தாவரங்களில் DNA வளர்சிதை மாற்றம்

தாவரங்களில் DNA வளர்சிதை மாற்றம் (DNA Metabolism in plants)

உயிரினங்களின் பெருமூலக்கூறுகளில் மரபுசார் செய்திகளின் களஞ்சியமாகத் திகழும் DNA தனித்துவமான மற்றும் மையப்பொருளாக அமைந்துள்ளது. மரபுசார் செய்திகளைச் சேமித்து வைக்க, ஒரு அதிசயத்தக்க அமைப்பாக DNA திகழ்வதால், அதன் இரட்டிப்பு, பழுதுபார்க்கப்படுதல், மறுசேர்க்கையடைதல் போன்ற நிகழ்வுகள் அறிந்து கொள்ளுதல் மிக அவசியமாகும்.

இவை அனைத்தும் ஒருங்கே DNA வளர்சிதைமாற்றம் என அழைக்கப்படுகிறது. இதைப்பற்றிச் சுருக்கமாக இனிக் காண்போம்.

DNA இரட்டிப்பு (DNA Replication): இந்நிலையின் போது DNA - வின் ஈரிழை பிரிவடைந்து, ஒவ்வொரு தாய் இழையிலிருந்தும் அதற்கு உகந்த கிளை இழை உருவாக்கப்படுகிறது. இந்த இரட்டிப்பு பாதி தக்கவைத்துக் கொள்ளும் இரட்டிப்பு முறையாகும். அதாவது சேய் DNA - களாகத் தோன்றும் இரண்டு இழைகளில் ஒன்று புதிதாகவும், மற்றொன்று தாய் DNA -யின் இழையையும் பெற்றிருப்பதே இதற்குக் காரணமாகும்.

DNA பழுது நீக்கம் (DNA Repair): அனைத்து உயிரினங்களிலும் அவற்றின் மரபணு தொகையம் நிலைத்ததன்மை பெற்றுள்ளது ? அவ்வுயிரினங்களின் நீடித்த வாழ்விற்கு DNA எவ்வாறு உதவுகிறது? உயிர் வாழ்வதற்கான தேவைகள் அனைத்துயிரிகளிலும் பேணப்படுகிறது. உயிரினங்கள் பூமியில் நிலைத்திருக்கத் தேவைகள் என்னென்ன? மேலும் அவை நிலைப்பெற்றிருக்க அத்தியாவசியங்கள் யாது? DNA தனித்துவம் வாய்ந்தது. ஏனெனில் பழுதுநீக்குதல் முறைமை இதில் மட்டுமே காணப்படுகிறது. ஊறு விளைவிக்கும் சடுதிமாற்றங்கள் நிகழும்போது அதை அறிந்து தானே பழுது நீக்கிக் கொள்ளும் அதிசயக்கத்தக்க மூலக்கூறாக DNA திகழ்கிறது. சுற்றுச்சூழல் காரணிகள் அல்லது இயற்கையில் உயிரினங்களின் உள்ளார்ந்த நிகழ்வுகளினால் தோன்றும் அபாயகரமான சேர்மங்கள் போன்றவற்றால், DNA - களில் பழுதுகள் ஏற்படுகின்றன. சில புரதங்கள் மற்றும் நொதிகளின் உதவியால் இவை அவ்வப்போது நீக்கப்படுவதன் மூலம் சரிசெய்யப்பட்டு DNA மீட்டெடுக்கப்படுகிறது. இந்தப் பழுது நீக்கம் செயல்களே உயிரிகளின் மரபணு தொகையத்தை நிலையாகத் தக்க வைக்க உதவுகின்றன. மரபணுத்தொகை நச்சு அழுத்தங்களைப் பழுதுபார்க்கும் விதமாக DNA செயல்படுகிறது.

தாவரங்கள்  விலங்கினங்களைப்போல், இடர்பாடுகளிலிருந்து உடனடியாக இடம்பெயர்ந்து ஒதுங்க இயலாதவை. இருப்பினும் நாள் முழுதும் சூரிய ஒளியில் நின்று வாழும் அவை ஒளியின் சில பாதக விளைவுகளிலிருந்து எவ்வாறு தப்பித்துக் கொள்கின்றன? சூரிய ஒளியின் புற ஊதாக் கதிர்கள் DNA-யில் தைமின் இரட்டை இணைவிகள் தோன்றச் செய்து பாதகமான விளைவுகளை ஏற்படுத்தலாம். ஆனால் தாவரங்களில் உள்ள ஃபோட்டோலையேஸ் என்ற நொதி இந்த இரட்டைக் கிளைகளைத் தகர்த்து இயல்புநிலைக்கு DNA மூலக்கூறுகள் மாற உதவுவது குறிப்பிடத்தக்கது.

மறுசேர்க்கை (Recombination): ஒரு DNA மூலக்கூறின் உள்ளாகவோ அல்லது DNA மூலக்கூறுகளுக்கிடையிலோ மரபுச் செய்திகள் மாற்றிக் கொள்ளப்படுவது மறுசேர்க்கை செயல் என்ற செயலினால் சாத்தியமாகிறது. குன்றல் பகுப்பின் போது ஒத்திசைவு குரோமோசோம் இணைகளுக்கிடையே குறுக்கேற்றம் என்ற செயல் மூலம் இது நிகழ்கிறது. குறுக்கேற்றத்தின்போது நிகழும் இந்தக் குரோமோசோம் பரிமாற்றச் செயலை, முன் பயின்ற வகுப்புகளில் படித்திருப்பீர்கள். குரோமோசோம்களை அமைக்கும் DNA - வின் பாலிநியூக்ளியோடைட் இழை துண்டிக்கப்பட்டு, மறு இணைவு நிகழ்வது மூலக்கூறு அளவில் நிகழும் மறுசேர்க்கைச் செயலாகும்.

1. மெய்யுட்கரு உயிர்களில் (யூ காரியோட்களில்) DNA இரட்டிப்பு

DNA-யின் நியூக்ளியோடைட் தொடர் வரிசையில் ஒரு குறிப்பிட்ட இலக்கிலிருந்து அதன் இரட்டிப்பு தொடங்குகிறது. இது இரட்டிப்பு தொடங்கும் இலக்கு எனப்படுகிறது. மெய்யுட்கரு உயிரிகளின் DNA-வில் ஒன்றிற்கு மேற்பட்ட இரட்டிப்பு இலக்குகள் காணப்படுகின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, சக்காரோமைசெஸ் செர்விசியே என்ற ஈஸ்ட் பூஞ்சையில் ஏறத்தாழ 400 தொடக்க இலக்குகள் இருப்பதாக அறியப்பட்டுள்ளது. பதினான்கு வெவ்வேறு வகையான புரதங்களின் தொகுப்பு அடங்கிய இரட்டிப்பு முன்னோடித் தொகுப்பு (prereplication complex - preRC) ஒன்று இரட்டிப்பு இலக்கில் தொகுக்கப்பட்டுப் பின்னர் இரட்டிப்பு நிகழ்த்தப்படுகிறது. இத்தொகுப்பில் ஆறு புரதங்கள் அடங்கிய பகுதி மெய்யுட்கரு உயிரிகளின் DNA இரட்டிப்பு இலக்கைக் கண்டறிய உதவும் பகுதி (Origin recognition complex - ORC)யாக செயல்படுகிறது. ஈஸ்ட்டின் DNA இரட்டிப்பு தொடக்கப்புள்ளிகள், சுயமாக இரட்டிக்கும் தொடர்வரிசை கொண்ட இலக்குகள் (Autonomously Replicating Sequences - ARS Sites)  என அழைக்கப்படுகின்றன. இரட்டிப்பு இலக்கை இனமறிய உதவும் பகுதி இவ்விலக்குகளில் மட்டுமே பிணைந்து கொள்கின்றன.

இரட்டிப்பு இலக்கில் DNA-யின் ஈரிழை தளர்ந்து இரு இழைகளாகப் பிரிக்கப்படும் இலக்கு இரட்டிப்பு கவட்டைப் பகுதி எனப்படுகிறது. மெய்யுட்கரு உயிரிகளில் பல இரட்டிப்பு இலக்குகள் இருப்பதால் எண்ணற்ற இரட்டிப்பு கவட்டைகள் காணப்படுவது குறிப்பிடத்தக்கது. DNA - வின் ஈரிழைகளுக்கிடையே உள்ள ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகளை அகற்றி அதை இரு தனி இழைகளாகப் பிரிக்க ஹெலிகேஸ் என்ற நொதி உதவுகிறது. பிரிக்கப்பட்ட பாலிநியூக்ளியோடைட் இழைகள் மீண்டும் ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகளால் இரட்டை இழைகளாகி விடாமல் தடுக்க இரட்டித்தலுக்கான புரதம்-A (RPA) உதவுகிறது.

முறுக்குத் தளர்வின் காரணமாக இரட்டிப்புக் கவட்டைக்கு அப்பால் ஏற்படும் நேர்மறை முறுக்குச் செறிவின் இறுக்கத்தை அகற்றிட டோபோஐசோமரேஸ் என்ற நொதி உதவுகிறது.

இரட்டிப்பின் மூலம் தோன்றும் இரு இழைகளில் ஒன்று முன்னேறு இழை (தொடர் இழை) (leading strand) என்றும் மற்றொன்று பின்தங்கு இழை  (தொடர்பிலா இழை) (lagging strand) என்றும் அழைக்கப்படுகின்றன. DNA இரட்டிப்பு DNA பாலிமரேஸ் a என்ற நொதியினால் தொடக்கி வைக்கப்படுகிறது. இது பிரைமேஸ் எனவும் அழைக்கப்படுகிறது. இரட்டிப்பு தொடங்குவதற்கு முன்பு ஆரம்பத் துண்டமாக ஒரு சிறிய RNA துண்டம் உற்பத்தி செய்யப்படுதல் வேண்டும். இதற்கு RNA பிரைமர் என்று பெயர். இதை உருவாக்கப் பிரைமேஸ் நொதி உதவுகிறது.

DNA பாலிமரேஸ் நொதி இரட்டிப்பை நிகழ்த்துவதற்கு 3’ நுனியில் தனித்துவிடப்பட்ட OH ஒன்று தேவைப்படுகிறது. அப்போதுதான் DNA-யின் 5 முனையிலிருந்து இரட்டிப்பைத் தொடங்க முடியும். இதனை RNA-பிரைமர் தந்து உதவுகிறது.

நியூக்ளியார் (உட்கரு) DNA இரட்டிப்பிற்கு DNA பாலிமெரேஸ் a (ஆல்ஃபா), DNA பாலிமெரேஸ் δ (பீட்டா) மற்றும் DNA பாலிமெரேஸ் £ (எப்சிலான்) என மூன்று வகையான நொதிகள் தேவைப்படுகின்றன. இவற்றுள்

DNA Pol a - பாலிமெரேஸ் RNA பிரைமர் உருவாக்கத்திற்கும்

DNA Pol δ - பாலிமெரேஸ் RNA இரட்டிப்பிற்கான முதன்மை நொதியாகச் செல் உட்கருவில் காணப்படுகிறது

DNA Pol £ - பாலிமெரேஸ் இரட்டிப்புக் கவட்டை விரிவடைய உதவும் நொதியாகவும் செயல்படுகின்றன.

DNA பாலிமெரேஸ் (பீட்டா) DNA இரட்டிப்பில் எந்தவிதப் பங்கையும் அளிப்பதில்லை . ஆனால் தவறான நியூக்ளியோடைட்கள் பொருத்தப்பட்டுப் பழுதுபட்ட DNA உருவாகும்போது அவற்றை நீக்கிச் சரியான நியூக்ளியோடைட்களை பொருத்திப் பழுது நீக்க உதவுகிறது.

DNA இரட்டிப்பு 5’ 3’ திசையில் நிகழ்கிறது. உருவாகும் (புதிய இழை பாதி தொடர்பில்லா) DNA இழையின் நீட்சி RNA பிரைமரின் 3 முனையில் அதாவது OH-ஐ சுதந்திரமாகப் பெற்ற முனையில் நிகழ்கிறது. 1960- 3 ஆம் ஆண்டு ரெய்ஜி 5" ஒகாசாகி என்பவரும் அவரது சகாக்களும், 3" புதிதாகத் தோன்றும் 3" பின்தங்கு இழை இரு இழைகளில் ஒன்று, சிறு துண்டங்களாக உருவாகிறது எனக் கண்டறிந்தனர். இந்தத் தொடர்பற்ற துண்டங்கள் ஒகாசாகி துண்டங்கள் (Okasaki fragments) எனப்படுகின்றன. லைகேஸ் என்ற நொதி தொடர்பற்ற துண்டங்களை ஒட்டுவதற்குப் பயன்படுகின்றன. இவ்வாறு ஒகாசாகி துண்டங்கள் பிணையுற்று உருவாகும் இழை பின்தங்கு இழை எனப்படுகிறது.

இது உருவாக்கப்படும் திசை இரட்டிப்புக் கவட்டை முன்னேறி நகரும் திசைக்கு எதிராக அமைந்துள்ளது. மாறாகத் தொடர்ச்சியான இழையாக உருவாகும் முன்னேறு இழை, உருவாக்கப்படும் திசை, இரட்டிப்புக் கவட்டை முன்னேறி நகரும் திசைக்கு ஒப்பானதாக உள்ளது. லைகேஸ் நொதியால் இரு ஒகாசாகி துண்டங்கள் பிணைக்கப்படுவது, ஒரு துண்டத்தின் 3’ முனையில் உள்ள OH தொகுப்பிற்கும், மற்றொன்றின் 5 தொகுப்பில் உள்ள பாஸ்ஃபேட் தொகுப்பிற்கும் இடையே பிணைப்பு ஏற்படுவதன் மூலம் இது நிகழ்கிறது.

அராபிடாப்சிஸ் டீலோமியர் தொடர்வரிசை - TTTAGGG

தாவரங்களில் டீலோமியர் நேரம் காட்டி இல்லாமை (Plants lacks Telomere Clock)

தாவர ஆக்குத்திசு செல்களில் டீலோமெரேஸ் நொதி உருவாகிறது. ஆக்குத்திசு செல்கள் கட்டுப்பாடற்ற செல் பகுப்படையும் திறனைப் பெற்றுள்ளன ஏற்கனவே 11-ஆம் வகுப்பில் அத்தியாயம் 6 மற்றும் 8-இல் டீலோமியர்கள் பற்றி பயின்றிருப்பீர்கள். குரோமோசோம்களின் நுனியில் மாறி மாறி அமைந்த ஒரே வகை நியூக்ளியோடைட் தொடர்வரிசைகள் ஒன்று உருவாக்கப்பட்டு டீலோமியர் தோன்றுகிறது. எடுத்துக்காட்டாக அராபிடாப்சிஸ் தாவரக் குரோமோசோமின் டீலோமியரில் TTTAGGG என அமைந்த நியூக்ளியோடைட் தொடர் வரிசை டீலோமியரை அமைக்கிறது. டீலோமெரேஸ் என்ற நொதி இதன் உருவாக்கத்திற்கு உதவுகிறது. முதுகுநாண் விலங்குகளில் உள்ளது போல் இந்நொதியின் அளவு, தாவர உடல் செல்களில் படிப்படியாகக் குறைவதில்லை . விலங்கினங்களின் வயது அதிகரிக்கும்போது இதன் அளவு படிப்படியாகக் குறைந்து செல்கள் பகுப்படும் திறனை இழக்கின்றன. எனவே மூப்படைதலைச் சுட்டிக் காட்டும் நேரம் காட்டியாக உள்ளது. ஆனால் வயதான தாவரங்களின் செல்களிலும் இந்நொதியின் செறிவு குறையாதிருப்பதால் அவற்றில் டீலோமியர் நேரம் காட்டி இல்லாதிருப்பது குறிப்பிடத்தக்கது. இலை போன்ற அதிகப் பகுப்படையும் செல் அமைப்புகளைக் காட்டிலும் தாவரங்களின் வேர் நுனிகள் மற்றும் நாற்றுகளில் (புதுப்பித்தல் திசுக்கள்) அதிக அளவு ஆக்குத்திசு செல்கள் கொண்டுள்ளதால் அவற்றில் டீலோமெரேஸ் நொதி அதிகம் காணப்படுகிறது.

குரோமோசோம் முனைகளின் இரட்டிப்பிற்கான தனிப்பட்ட இயக்கமுறை எது?

செல்பகுப்பின் போது குரோமோசோம் இரட்டிப்படைந்ததும் அதன் முனைகளில் துரித இரட்டிப்பு நிகழ்கிறது. இதற்கு டீலோமெரேஸ் (telomerase) என்ற நொதி உதவுகிறது. ஒரு சிறிய RNA மூலக்கூறை வார்ப்பாகக் கொண்டு அதாவது பிரைமராகக் கொண்டு, ஒரே வகை நியூக்ளியோடைட்களால் ஆன தொடர்வரிசைகளை இந்நொதி உருவாக்கி டீலோமியர் தோன்றச் செய்கிறது (DNA நியூக்ளியோடைட் பாலிமரைசேஷன்)

DNA இரட்டிப்பு சார் ஆற்றலியல் (The Energetics of DNA Replication)

DNA உற்பத்திக்கான ஆற்றலை டிஆக்ஸிரிபோநியூக்ளியோடைட்களான

டிஆக்ஸி அடினோசைன்டிரைபாஸ்ஃபேட் (dATP),

டிஆக்ஸி குவானைசன்டிரைபாஸ்ஃபேட் (dGTP),

டிஆக்ஸி சைடோசின்டிரைபாஸ்ஃபேட் (dCTP)

மற்றும் டிஆக்ஸிதைமிடின்டிரைபாஃபேட் (dTTP) ஆகியவை கொடுத்து உதவுகின்றன. எனவே இந்த நியூக்ளியோடைட்கள் DNA ஆக்கத்திற்குத் தேவையான தளப்பொருட்களாக விளங்குவதுடன் அதன் பல அலகுகளை உருவாக்கும் செயலுக்குத் தேவையான ஆற்றலையும் தந்து உதவுகின்றன.

2. DNA இரட்டித்தலில் ஆய்வுச் சான்று - டெய்லரின் ஆய்வு (Experimental evidence of DNA replication - Taylor's Experiment)

J.ஹெர்பர்ட் டெய்லர், பிலிப் உட்ஸ் மற்றும் வாலட்ர் ஹீயூஜஸ் ஆகியோர் பாதி பழமை பேணும் DNA பெருகத்தை விசியா ஃபேபா தாவர வேரில் விளக்கியுள்ளனர். DNAவின் கதிரியக்க முன்னோடியான 3Hதைமிடின் கொண்டு DNA வைக் குறியிட்டு அதற்குப் பின் ஆட்டோரேடியோகிராபி மேற்கொள்ளப்பட்டது. கதிரியக்கக் குறியிட்டுத் தையமிடினைக் கொண்ட வளரூடகத்தில் வேர் நுனிகளை வளர்த்து அச்செல்களிலுள்ள DNAவில் கதிரியக்கத்தன்மை பெறச் செய்யப்பட்டது. புகைப்படத்தில் இக்குறியிடப்பட்ட குரோமோசோம்களின் வெளிப்பரப்பு கருப்புப் புள்ளிகளில் வெள்ளி துகள்கள் சிதறடிக்கப்பட்டதைப் போன்று காணப்பட்டது.

இந்தக் குறியிடப்பட்ட குரோமோசோம்களைக் கொண்ட வேர் நுனிகளைக் குறியிடப்படாத கால்சிசைன் கொண்ட வளரூடகத்தில் வளர்த்து அதன் மூலம் செல் பகுப்பின் மெட்டாநிலையில் அதன் வளர்ச்சியைக் கட்டுப்படுத்தி ஆட்டோரேடியோகிராபி மூலம் இந்தக் குரோமோசோம்கள் ஆய்வு செய்யப்பட்டது. இந்த ஆய்வின் மூலம் கண்டறிந்தவை,

1.கதிரியக்கதிற்கு உட்படுத்தப்பட்ட முதல் தலைமுறை குரோமோசோம்களில் கதிரியக்கமானது இரு குரோமாடிட்களிலும் காணப்பட்டது. ஏனெனில் பெற்றோர் DNA ஈரிழையில் இக்கதிரியக்கம் குறியிடப்பட்டுள்ளது. ஆனால் சேய் DNA இழையில் கதிரியக்கக் குறியீடுகள் காணப்படுவதில்லை.

2. இரண்டாம் தலைமுறை குரோமோசோமின் இரு குரோமாடிட்களில் ஒன்றில் மட்டும் தான் கதிரியக்கக் குறியீடு காணப்பட்டது.

இம்முடிவுகள் பாதி பழமை பேணும் முறையில் DNA இரட்டித்தலை நிரூபிக்கிறது.