Gene regulation Questions in Gujarati

(A) લેક્ટોઝ ઓપેરોનનું નિયમન ગ્લુકોઝની હાજરી અથવા ગેરહાજરી દ્વારા થાય છે,જેને કેટાબોલાઇટ રિપ્રેશન અથવા કેટાબોલાઇટ ઇન્ડક્શન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. જ્યારે ગ્લુકોઝનું સ્તર ઓછું હોય છે,ત્યારે સાયક્લિક $AMP$ $(cAMP)$ ની સાંદ્રતા વધે છે. આ $cAMP$ કેટાબોલાઇટ એક્ટિવેટર પ્રોટીન $(CAP)$ સાથે જોડાય છે અને $cAMP-CAP$ સંકુલ બનાવે છે. આ સંકુલ $lac$ ઓપેરોનના પ્રમોટર વિસ્તાર સાથે જોડાય છે,જે $RNA$ પોલિમરેઝના જોડાણને સરળ બનાવે છે અને ટ્રાન્સક્રિપ્શનને વધારે છે. તેથી,આ ઓપેરોન આ કેટાબોલાઇટ-મધ્યસ્થી પ્રક્રિયા દ્વારા ગ્લુકોઝના સ્તર પ્રત્યે સંવેદનશીલ છે.

(D) $lac$ ઓપેરોનમાં રહેલું $Z$ જનીન $\beta$-ગેલેક્ટોસિડેઝ ઉત્સેચક માટે સંકેત આપે છે. આ ઉત્સેચક લેક્ટોઝ નામના ડાયસેકેરાઈડનું તેના ઘટક એકમો,ગ્લુકોઝ અને ગેલેક્ટોઝમાં જળવિભાજન કરવા માટે જવાબદાર છે. જો $Z$ જનીનમાં વિકૃતિ આવે,તો કોષ કાર્યક્ષમ $\beta$-ગેલેક્ટોસિડેઝ ઉત્સેચક બનાવી શકતો નથી. પરિણામે,કોષ લેક્ટોઝનું વિઘટન કરી શકતો નથી અને તેને ઉર્જાના સ્ત્રોત તરીકે વાપરી શકતો નથી,જેના કારણે લેક્ટોઝ એકમાત્ર કાર્બન સ્ત્રોત હોય તેવા માધ્યમમાં કોષની વૃદ્ધિ અટકી જાય છે.

(B) સુકોષકેન્દ્રી સજીવોમાં જનીન અભિવ્યક્તિના નિયમનમાં પુનરાવર્તિત $DNA$ શૃંખલાઓ અને તેમના ટ્રાન્સક્રિપ્ટ્સનો સમાવેશ કરતું મોડેલ $1969$ માં $Britton$ અને $Davidson$ દ્વારા પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યું હતું.
આ મોડેલ સૂચવે છે કે પુનરાવર્તિત શૃંખલાઓ નિયમનકારી તત્વો તરીકે કાર્ય કરે છે જે બંધારણીય જનીનોના ટ્રાન્સક્રિપ્શનનું નિયંત્રણ કરે છે.

(B) ઓપેરોન મોડેલમાં,નિયામક જનીન (regulator gene) રિપ્રેસર પ્રોટીન નામના પ્રોટીન માટે સંકેત આપે છે.
આ રિપ્રેસર પ્રોટીન ઓપેરોનના ઓપરેટર સાઇટ સાથે જોડાય છે.
જ્યારે રિપ્રેસર ઓપરેટર સાથે જોડાયેલ હોય છે,ત્યારે તે $RNA$ પોલિમરેઝને સ્ટ્રક્ચરલ જનીનોનું $mRNA$ માં ટ્રાન્સક્રિપ્શન કરતા અટકાવે છે.
તેથી,નિયામક જનીન $mRNA$ ના ટ્રાન્સક્રિપ્શનને અવરોધીને ઓપેરોનની અભિવ્યક્તિને નિયંત્રિત કરે છે.

(A) ટ્રિપ્ટોફેન $(trp)$ ઓપેરોનમાં,રેગ્યુલેટર જનીન એક નિષ્ક્રિય પ્રોટીન ઉત્પન્ન કરે છે જેને એપોરિપ્રેસર કહેવામાં આવે છે.
આ એપોરિપ્રેસર,પોતે ઓપરેટર સાઇટ સાથે જોડાઈ શકતું નથી.
જ્યારે ટ્રિપ્ટોફેનનું સ્તર ઊંચું હોય છે,ત્યારે ટ્રિપ્ટોફેન સહ-રિપ્રેસર (co-repressor) તરીકે કાર્ય કરે છે અને સક્રિય રિપ્રેસર સંકુલ બનાવવા માટે એપોરિપ્રેસર સાથે જોડાય છે.
ત્યારબાદ આ સક્રિય સંકુલ ટ્રાન્સક્રિપ્શનને અટકાવવા માટે ઓપરેટર સાઇટ સાથે જોડાય છે.

(D) $lac$ ઓપેરોન એ જનીનોનો સમૂહ છે જે બેક્ટેરિયલ કોષો $(E. coli)$ માં લેક્ટોઝના ચયાપચય માટે જરૂરી ઉત્સેચકોના ઉત્પાદનનું નિયમન કરે છે.
જ્યારે ગ્લુકોઝ હાજર હોય છે,ત્યારે $lac$ ઓપેરોન દમિત (repressed) હોય છે.
જ્યારે ગ્લુકોઝ ગેરહાજર હોય અને લેક્ટોઝને એકમાત્ર કાર્બન સ્ત્રોત તરીકે આપવામાં આવે,ત્યારે લેક્ટોઝ પ્રેરક (inducer) તરીકે કાર્ય કરે છે.
તે રિપ્રેસર પ્રોટીન સાથે જોડાય છે,જે તેને ઓપરેટર સાથે જોડાતા અટકાવે છે,જેનાથી સ્ટ્રક્ચરલ જનીનોનું ટ્રાન્સક્રિપ્શન શક્ય બને છે.
આમ,$lac$ ઓપેરોન પ્રેરિત (induced) થાય છે.

(C) $Jacob$ અને $Monod$ દ્વારા પ્રસ્તાવિત $Operon$ મોડેલ ચોક્કસ ઘટકોનું બનેલું છે,જેમાં સ્ટ્રક્ચરલ જનીનો,રેગ્યુલેટર જનીન,પ્રમોટર જનીન અને ઓપરેટર જનીનનો સમાવેશ થાય છે.
$Repressor$ એ રેગ્યુલેટર જનીન દ્વારા સંશ્લેષિત પ્રોટીન ઉત્પાદન છે,તે પોતે કોઈ જનીન નથી.
તેથી,$Repressor$ જનીન એ $Operon$ મોડેલનો માળખાકીય ઘટક નથી.

(A) 'ઓપેરોન મોડેલ' $1961$ માં ફ્રાન્કોઈસ જેકોબ અને જેક્સ મોનોડ દ્વારા પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યું હતું.
આ મોડેલ પ્રોકેરિયોટ્સમાં જનીન નિયમનની પદ્ધતિ સમજાવે છે,ખાસ કરીને કેવી રીતે જનીનોનો સમૂહ (ઓપેરોન) પ્રોટીન સંશ્લેષણને નિયંત્રિત કરવા માટે એક જ પ્રમોટર અને ઓપરેટર દ્વારા સંચાલિત થાય છે.

(A) ઓપેરોન ખ્યાલમાં,નિયામક જનીન (જેને ઘણીવાર $i$ જનીન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે) એક પ્રોટીનનું સંશ્લેષણ કરે છે જેને રિપ્રેસર કહેવામાં આવે છે.
આ રિપ્રેસર પ્રોટીન ઓપેરોનના ઓપરેટર પ્રદેશ સાથે જોડાય છે.
ઓપરેટર સાથે જોડાઈને,તે $RNA$ પોલિમરેઝને બંધારણીય જનીનોનું પ્રત્યાંકન (transcription) કરતા અટકાવે છે,જેનાથી ઓપેરોનની અભિવ્યક્તિ અવરોધાય છે.

(A) ઓપેરોન મોડેલમાં,સ્ટ્રક્ચરલ જનીનો પ્રોટીન અથવા ઉત્સેચકોના સંશ્લેષણ માટે જવાબદાર હોય છે.
તેમની અભિવ્યક્તિ ઓપરેટર જનીન દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે,જે એક સ્વીચ તરીકે કાર્ય કરે છે.
ઓપરેટર જનીન રેગ્યુલેટરી જનીન દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ રિપ્રેસર પ્રોટીન સાથે આંતરક્રિયા કરીને સ્ટ્રક્ચરલ જનીનોના ટ્રાન્સક્રિપ્શનને નિયંત્રિત કરે છે.
તેથી,સાચો જવાબ ઓપરેટર છે.

(D) ઓપેરોન મોડેલમાં,નિયામક જનીન (અથવા $i$ જનીન) બંધારણીય જનીનોની આગળ (upstream) આવેલું હોય છે. તે રિપ્રેસર પ્રોટીન માટે સંકેત આપે છે જે બંધારણીય જનીનોના ટ્રાન્સક્રિપ્શનને નિયંત્રિત કરવા માટે ઓપરેટર સાથે જોડાય છે. તેથી,નિયામક જનીન પ્રમોટર અને બંધારણીય જનીનોની પહેલાં સ્થિત હોય છે.

(B) પ્રમોટર જનીન $(p)$ એ સ્થાન છે જ્યાંથી પ્રત્યાંકન (transcription) શરૂ થાય છે. તે $DNA$ પરનું એવું સ્થાન છે જ્યાં $RNA$ પોલિમરેઝ જોડાય છે, જે લેક્ટોઝ ઓપેરોનમાં પ્રત્યાંકનની શરૂઆત માટે અનિવાર્ય છે.

(A) ઓપેરોન એ પ્રોકેરિયોટ્સ,જેમ કે બેક્ટેરિયામાં જોવા મળતો $DNA$ નો એક કાર્યાત્મક એકમ છે. તે એક જ પ્રમોટરના નિયંત્રણ હેઠળના જનીનોના સમૂહનો બનેલો છે. આ જનીનોનું એકસાથે $mRNA$ અણુમાં ટ્રાન્સક્રિપ્શન થાય છે,જે કોષને એકસાથે અનેક સંબંધિત જનીનોને ચાલુ અથવા બંધ કરીને ચયાપચયના માર્ગોનું અસરકારક રીતે નિયમન કરવાની મંજૂરી આપે છે. તેથી,વિકલ્પ $A$ સાચી વ્યાખ્યા છે.

(C) $lac$ ઓપેરોન મોડેલમાં,રિપ્રેસર પ્રોટીનનું સંશ્લેષણ $i$-જનીન (રેગ્યુલેટર જનીન) દ્વારા થાય છે.
જ્યારે ઇન્ડ્યુસર (લેક્ટોઝ) ગેરહાજર હોય ત્યારે આ રિપ્રેસર પ્રોટીન ઓપરેટર સ્થાન $(O)$ સાથે જોડાય છે.
જ્યારે રિપ્રેસર ઓપરેટર સાથે જોડાયેલ હોય છે,ત્યારે તે $RNA$ પોલિમરેઝને સ્ટ્રક્ચરલ જનીનો $(z, y, a)$ નું ટ્રાન્સક્રિપ્શન કરતા અટકાવે છે.
તેથી,રિપ્રેસરના જોડાણ માટેનું સાચું સ્થાન ઓપરેટર છે.

(A) $lac$ ઓપેરોનમાં,જ્યારે રિપ્રેસર પ્રોટીન ઓપરેટર પ્રદેશ સાથે જોડાય છે ત્યારે સ્ટ્રક્ચરલ જનીનો બંધ (switch off) થઈ જાય છે.
આ જોડાણ $RNA$ પોલીમરેઝને સ્ટ્રક્ચરલ જનીનો $(lacZ, lacY, lacA)$ નું ટ્રાન્સક્રિપ્શન કરતા અટકાવે છે.
તેથી,ઓપરેટર ટ્રાન્સક્રિપ્શન માટે ઓન/ઓફ સ્વીચ તરીકે કાર્ય કરે છે.

(A) ઓપેરોન મોડેલ જેકોબ અને મોનોડ દ્વારા $1961$ માં આપવામાં આવ્યું હતું,જે ખાસ કરીને આદિકોષકેન્દ્રી સજીવો (જેમ કે બેક્ટેરિયા) માં જનીન અભિવ્યક્તિ અને પ્રોટીન સંશ્લેષણના નિયમનને સમજાવે છે.
આ મોડેલમાં,જનીનોનો સમૂહ (ઓપેરોન) એક જ પ્રમોટર અને ઓપરેટર દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે,જે કોષને પર્યાવરણીય ફેરફારો સામે અસરકારક રીતે પ્રતિસાદ આપવામાં મદદ કરે છે.
જોકે સુકોષકેન્દ્રી સજીવોમાં પણ કેટલીક ઓપેરોન જેવી રચનાઓ જોવા મળે છે,પરંતુ જેકોબ અને મોનોડ દ્વારા વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવેલ ક્લાસિક ઓપેરોન ખ્યાલ એ આદિકોષકેન્દ્રી જનીન નિયમનનું મૂળભૂત લક્ષણ છે.

(D) $Regulatory$ જનીન (જેને $i$ જનીન તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) રિપ્રેસર પ્રોટીન બનાવવા માટે જવાબદાર છે.
આ રિપ્રેસર પ્રોટીન ઓપરેટર પ્રદેશ સાથે જોડાય છે અને ઇન્ડ્યુસરની ગેરહાજરીમાં સ્ટ્રક્ચરલ જનીનોના ટ્રાન્સક્રિપ્શનને અટકાવે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $(d)$ છે.

(B) $lac$ ઓપેરોનમાં,$lac$ જનીન-$I$ એ અવરોધક (inhibitor) જનીન તરીકે ઓળખાય છે.
આ જનીન રિપ્રેસર પ્રોટીન તરીકે ઓળખાતા પ્રોટીન માટે કોડ કરે છે.
રિપ્રેસર પ્રોટીન ઓપેરોનના ઓપરેટર પ્રદેશ સાથે જોડાય છે અને ઇન્ડ્યુસર (લેક્ટોઝ) ની ગેરહાજરીમાં સ્ટ્રક્ચરલ જનીનોના ટ્રાન્સક્રિપ્શનને અટકાવે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $B$ છે.

(D) બીડલ અને ટાટમે 'એક જનીન-એક ઉત્સેચક' પરિકલ્પના રજૂ કરવા માટે બ્રેડ મોલ્ડ $Neurospora$ $crassa$ (એક એસ્કોમાયસેટીસ ફૂગ) નો ઉપયોગ કર્યો હતો.
તેમણે આ ફૂગના જૈવરાસાયણિક વિકૃતિકારીઓ (mutants) નો અભ્યાસ કર્યો હતો,જેને આનુવંશિક સંશોધનમાં તેના મહત્વને કારણે 'વનસ્પતિ સૃષ્ટિનું $Drosophila$' પણ કહેવામાં આવે છે.

(C) હાઉસકીપિંગ જનીનો એ જનીનોનો એક સમૂહ છે જે સજીવના તમામ કોષોમાં અભિવ્યક્ત થાય છે કારણ કે તે કોષીય પ્રવૃત્તિ જાળવી રાખવા માટે જરૂરી પાયાના કાર્યો પૂરા પાડે છે.
આ જનીનો એવા પ્રોટીન માટે કોડિંગ કરે છે જે ચયાપચય,બંધારણીય અખંડિતતા અને પ્રોટીન સંશ્લેષણ જેવી પાયાની કોષીય પ્રક્રિયાઓ માટે આવશ્યક છે.
આ કાર્યો દરેક કોષના અસ્તિત્વ માટે જરૂરી હોવાથી,આ જનીનો બહુકોષીય સજીવના તમામ કોષ પ્રકારોમાં સતત અભિવ્યક્ત થાય છે.

(D) $Klebsiella$ $pneumoniae$ માં $nif$ જનીન ક્લસ્ટર નાઈટ્રોજન સ્થાપન માટે જવાબદાર છે.
આ ક્લસ્ટર $20$ જનીનોનું બનેલું છે જે $8$ ઓપેરોનમાં ગોઠવાયેલા છે,પરંતુ $nif$ જનીન ક્લસ્ટરના કાર્યાત્મક સંગઠન અંગેના પ્રમાણિત જીવવિજ્ઞાનના પ્રશ્નોના સંદર્ભમાં,તે વ્યાપકપણે સ્વીકૃત છે કે તેમાં $7$ ઓપેરોન ($nifJ$,$nifHDK$,$nifEN$,$nifUS$,$nifM$,$nifVS$,અને $nifBQ$ તરીકે ટ્રાન્સક્રાઇબ થયેલ) હોય છે.
તેથી,સાચો જવાબ $7$ છે.

(D) $2006$ માં શરીરવિજ્ઞાન અથવા તબીબી ક્ષેત્રનું નોબેલ પારિતોષિક એન્ડ્રુ ઝેડ. ફાયર અને ક્રેગ સી. મેલોને $RNA$ વ્યતિકરણ $(RNAi)$ - એટલે કે બેવડી શૃંખલામય $RNA$ દ્વારા જનીન સાયલેન્સિંગની શોધ માટે આપવામાં આવ્યું હતું.
તેમણે આ પદ્ધતિની શોધ સૂત્રકૃમિ (nematode worm) $Caenorhabditis$ $elegans$ માં કરી હતી.

(C) જનીન શબ્દને ઐતિહાસિક રીતે ત્રણ કાર્યાત્મક એકમો દ્વારા વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવ્યો હતો:
$1$. $Cistron$ (સિસ્ટ્રોન): કાર્યનો એકમ (જનીનનો રચનાત્મક એકમ જે પોલીપેપ્ટાઈડ માટે સંકેત આપે છે).
$2$. $Muton$ (મ્યુટોન): ઉત્પરિવર્તનનો એકમ ($DNA$ નો સૌથી નાનો ભાગ જે ઉત્પરિવર્તન પામી શકે છે).
$3$. $Recon$ (રેકોન): પુનઃસંયોજનનો એકમ ($DNA$ નો સૌથી નાનો ભાગ જે પુનઃસંયોજન પામવા માટે સક્ષમ છે).
તેથી,જનીનનો રચનાત્મક એકમ $Cistron$ છે.

(C) જનીન અભિવ્યક્તિના નિયમનમાં,ખાસ કરીને $trp$ ઓપેરોનમાં,અંતિમ નીપજ (ટ્રિપ્ટોફેન) $Co-repressor$ તરીકે કાર્ય કરે છે.
જ્યારે અંતિમ નીપજનું પ્રમાણ વધારે હોય છે,ત્યારે તે નિષ્ક્રિય રિપ્રેસર પ્રોટીન (એપોરિપ્રેસર) સાથે જોડાય છે.
આ જોડાણ રિપ્રેસરને સક્રિય કરે છે,જેનાથી તે ઓપરેટર સાઇટ સાથે જોડાઈ શકે છે.
એકવાર ઓપરેટર સાથે જોડાઈ ગયા પછી,રિપ્રેસર $RNA$ પોલિમરેઝને સ્ટ્રક્ચરલ જનીનોનું ટ્રાન્સક્રિપ્શન કરતા અટકાવે છે,જેનાથી ચયાપચય પથ અટકી જાય છે.
તેથી,આ રિપ્રેશનને સરળ બનાવતી અંતિમ નીપજને $Co-repressor$ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

(B) ઓપેરોન મોડેલના સંદર્ભમાં, $\text{બંધારણીય } \text{જનીન}$ $(Structural \ gene)$ એવું જનીન છે જે નિયંત્રક પ્રોટીન સિવાયના કોઈપણ $RNA$ અથવા પ્રોટીન ઉત્પાદન માટે સંકેત આપે છે। આ $DNA$ નો એવો ખંડ છે જેનું $mRNA$ માં ભાષાંતરણ થાય છે, જે ત્યારબાદ ચોક્કસ પોલિપેપ્ટાઇડ શૃંખલામાં રૂપાંતરિત થાય છે।
$\text{પ્રમોટર } \text{જનીન}$ એ $RNA \ polymerase$ માટે જોડાણ સ્થાન છે।
$\text{નિયંત્રક } \text{જનીન}$ રિપ્રેસર પ્રોટીન માટે સંકેત આપે છે।
$\text{ઓપરેટર } \text{જનીન}$ સ્વીચ તરીકે કાર્ય કરે છે જે બંધારણીય જનીનોના પ્રત્યાંકનનું નિયંત્રણ કરે છે।
તેથી, સાચો જવાબ $\text{બંધારણીય } \text{જનીન}$ છે।

(C) $lac$ ઓપરેનમાં,બંધારણીય જનીનો $z$,$y$ અને $a$ છે.
- $z$-જનીન $\beta$-ગલેક્ટોસિડેઝ માટે સાંકેતિકરણ કરે છે,જે લેક્ટોઝનું ગલેક્ટોઝ અને ગ્લુકોઝમાં જળવિભાજન કરવા માટે જવાબદાર છે.
- $y$-જનીન પરમીએઝ માટે સાંકેતિકરણ કરે છે,જે કોષની $\beta$-ગલેક્ટોસાઈડ્સ પ્રત્યેની પારગમ્યતા વધારે છે.
- $a$-જનીન ટ્રાન્સએસિટાઈલેઝ માટે સાંકેતિકરણ કરે છે.
- તેથી,$y$-જનીન ટ્રાન્સએસિટાઈલેઝનું સાંકેતિકરણ કરે છે તે વિધાન ખોટું છે,કારણ કે તે વાસ્તવમાં પરમીએઝનું સાંકેતિકરણ કરે છે.

(B) $lac$ ઓપેરોન એ ઇન્ડ્યુસિબલ ઓપેરોન સિસ્ટમનું ઉત્તમ ઉદાહરણ છે.
જ્યારે ઇન્ડ્યુસર (લેક્ટોઝ) ગેરહાજર હોય છે,ત્યારે રિપ્રેસર પ્રોટીન ઓપેરોનના ઓપરેટર પ્રદેશ સાથે જોડાય છે.
આ જોડાણ $RNA$ પોલિમરેઝને સ્ટ્રક્ચરલ જનીનોનું ટ્રાન્સક્રિપ્શન કરતા અટકાવે છે.
કારણ કે રિપ્રેસર પ્રોટીનનું જોડાણ ઓપેરોનની અભિવ્યક્તિને અવરોધે છે,તેથી આ પ્રકારના નિયંત્રણને નકારાત્મક નિયમન કહેવામાં આવે છે.

(C) વર્ણવેલ કાર્યશીલ સંકીર્ણને $Operon$ (ઓપેરોન) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
$Operon$ એ બેક્ટેરિયા અને ફેજમાં જોવા મળતી આનુવંશિક કાર્યની એક એકમ છે,જે એક જ પ્રમોટરના નિયંત્રણ હેઠળના જનીનોના સમૂહની બનેલી હોય છે.
તેમાં બંધારણીય જનીનો,ઓપરેટર જનીન અને નિયંત્રક જનીનનો સમાવેશ થાય છે.
આ ખ્યાલ $1961$ માં $Francois \ Jacob$ અને $Jacques \ Monod$ દ્વારા $E. \ coli$ માં જનીન અભિવ્યક્તિના નિયમનને સમજાવવા માટે રજૂ કરવામાં આવ્યો હતો ($lac$ ઓપેરોન મોડેલ).
તેથી,સાચો વિકલ્પ $C$ છે.

(A) $lac$ ઓપેરોન એ $E. coli$ માં પ્રેરિત ઓપેરોનનું ઉત્તમ ઉદાહરણ છે.
$lac$ ઓપેરોન શબ્દમાં,$lac$ એ લેક્ટોઝ માટે વપરાય છે.
આ ઓપેરોનનું નામ તેના સબસ્ટ્રેટ,લેક્ટોઝ પરથી રાખવામાં આવ્યું છે,જે તેના ચયાપચય માટે જરૂરી જનીનોની અભિવ્યક્તિને પ્રેરે છે.
જ્યારે માધ્યમમાં લેક્ટોઝ હાજર હોય છે,ત્યારે તે પ્રેરક (inducer) તરીકે કાર્ય કરે છે અને રિપ્રેસર પ્રોટીન સાથે જોડાય છે,જેનાથી સ્ટ્રક્ચરલ જનીનોનું ટ્રાન્સક્રિપ્શન શક્ય બને છે.

(D) સુકોષકેન્દ્રી સજીવોમાં જનીન અભિવ્યક્તિનું નિયમન વિવિધ સ્તરે થઈ શકે છે:
$1$. પ્રત્યાંકન સ્તર (પ્રાથમિક ટ્રાન્સક્રિપ્ટનું નિર્માણ).
$2$. સંસાધન સ્તર (સ્પ્લાયસિંગનું નિયમન).
$3$. $m-RNA$ નું કોષકેન્દ્રમાંથી કોષરસમાં વહન.
$4$. ભાષાંતરણ સ્તર.
નિયમનનો પ્રથમ તબક્કો પ્રત્યાંકન સ્તર છે,જ્યાં પ્રાથમિક ટ્રાન્સક્રિપ્ટના નિર્માણનું નિયંત્રણ થાય છે.

(C) $E. coli$ માં $lac$ ઓપરેન ત્રણ રચનાત્મક જનીનો ધરાવે છે: $lacZ$,$lacY$ અને $lacA$.
આ જનીનો $z, y, a$ ના ક્રમમાં ગોઠવાયેલા હોય છે.
$lacZ$ એ $\beta$-ગેલેક્ટોસિડેઝ માટે સંકેત આપે છે,જે લેક્ટોઝનું ગ્લુકોઝ અને ગેલેક્ટોઝમાં જળવિભાજન કરે છે.
$lacY$ એ પરમીએઝ માટે સંકેત આપે છે,જે કોષની $\beta$-ગેલેક્ટોસાઇડ્સ માટેની પારગમ્યતા વધારે છે.
$lacA$ એ ટ્રાન્સએસીટાઈલેઝ માટે સંકેત આપે છે,જે એસીટાઈલ-$CoA$ માંથી એસીટાઈલ સમૂહને $\beta$-ગેલેક્ટોસાઇડ્સમાં સ્થાનાંતરિત કરે છે.
તેથી,સાચો ક્રમ $z, y, a$ છે.

(A) ચયાપચયનો માર્ગ $A \xrightarrow{X} B \xrightarrow{Y} C$ તરીકે આપવામાં આવ્યો છે.
અહીં,$X$ અને $Y$ એ અનુક્રમે $A$ નું $B$ માં અને $B$ નું $C$ માં રૂપાંતર કરતા ઉત્સેચકો છે.
વિકૃત સજીવ માધ્યમ $A$ પર જીવંત રહી શકતું નથી પરંતુ જ્યારે $B$ ઉમેરવામાં આવે છે ત્યારે તે વિકાસ પામે છે,જે દર્શાવે છે કે સજીવ $B$ નો ઉપયોગ કરીને $C$ બનાવી શકે છે,પરંતુ તે $A$ નું $B$ માં રૂપાંતર કરી શકતું નથી.
આનો અર્થ એ છે કે ઉત્સેચક $X$ કાર્યરત નથી અથવા ઉત્સેચક $X$ માટે જવાબદાર જનીન ખામીયુક્ત છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $A$ છે.

(B) વિભેદન એ એવી પ્રક્રિયા છે જેના દ્વારા ઓછી વિશિષ્ટતા ધરાવતો કોષ વધુ વિશિષ્ટ કોષ પ્રકારમાં ફેરવાય છે.
વિકાસ પામતા સજીવમાં,તમામ કોષો સમાન આનુવંશિક દ્રવ્ય $(DNA)$ ધરાવે છે.
જોકે,અલગ-અલગ કોષો અલગ-અલગ સમયે અને અલગ-અલગ સ્થાને જનીનોના અલગ-અલગ સમૂહોને અભિવ્યક્ત કરે છે.
આ પ્રક્રિયાને જનીનોની વિભેદિત અભિવ્યક્તિ (Differential gene expression) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે,જે કોષોને ચોક્કસ પેશીઓ અને અંગોમાં વિકસિત થવા દે છે.

(B) ડ્રોસોફિલામાં,હોમિયોટીક જનીનોમાં $DNA$ નો એક સંરક્ષિત ક્રમ હોય છે જેને $Homeobox$ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
આ જનીનો એવા પ્રોટીન માટે સંકેત આપે છે જે ટ્રાન્સક્રિપ્શન ફેક્ટર તરીકે કાર્ય કરે છે,જે ગર્ભ વિકાસ દરમિયાન દેહ સમતલ અને અંગોના વિકાસને નિર્ધારિત કરવા માટે અન્ય જનીનોની અભિવ્યક્તિનું નિયમન કરે છે.
$TATA$ બોક્સ અને $Pribnow$ બોક્સ એ પ્રમોટર ક્રમ છે જે ટ્રાન્સક્રિપ્શનની શરૂઆતમાં સામેલ હોય છે,પરંતુ તે દેહના ખંડો અથવા અંગ વિભેદિકરણના નિર્ધારણમાં ભાગ લેતા નથી.

(B) આદિકોષકેન્દ્રી જનીન નિયમનમાં,$RNA$ પોલિમરેઝ ઉત્સેચક પ્રત્યાંકનની શરૂઆત કરવા માટે પ્રમોટર સ્થાન સાથે જોડાય છે. જો કે,ઘણા કિસ્સાઓમાં,$RNA$ પોલિમરેઝનું જોડાણ સહાયક પ્રોટીન દ્વારા સરળ અથવા નિયંત્રિત થાય છે. આ પ્રોટીન ચોક્કસ $DNA$ અનુક્રમો સાથે આંતરક્રિયા કરે છે જેને $Operator$ (ઓપરેટર) અનુક્રમો તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. નિયંત્રક પ્રોટીન અને $Operator$ અનુક્રમ વચ્ચેની આંતરક્રિયા નક્કી કરે છે કે શું $RNA$ પોલિમરેઝ પ્રમોટર સાથે અસરકારક રીતે જોડાઈ શકે છે અને પ્રત્યાંકન શરૂ કરી શકે છે. તેથી,સાચો જવાબ $B$ છે.

(C) $E. coli$ માં $lac$ ઓપેરોન ત્રણ બંધારણીય જનીનો ધરાવે છે: $lacZ$,$lacY$,અને $lacA$.
$1$. $lacZ$ જનીન $\beta$-ગેલેક્ટોસિડેઝ માટે સંકેત આપે છે,જે લેક્ટોઝનું ગ્લુકોઝ અને ગેલેક્ટોઝમાં જળવિભાજન કરે છે.
$2$. $lacY$ જનીન લેક્ટોઝ પરમિએઝ માટે સંકેત આપે છે,જે $\beta$-ગેલેક્ટોસાઈડ્સ માટે કોષની પારગમ્યતા વધારે છે.
$3$. $lacA$ જનીન થાયોગેલેક્ટોસાઈડ ટ્રાન્સએસિટાયલેઝ માટે સંકેત આપે છે,જે એસિટાઈલ-CoA માંથી એસિટાઈલ સમૂહને $\beta$-ગેલેક્ટોસાઈડ્સમાં સ્થાનાંતરિત કરે છે.
લેક્ટોઝ ડિહાઈડ્રોજીનેઝ એ $lac$ ઓપેરોનનો ભાગ નથી અને $E. coli$ માં આ તંત્ર દ્વારા ઉત્પન્ન થતું નથી.

(A) $lac$ ઓપેરોન ત્રણ બંધારણીય જનીનો ધરાવે છે: $z$,$y$,અને $a$.
$1$. $z$ જનીન $\beta$-ગેલેક્ટોસિડેઝ માટે સંકેત આપે છે,જે લેક્ટોઝનું ગ્લુકોઝ અને ગેલેક્ટોઝમાં જળવિભાજન કરવા માટે જવાબદાર છે.
$2$. $y$ જનીન પરમીએઝ માટે સંકેત આપે છે,જે લેક્ટોઝ જેવા $\beta$-ગેલેક્ટોસાઇડ્સ માટે કોષની પ્રવેશશીલતા વધારે છે.
$3$. $a$ જનીન ટ્રાન્સએસીટાઈલેઝ માટે સંકેત આપે છે.
જો $z$ જનીનમાં વિકૃતિ આવે,તો કોષ કાર્યશીલ $\beta$-ગેલેક્ટોસિડેઝ ઉત્પન્ન કરી શકતું નથી. આ ઉત્સેચક વિના,કોષ લેક્ટોઝને તેના ઉપયોગી મોનોસેકેરાઇડ ઘટકો (ગ્લુકોઝ અને ગેલેક્ટોઝ) માં તોડી શકતું નથી,ભલે લેક્ટોઝ કોષમાં દાખલ થાય. તેથી,કોષ લેક્ટોઝનો ઊર્જા સ્ત્રોત તરીકે ઉપયોગ કરી શકતું નથી.

(A) વિધાન $(A)$ ખોટું છે કારણ કે લેક્ટોઝ (પ્રેરક),ગ્લુકોઝ કે ગેલેક્ટોઝ નહીં,તે નિગ્રાહક પ્રોટીન સાથે જોડાઈને તેને નિષ્ક્રિય કરે છે.
વિધાન $(B)$ સાચું છે; લેક્ટોઝની ગેરહાજરીમાં,નિગ્રાહક પ્રોટીન ઓપરેટર સાથે જોડાય છે,જે $RNA$ પોલિમરેઝને ઓપેરોનનું પ્રત્યાંકન કરતા અટકાવે છે.
વિધાન $(C)$ ખોટું છે; $z$-જનીન $\beta$-ગેલેક્ટોસિડેઝ માટે સંકેતન કરે છે,જ્યારે $y$-જનીન પરમિએઝ માટે સંકેતન કરે છે.
વિધાન $(D)$ સાચું છે; લેક ઓપેરોન મોડેલ ફ્રાન્કોઈસ જેકોબ અને જેક મોનાડ દ્વારા $1961$ માં આપવામાં આવ્યું હતું.
તેથી,વિધાન $(B)$ અને $(D)$ સાચા છે.

(A) ઓપેરોન મોડેલમાં,બંધારણીય જનીનોની પ્રવૃત્તિ મુખ્યત્વે ઓપરેટર જનીન દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે.
ઓપરેટર એ $DNA$ નો એક ખંડ છે જેની સાથે રિપ્રેસર પ્રોટીન જોડાય છે,જેનાથી બંધારણીય જનીનોનું પ્રત્યાંકન અટકે છે.
નિયંત્રક જનીન રિપ્રેસર પ્રોટીન ઉત્પન્ન કરે છે,પરંતુ ઓપરેટર એક સીધી સ્વીચ તરીકે કાર્ય કરે છે જે બંધારણીય જનીનો સુધી $RNA$ પોલિમરેઝની પહોંચને નિયંત્રિત કરે છે.

(A) જનીન નિયમનના ઓપેરોન મોડેલમાં,બંધારણીય જનીનો એવા જનીનો છે જે ચોક્કસ પ્રોટીન અથવા ઉત્સેચકોના સંશ્લેષણ માટે કોડ કરે છે. આ બંધારણીય જનીનોની પ્રવૃત્તિ સીધી રીતે ઓપરેટર જનીન દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે. ઓપરેટર એક સ્વીચ તરીકે કાર્ય કરે છે,જ્યાં રિપ્રેસર પ્રોટીન (જે નિયંત્રક જનીન દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે) જોડાઈને $RNA$ પોલિમરેઝ દ્વારા થતા ટ્રાન્સક્રિપ્શનને અટકાવે છે અથવા મંજૂરી આપે છે. તેથી,ઓપરેટર એ ચોક્કસ સ્થાન છે જે બંધારણીય જનીનોની અભિવ્યક્તિને નિયંત્રિત કરે છે.

(C) ઓપેરોન નમૂનો સૌપ્રથમ $1961$ માં $Francois \ Jacob$ અને $Jacques \ Monod$ દ્વારા રજૂ કરવામાં આવ્યો હતો.
તેમણે $Escherichia \ coli$ $(E. \ coli)$ માં $lac$ ઓપેરોનનો અભ્યાસ કર્યો હતો અને સમજાવ્યું હતું કે પ્રોકેરિયોટ્સમાં જનીન અભિવ્યક્તિનું નિયમન કેવી રીતે થાય છે.
આ નમૂનો જનીન અભિવ્યક્તિના સંકલિત નિયમનને સમજાવે છે,જેમાં જનીનોનો સમૂહ એક જ પ્રમોટર અને ઓપરેટર દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે.

(B) રિપ્રેસિબલ ઓપેરોન સામાન્ય રીતે એનાબોલિક પથ (દા.ત.,$trp$ ઓપેરોન) સાથે સંકળાયેલ હોય છે.
તેની મૂળભૂત સ્થિતિમાં,ઓપેરોન ચાલુ $(ON)$ હોય છે (ટ્રાન્સક્રિપ્શન થાય છે).
જ્યારે અંતિમ ઉત્પાદન (કો-રિપ્રેસર) એકઠું થાય છે,ત્યારે તે અક્રિયાશીલ રિપ્રેસર પ્રોટીન સાથે જોડાય છે.
આ જોડાણ રિપ્રેસરને સક્રિય કરે છે,જે પછી ઓપેરોનને બંધ $(OFF)$ કરવા માટે ઓપરેટર સાથે જોડાય છે.
તેથી,સાચી પ્રક્રિયા છે: અક્રિયાશીલ રિપ્રેસર + કો-રિપ્રેસર = ક્રિયાશીલ રિપ્રેસર.

(B) : સિસ્ટ્રોન (અથવા જનીન) એ $DNA$ નો એક એવો ખંડ છે જે ચોક્કસ પોલીપેપ્ટાઈડ શૃંખલા અથવા કાર્યાત્મક $RNA$ અણુ (જેમ કે,ટ્રાન્સફર $RNA$ અથવા રીબોઝોમલ $RNA$) માટેની માહિતી ધરાવે છે.
આથી,સિસ્ટ્રોન એ કાર્યનો એકમ છે.
આધુનિક જનીનશાસ્ત્રમાં,આવા જનીનને સ્ટ્રક્ચરલ જનીન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

(A) સાચો જવાબ $A$ છે.
$Lac$ ઓપેરોનમાં,લેક્ટોઝ પ્રેરક તરીકે કાર્ય કરે છે.
જ્યારે માધ્યમમાં લેક્ટોઝ હાજર હોય છે,ત્યારે તે કોષમાં પ્રવેશ કરે છે અને એલોલેક્ટોઝમાં રૂપાંતરિત થાય છે,જે વાસ્તવિક પ્રેરક તરીકે કાર્ય કરે છે.
આ પ્રેરક રિપ્રેસર પ્રોટીન સાથે જોડાય છે,જેના કારણે તેમાં રચનાત્મક ફેરફાર થાય છે જે રિપ્રેસરને ઓપરેટર સાઇટ સાથે જોડાતા અટકાવે છે.
પરિણામે,$RNA$ પોલીમરેઝ પ્રમોટર વિસ્તાર સુધી પહોંચી શકે છે અને સ્ટ્રક્ચરલ જનીનોનું ટ્રાન્સક્રિપ્શન (પ્રત્યાંકન) આગળ વધે છે.

(D) $lac$ ઓપેરોનનું નિયમન નકારાત્મક અને પ્રેરિત (inducible) પ્રકારનું છે.
$1$. નકારાત્મક નિયંત્રણ: $lac I$ જનીન રિપ્રેસર પ્રોટીન બનાવે છે જે ઓપરેટર સાથે જોડાય છે અને $RNA$ પોલિમરેઝને ટ્રાન્સક્રિપ્શન કરતા અટકાવે છે. આથી સામાન્ય સ્થિતિમાં ઓપેરોન 'બંધ' રહે છે.
$2$. પ્રેરિત (Inducible): જ્યારે લેક્ટોઝ (ઇન્ડ્યુસર) હાજર હોય,ત્યારે તે રિપ્રેસર સાથે જોડાય છે,જેનાથી રિપ્રેસર ઓપરેટર સાથે જોડાઈ શકતું નથી. આનાથી ટ્રાન્સક્રિપ્શન શરૂ થાય છે.
$3$. આમ,રિપ્રેસરને કારણે તે નકારાત્મક છે અને ઇન્ડ્યુસર દ્વારા તે પ્રેરિત થાય છે,તેથી તેને નકારાત્મક અને પ્રેરિત ઓપેરોન કહેવામાં આવે છે.

(C) નોનસેન્સ મ્યુટેશન એ એક આનુવંશિક વિકૃતિ છે જે mRNA શૃંખલામાં અકાળે સ્ટોપ કોડોન દાખલ કરે છે,જેના પરિણામે પોલીપેપ્ટાઈડ સંશ્લેષણ અટકી જાય છે.
$lac$ ઓપેરોનમાં,બંધારણીય જનીનો $lac Z$,$lac Y$ અને $lac A$ ક્રમમાં ગોઠવાયેલા હોય છે.
આ જનીનો અનુક્રમે $\beta$-ગેલેક્ટોસીડેઝ,લેક્ટોઝ પરમીએઝ અને ટ્રાન્સએસીટાઈલેઝ માટે સંકેત આપે છે.
જો $lac Y$ જનીનમાં નોનસેન્સ મ્યુટેશન થાય,તો ભાષાંતરની પ્રક્રિયા તે સ્થાને અટકી જશે.
પરિણામે,$lac Y$ જનીન દ્વારા નિર્મિત પ્રોટીન (લેક્ટોઝ પરમીએઝ) અને તેની પછીના $lac A$ જનીન દ્વારા નિર્મિત પ્રોટીન (ટ્રાન્સએસીટાઈલેઝ) ઉત્પન્ન થશે નહીં.
જોકે,$lac Z$ જનીન,જે $lac Y$ જનીનની ઉપરના ક્રમમાં આવેલું છે,તેનું સામાન્ય રીતે પ્રત્યાંકન અને ભાષાંતર થશે.
તેથી,માત્ર $\beta$-ગેલેક્ટોસીડેઝ ઉત્સેચક જ ઉત્પન્ન થશે.

(A) : $lac$ ઓપેરોનની અભિવ્યક્તિનું નિયંત્રણ નકારાત્મક (કારણ કે તે સામાન્ય રીતે બંધ હોય છે) અને પ્રેરિત પ્રકારનું હોય છે.
પ્રેરિત ઓપેરોન એ એક એવું ઓપેરોન છે જે સામાન્ય રીતે બંધ રહે છે પરંતુ પ્રેરક (inducer) ની હાજરીમાં કાર્યરત બને છે ($lac$ ઓપેરોનના કિસ્સામાં લેક્ટોઝ, વાસ્તવમાં એલોલેક્ટોઝ, જે લેક્ટોઝનો ચયાપચયી પદાર્થ છે).
પ્રેરિત ઓપેરોન સામાન્ય રીતે અપચય (catabolic) માર્ગોમાં કાર્ય કરે છે.
પ્રેરકની હાજરીમાં, રિપ્રેસરની આકર્ષણ શક્તિ ઓપરેટર જનીન કરતા પ્રેરક માટે વધુ હોય છે.
જ્યારે લેક્ટોઝ ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે લેક્ટોઝ પરમીએઝ ઉત્સેચક દ્વારા થોડા લેક્ટોઝ અણુઓ કોષમાં પ્રવેશ કરે છે, કારણ કે આ ઉત્સેચકનો થોડો જથ્થો કોષમાં હાજર હોય છે, ભલે ઓપેરોન કાર્યરત ન હોય.
આ થોડા લેક્ટોઝ અણુઓ એલોલેક્ટોઝ અણુઓમાં રૂપાંતરિત થાય છે જે પ્રેરક તરીકે કાર્ય કરે છે અને રિપ્રેસર (નિયમનકારી જનીનની નીપજ) સાથે જોડાય છે.
રિપ્રેસર-પ્રેરક સંકુલ ઓપરેટર જનીન સાથે જોડાઈ શકતું નથી, તેથી તે "ચાલુ" (on) થાય છે.

(C) સાચા વિધાનો $(ii)$ અને $(iv)$ છે.
સમજૂતી:
$(i)$ ખોટું: એલોલેક્ટોઝ (લેક્ટોઝનું એક આઈસોમર) ઈન્ડ્યુસર તરીકે કાર્ય કરે છે,ગ્લુકોઝ કે ગેલેક્ટોઝ નહીં. તે રિપ્રેસર સાથે જોડાઈને તેને નિષ્ક્રિય કરે છે.
$(ii)$ સાચું: ઈન્ડ્યુસર (લેક્ટોઝ) ની ગેરહાજરીમાં,રિપ્રેસર પ્રોટીન ઓપરેટર પ્રદેશ સાથે જોડાય છે,જે $RNA$ પોલિમરેઝને સ્ટ્રક્ચરલ જનીનોનું ટ્રાન્સક્રિપ્શન કરતા અટકાવે છે.
$(iii)$ ખોટું: $z$-જનીન $\beta$-ગેલેક્ટોસિડેઝ માટે કોડિંગ કરે છે,જ્યારે $y$-જનીન પરમીએઝ માટે કોડિંગ કરે છે.
$(iv)$ સાચું: લેક ઓપેરોન મોડેલ ફ્રાન્કોઈસ જેકબ અને જેક્સ મોનોડ દ્વારા $1961$ માં પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યું હતું,જેના માટે તેમને નોબેલ પુરસ્કાર આપવામાં આવ્યો હતો.

(B) સાચો જવાબ $B$ છે. $E. coli$ માં $lac$ ઓપેરોન (એક પ્રેરિત ઓપેરોન) એક પ્રમોટર,એક ઓપરેટર,એક નિયામક જનીન ($i$ જનીન) અને ત્રણ બંધારણીય જનીનો: $z, y,$ અને $a$ નો બનેલો છે.
આ બંધારણીય જનીનો અનુક્રમે $\beta$-galactosidase,$\beta$-galactoside permease,અને $\beta$-galactoside transacetylase ઉત્સેચકો માટે સંકેત આપે છે.
$i$ જનીન એક રિપ્રેસર પ્રોટીન માટે સંકેત આપે છે જે આ બંધારણીય જનીનોની અભિવ્યક્તિનું નિયમન કરે છે.
પ્રેરકની (allolactose) હાજરીમાં,રિપ્રેસર નિષ્ક્રિય થઈ જાય છે,જેનાથી $RNA$ પોલિમરેઝ બંધારણીય જનીનોનું ટ્રાન્સક્રિપ્શન કરી શકે છે.