেড়ানো নিউক্লিয়টাইডগুলো স্বতঃস্ফূর্তভাবে এই খোলা স্ট্র্যান্ড দুটোর উন্মুক্ত নিউক্লিয়টাইডের সাথে হাইড্রোজেন বন্ধনে আবদ্ধ হয়। অর্থাৎ, DNA-পলিমারেসকে এক এক করে নিউক্লিয়টাইড ধরে এনে খোলা স্ট্র্যান্ডে বসাতে হয় না। DNA-পলিমারেসের কাজ শুরুর আগেই নতুন স্ট্র্যান্ডের নিউক্লিয়টাইডগুলো জায়গা মতো বসে যায়। তাই, DNA-পলিমারেস কাজ হলো এই নতুন স্ট্র্যান্ডের নিউক্লিয়টাইডগুলো মধ্যে ফসফেট বন্ধন তৈরি করার মাধ্যমে ফসফেট-সুগার ব্যাকবোন তৈরি করা। ফসফেট বন্ধন শক্তিশালী কোভেলেন্ট বন্ধন, এই বন্ধন তৈরিতে শক্তির প্রয়োজন। সাধারণ নিউক্লিইক-অ্যাসিডগুলোর মাত্র একটি ফসফেট-গ্রুপ থাকে।

নতুন স্ট্র্যান্ডের নিউক্লিয়টাইডগুলোর মাঝে ফসফেট বন্ধন তৈরিতে যে শক্তির প্রয়োজন সেটি আসে ওই ভেসে বেড়ানো নিউক্লিয়টাইডগুলো থেকে। কোষে যে নিউক্লিইক-অ্যাসিডগুলো ভেসে বেড়ায় তারা একটু বিশেষ ধরণের। এদের বলে dNTP বা ডিঅক্সিনিউক্লিয়টাইড-ট্রাইফসফেট। এই নিউক্লিইক-অ্যাসিডগুলো একটির বদলে থাকে তিনটি ফসফেট-গ্রুপ (α, β, ও ૪)। এডেনিন, গুয়ানিন, সাইটোসিন, ও থায়মিনের dNTP-গুলো যথাক্রমের, ATP বা এডেনোসিন-ট্রাইফসফেট (Adenosine triphosphate), GTP বা গুয়ানোসিন-ট্রাইফসফেট (Guanosine triphosphate), CTP সাইটিডিন-ট্রাইফসফেট(Cytidine triphosphate), ও TTP থায়মিডিন-ট্রাইফসফেট (Thymidine triphosphate)। নিচের ছবি।

 

DNA-পলিমারেসের একটা সীমাবদ্ধতা হলো, এই এনজাইমের গতিপথ নির্দিষ্ট এবং একমুখী। DNA-পলিমারেস নিউক্লিয়টাইডের ৩’-প্রান্তের হাইড্রক্সিল-গ্রুপ সরিয়ে একটি ফসফেট-গ্রুপ যুক্ত করে। বলে রাখা ভালো, প্রতিটি নিউক্লিয়টাইডের ৫’-প্রান্তে এক বা একাধিক ফসফেট-গ্রুপ লাগানোই থাকে, তাই DNA-পলিমারেস এই ৫’-প্রান্ত স্পর্শ করে না (উচ্চারণ: ৩’ = থ্রি-প্রাইম, ৫’ = ফাইভ-প্রাইম)। সমস্যা হলো, DNA-তে কমপ্লিমেন্টারি স্ট্র্যান্ডগুলো বিপরীতমুখী।অর্থাৎ, একটি স্ট্র্যান্ডের মেরু ৩’—>৫’ এবং এর শুরুতেই খোলা ৩’-প্রান্ত থাকে। আর অন্যটির মেরু ৫’—>৩’ এবং এই স্ট্র্যান্ডের শুরুতে কোনো খোলা ৩’-প্রান্ত নেই। ফলে, ৫’—>৩’ স্ট্র্যান্ডটি DNA-পলিমারেসের কাজ শুরু করে  রেপ্লিকেশন-ফোর্কের গোড়া থেকে।

ওপরের ছবিতে DNA-এর ডাবল-হেলিক্স কাঠামোকে সোজা করে রেললাইন মতো করে দেখানো হয়েছে। এই রেললাইনের ফসফেট-সুগার ব্যাকবোন দুটির মেরু ঠিক উল্টো। একটির ৩’ –>৫’ এবং অন্যটির ৫’—>৩’। ব্যাকবোন দুটি যুক্ত থাকে নিউক্লিয়টাইডগুলোর মধ্যকার হাইড্রোজেন বন্ধনের কারণে।

 

৪. নতুন সূতার সৃষ্টি: (DNA polymerase)

ওপরের ছবিতে DNA-এর ডাবল-হেলিক্স কাঠামোকে সোজা করে রেললাইন মতো করে দেখানো হয়েছে। এই রেললাইনের ফসফেট-সুগার ব্যাকবোন দুটির মেরু ঠিক উল্টো। একটির ৩’ –>৫’ এবং অন্যটির ৫’—>৩’। ব্যাকবোন দুটি যুক্ত থাকে নিউক্লিয়টাইডগুলোর মধ্যকার হাইড্রোজেন বন্ধনের কারণে।

 

DNA-পলিমারেস ৩’—>৫’ স্ট্র্যান্ডের ৩’-প্রান্তের সাথে যুক্ত হয় এবং সামনে এগিয়ে যায়।

৩’—>৫’ স্ট্র্যান্ডে DNA-পলিমারেসের গতিপথের সোজা দিকে আর ৫’—>৩’ স্ট্র্যান্ডে ঠিক উল্টো দিকে।

 

৩’—>৫’ স্ট্র্যান্ডে DNA-পলিমারেসের সম্মুখ গতি।

DNA-পলিমারেস ৩’—>৫’ স্ট্র্যান্ড ধরে নির্বিঘ্নে এগিয়ে যায় এবং নতুন কমপ্লিমেন্টারি স্ট্র্যান্ড তৈরি করে (লাল রং)। এই নতুন স্ট্র্যান্ডটিকে বলে লিডিং-স্ট্র্যান্ড (Leading strand)।

 

৩’—>৫’ স্ট্র্যান্ডে DNA-পলিমারেসের সম্মুখ গতি। এবং ৫’—>৩’ স্ট্র্যান্ডে DNA-পলিমারেসের উল্টো গতি।

DNA-পলিমারেস ৫’—>৩’ স্ট্র্যান্ডের রেপ্লিকেশন-ফোর্কের Y-কোণ থেকে শুরু করে উল্টো পথে এগুতে থাকে। ৫’—>৩’ বরাবর তৈরি হওয়া নতুন স্ট্র্যান্ডকে বলে ল্যাগিং-স্ট্র্যান্ড (Lagging strand)।

 

৫’—>৩’ স্ট্র্যান্ডে DNA-পলিমারেস ভেঙ্গে ভেঙ্গে নতুন স্ট্র্যান্ড (লাল রং) তৈরি করে।

৫’—>৩’ স্ট্র্যান্ডের শেষ প্রান্তে পৌঁছানো সাথে সাথে DNA-পলিমারেস লাফ দিয়ে রেপ্লিকেশন-ফোর্কের নতুন খোলা অংশে চলে আসে এবং আবার উল্টো দিকে এগুতে থাকে। DNA-পলিমারেসের এই সোজা দিকে লাফ দেয়া এবং উল্টো দিকে এগুনোর জন্য ল্যাগিং-স্ট্র্যান্ডের মাঝে ফাঁক তৈরি হয়। জোড়া লাগার আগ পর্যন্ত এই ভাঙ্গা ল্যাগিং-স্ট্র্যান্ডগুলোকে বলে ওকাজাকি ফ্রাগমেন্ট (Okazaki fragments)।

 

লিডিং-স্ট্র্যান্ড, ল্যাগিং-স্ট্র্যান্ডে, এবং ওকাজাকি ফ্রাগমেন্ট।

DNA-পলিমারেস যখন পূর্ববর্তী ওকাজাকি ফ্রাগমেন্টে এসে পৌঁছে তখন সম্পূর্ণ ভিন্ন একটি প্রোটিন এসে ওকাজাকি ফ্রাগমেন্ট দুটোকে জোড়া লাগিয়ে দেয়। এবং DNA-পলিমারেস আবার রেপ্লিকেশন-ফোর্কের Y-কোণে লাফ দেয়। আর এভাবেই চলতে থাকে ৫’—>৩’ স্ট্র্যান্ডের রেপ্লিকেশন।

 

 

৫. ফাকা জায়গা বন্ধ করা: (ligase)

 ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র নতুন তৈরি হওয়া DNA গুলোকে ligase নামক অ্যানজাইম জোড়া লাগিয়ে দেয়। ligase নামক অ্যানজাইম ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র নতুন DNA গুলোকে জোড়া লাগিয়ে লম্বা ডিএন এ তৈরি করে।

 

MCQ:

মানব DNA-এর নিউক্লিয়টাইড-বেসপেয়ার প্রায় ৩.২ বিলিয়ন। রেপ্লিকেশন শেষে যদি নতুন স্ট্র্যান্ডের সাথে আদি স্ট্র্যান্ডের তুলোনা করা হয় তবে রেপ্লিকেশনজনিত ভুল পাওয়া যাবে ১ বিলিয়ন বেসপেয়ারে মাত্র ১টি। এই অবিশ্বাস্য নির্ভুল রেপ্লিকেশন কিন্তু এক ধাপে হয় না। আগে বলা হয়েছে, DNA-পলিমারেস কখনোই নিউক্লিয়টাইডদের ধরে নিয়ে এসে নতুন স্ট্র্যান্ড তৈরি করে না। বরং, ভেসে বেড়ানো dNTP-রা রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের কারণে নিজেরাই আদি স্ট্র্যান্ডের নিউক্লিয়টাইডদের সাথে হাইড্রোজেন বন্ধনে আবদ্ধ হয়। যদি কোনো কারণে নিউক্লিয়টাইডগুলো তাদের আদি নিউক্লিয়টাইডদের কমপ্লিমেন্টারি বা পরিপূরক না হয়। অর্থাৎ, ভুলক্রমে যদি A ও T-এর বিপরীতে C বা G কিংবা, C ও G-এর বিপরীতে A বা T যুক্ত হয়। তবে, DNA-পলিমারেস যেটা করবে সেটা হলো, প্রথমে সে এই ভুল নিউক্লিয়টাইডকে ফসফেট-সুগার ব্যাকবোনে যুক্ত করবে। এরপর সে এগিয়ে যাবে পরের নিউক্লিয়টাইডে, কিন্তু, এই নিউক্লিয়টাইড জোড়া দেবার আগে সে একপ্রকার চোখ ঘুরিয়ে দেখে নেবে যে, পূর্ববর্তী বেসপেয়ারটি কমপ্লিমেন্টারি কিনা। যদি না হয় তবে, সে এক ধাপ পিছিয়ে গিয়ে ভুল নিউক্লিয়টাইডকে কেঁটে ফেলে দেবে এবং অপেক্ষা করবে  কখন আরেকটি ভাসমান (সম্ভবত সঠিক) নিউক্লিয়টাইড উপস্থিত হবার জন্য। যখনই নতুন নিউক্লিয়টাইড এসে কাটা অংশে হাজির হবে, DNA-পলিমারেস সাথে সাথে বাছবিচার ছাড়াই নিউক্লিয়টাইডকে জোড়া লাগিয়ে সামনের দিকে এগিয়ে যাবে।

কোনো ধরণের সংশোধন ছাড়াই রেপ্লিকেশন জনিত ভুলের পরিমাণ অনেক বেশি, ১০হাজার বেসপেয়ারে প্রায় ১টি ভুল। DNA-পলিমারেসের কারণে এই ভুলের পরিমাণ কমে দাঁড়ায় ১০ মিলিয়ন বেসপেয়ারে ১টিতে। যা কিনা পুরো DNA রেপ্লিকেশনে প্রায় ৩০০টির ভুলের জন্য দায়ী। জাইগোট থেকে শুরু করে মানবদেহ কোষে অগণিত DNA রেপ্লিকেশন ঘটে। প্রতিবার ৩০০টি ভুল ঘটতে থাকলে সময়ের সাথে সাথে ভুলগুলো বিশাল অংকে পরিণত হবে যেটা হবে মানবদেহে জন্য অত্যন্ত ঝুঁকিপূর্ণ। তাই, কোষে জন্য DNA-পলিমারেসের এই ভুল সংশোধন প্রক্রিয়াটি যথেষ্ট নয়।

DNA রেপ্লিকেশনের সময় যেই ভুলগুলো DNA-পলিমারেস এড়াতে পারে না, সেগুলোকে সংশোধন করার জন্য থাকে একদল প্রোটিন। এদের বলা হয় মিসম্যাচ-কারেকশন-এনজাইম (Mismatch correction enzyme)। মিসম্যাচ-কারেকশন-এনজাইমগুলো DNA-পলিমারেসের পিছু পিছু এগুতে থাকে আর কমপ্লিমেন্টারি নয় এমন বেসপেয়ার খুঁজতে থাকে। পাওয়া গেলে ওই বেসপেয়ারসহ DNA-এর কিছু অংশ কেঁটে বাদ দিয়ে দেয়। এরপর ভাসমান dNTP এসে শূন্যস্থান পূরণ করে, এবং DNA-পলিমারেস এসে এই নতুন বেসপেয়ারগুলোকে ফসফেট-সুগার ব্যাকবোনে যুক্ত করে।

মিসম্যাচ-কারেকশন-এনজাইম প্রথমে AA নন-কমপ্লিমেন্টারি বেসপেয়ার খুঁজে বের করে।

AA নন-কমপ্লিমেন্টারি বেসপেয়ারসহ কিছু সেকুয়েন্স কেঁটে ফেলা হয়।

 feat-big