Gene regulation Questions in Hindi

(A) लैक्टोज ओपेरॉन का नियमन ग्लूकोज की उपस्थिति या अनुपस्थिति द्वारा होता है,जिसे कैटाबोलाइट रिप्रेशन या कैटाबोलाइट इंडक्शन के रूप में जाना जाता है। जब ग्लूकोज का स्तर कम होता है,तो साइक्लिक $AMP$ $(cAMP)$ की सांद्रता बढ़ जाती है। यह $cAMP$ कैटाबोलाइट एक्टिवेटर प्रोटीन $(CAP)$ से जुड़कर एक $cAMP-CAP$ कॉम्प्लेक्स बनाता है। यह कॉम्प्लेक्स $lac$ ओपेरॉन के प्रमोटर क्षेत्र से जुड़ता है,जो $RNA$ पॉलीमरेज़ के बंधन को सुविधाजनक बनाता है और ट्रांसक्रिप्शन को बढ़ाता है। इसलिए,यह ओपेरॉन इस कैटाबोलाइट-मध्यस्थ प्रक्रिया के माध्यम से ग्लूकोज के स्तर के प्रति संवेदनशील होता है।

(D) $lac$ ओपेरॉन में $Z$ जीन $\beta$-गैलेक्टोसिडेज़ एंजाइम के लिए कोड करता है। यह एंजाइम लैक्टोज (डाइसैकराइड) को उसके मोनोमेरिक इकाइयों,ग्लूकोज और गैलेक्टोज में तोड़ने के लिए जिम्मेदार है। यदि $Z$ जीन उत्परिवर्तित हो जाता है,तो कोशिका कार्यात्मक $\beta$-गैलेक्टोसिडेज़ एंजाइम का उत्पादन नहीं कर पाती है। परिणामस्वरूप,कोशिका लैक्टोज को तोड़ने में असमर्थ होती है और इसे ऊर्जा स्रोत के रूप में उपयोग नहीं कर पाती है,जिससे ऐसे माध्यम में विकास रुक जाता है जहाँ लैक्टोज एकमात्र कार्बन स्रोत होता है।

(B) यूकेरियोट्स में जीन अभिव्यक्ति के विनियमन में दोहराव वाले $DNA$ अनुक्रमों और उनके ट्रांसक्रिप्ट को शामिल करने वाला मॉडल $1969$ में $Britton$ और $Davidson$ द्वारा प्रस्तावित किया गया था।
यह मॉडल बताता है कि दोहराव वाले अनुक्रम नियामक तत्वों के रूप में कार्य करते हैं जो संरचनात्मक जीन के ट्रांसक्रिप्शन को नियंत्रित करते हैं।

(B) ओपेरॉन मॉडल में,नियामक जीन (regulator gene) रिप्रेसर प्रोटीन नामक प्रोटीन के लिए कोड करता है।
यह रिप्रेसर प्रोटीन ओपेरॉन के ऑपरेटर साइट से जुड़ जाता है।
जब रिप्रेसर ऑपरेटर से जुड़ा होता है,तो यह $RNA$ पॉलीमरेज़ को स्ट्रक्चरल जीन का $mRNA$ में ट्रांसक्रिप्शन करने से भौतिक रूप से रोकता है।
इसलिए,नियामक जीन $mRNA$ के ट्रांसक्रिप्शन को रोककर ओपेरॉन की अभिव्यक्ति को नियंत्रित करता है।

(A) ट्रिप्टोफैन $(trp)$ ओपेरॉन में,रेगुलेटर जीन एक निष्क्रिय प्रोटीन का उत्पादन करता है जिसे एपोरिप्रेसर कहा जाता है।
यह एपोरिप्रेसर,स्वयं ऑपरेटर साइट से नहीं जुड़ सकता है।
जब ट्रिप्टोफैन का स्तर उच्च होता है,तो ट्रिप्टोफैन एक सह-रिप्रेसर (co-repressor) के रूप में कार्य करता है और सक्रिय रिप्रेसर कॉम्प्लेक्स बनाने के लिए एपोरिप्रेसर के साथ जुड़ जाता है।
यह सक्रिय कॉम्प्लेक्स फिर ट्रांसक्रिप्शन को रोकने के लिए ऑपरेटर साइट से जुड़ जाता है।

(D) $lac$ ऑपेरॉन जीनों का एक समूह है जो जीवाणु कोशिकाओं $(E. coli)$ में लैक्टोज के चयापचय के लिए आवश्यक एंजाइमों के उत्पादन को नियंत्रित करता है।
जब ग्लूकोज उपस्थित होता है,तो $lac$ ऑपेरॉन दमित (repressed) रहता है।
जब ग्लूकोज अनुपस्थित होता है और लैक्टोज को एकमात्र कार्बन स्रोत के रूप में प्रदान किया जाता है,तो लैक्टोज एक प्रेरक (inducer) के रूप में कार्य करता है।
यह रिप्रेसर प्रोटीन से जुड़ जाता है,जिससे यह ऑपरेटर से नहीं जुड़ पाता है,जिससे संरचनात्मक जीनों का ट्रांसक्रिप्शन संभव हो जाता है।
इस प्रकार,$lac$ ऑपेरॉन प्रेरित (induced) हो जाता है।

(C) $Jacob$ और $Monod$ द्वारा प्रस्तावित $Operon$ मॉडल विशिष्ट घटकों से बना है,जिसमें स्ट्रक्चरल जीन,रेगुलेटर जीन,प्रमोटर जीन और ऑपरेटर जीन शामिल हैं।
$Repressor$ एक प्रोटीन उत्पाद है जिसे रेगुलेटर जीन द्वारा संश्लेषित किया जाता है,यह स्वयं कोई जीन नहीं है।
इसलिए,$Repressor$ जीन $Operon$ मॉडल का संरचनात्मक घटक नहीं है।

(A) 'ओपेरॉन मॉडल' $1961$ में फ्रांकोइस जैकोब और जैक्स मोनोड द्वारा प्रस्तावित किया गया था।
यह मॉडल प्रोकैरियोट्स में जीन विनियमन की प्रक्रिया को समझाता है,विशेष रूप से यह कि कैसे जीन का एक समूह (ओपेरॉन) प्रोटीन संश्लेषण को नियंत्रित करने के लिए एक एकल प्रमोटर और ऑपरेटर द्वारा संचालित होता है।

(A) ओपेरॉन अवधारणा में,नियामक जीन (जिसे अक्सर $i$ जीन के रूप में दर्शाया जाता है) एक प्रोटीन का निर्माण करता है जिसे रिप्रेसर कहा जाता है।
यह रिप्रेसर प्रोटीन ओपेरॉन के ऑपरेटर क्षेत्र से जुड़ जाता है।
ऑपरेटर से जुड़कर,यह $RNA$ पॉलीमरेज़ को संरचनात्मक जीनों का अनुलेखन (transcription) करने से रोकता है,जिससे ओपेरॉन की अभिव्यक्ति बाधित हो जाती है।

(A) ओपेरॉन मॉडल में,स्ट्रक्चरल जीन्स प्रोटीन या एंजाइम के संश्लेषण के लिए जिम्मेदार होते हैं।
उनकी अभिव्यक्ति ऑपरेटर जीन द्वारा नियंत्रित होती है,जो एक स्विच के रूप में कार्य करता है।
ऑपरेटर जीन रेगुलेटरी जीन द्वारा निर्मित रिप्रेसर प्रोटीन के साथ परस्पर क्रिया करके स्ट्रक्चरल जीन्स के ट्रांसक्रिप्शन को नियंत्रित करता है।
इसलिए,सही उत्तर ऑपरेटर है।

(D) ओपेरॉन मॉडल में,नियामक जीन (या $i$ जीन) संरचनात्मक जीनों के आगे (upstream) स्थित होता है। यह एक रिप्रेसर प्रोटीन के लिए कोड करता है जो संरचनात्मक जीनों के ट्रांसक्रिप्शन को नियंत्रित करने के लिए ऑपरेटर से जुड़ता है। इसलिए,नियामक जीन प्रमोटर और संरचनात्मक जीनों से पहले स्थित होता है।

(B) प्रमोटर जीन $(p)$ वह विशिष्ट स्थल है जहाँ से अनुलेखन (transcription) शुरू होता है। यह $DNA$ अणु पर $RNA$ पॉलीमरेज़ के जुड़ने का स्थान है, जो लैक्टोज ओपेरॉन में अनुलेखन की शुरुआत के लिए आवश्यक है।

(A) ओपेरॉन $DNA$ की एक कार्यात्मक इकाई है जो प्रोकैरियोट्स,जैसे बैक्टीरिया में पाई जाती है। यह एक एकल प्रमोटर के नियंत्रण में जीन के एक समूह से बना होता है। इन जीनों को एक साथ एक $mRNA$ अणु में ट्रांसक्राइब किया जाता है,जिससे कोशिका को एक साथ कई संबंधित जीनों को चालू या बंद करके चयापचय मार्गों को कुशलतापूर्वक विनियमित करने की अनुमति मिलती है। इसलिए,विकल्प $A$ सही परिभाषा है।

(C) $lac$ ओपेरॉन मॉडल में,रिप्रेसर प्रोटीन का संश्लेषण $i$-जीन (रेगुलेटर जीन) द्वारा होता है।
यह रिप्रेसर प्रोटीन इंड्यूसर (लैक्टोज) की अनुपस्थिति में ऑपरेटर साइट $(O)$ से जुड़ता है।
जब रिप्रेसर ऑपरेटर से जुड़ा होता है,तो यह $RNA$ पॉलीमरेज़ को स्ट्रक्चरल जीन $(z, y, a)$ का ट्रांसक्रिप्शन करने से रोकता है।
इसलिए,रिप्रेसर के जुड़ने के लिए सही साइट ऑपरेटर है।

(A) $lac$ ओपेरॉन में,संरचनात्मक जीन तब बंद हो जाते हैं जब रिप्रेसर प्रोटीन ऑपरेटर क्षेत्र से जुड़ जाता है।
यह बंधन $RNA$ पॉलीमरेज़ को संरचनात्मक जीनों $(lacZ, lacY, lacA)$ का प्रतिलेखन (transcription) करने से रोकता है।
इसलिए,ऑपरेटर प्रतिलेखन के लिए एक ऑन/ऑफ स्विच के रूप में कार्य करता है।

(A) ओपेरॉन मॉडल जैकोब और मोनोड द्वारा $1961$ में प्रस्तावित किया गया था,जो विशेष रूप से प्रोकैरियोट्स (जैसे बैक्टीरिया) में जीन अभिव्यक्ति और प्रोटीन संश्लेषण के विनियमन को समझाने के लिए है।
इस मॉडल में,जीन का एक समूह (ओपेरॉन) एक एकल प्रमोटर और ऑपरेटर द्वारा नियंत्रित होता है,जो कोशिका को पर्यावरणीय परिवर्तनों के प्रति कुशलतापूर्वक प्रतिक्रिया करने की अनुमति देता है।
हालाँकि यूकैरियोट्स में भी कुछ ओपेरॉन जैसी संरचनाएँ मौजूद होती हैं,लेकिन जैकोब और मोनोड द्वारा परिभाषित क्लासिक ओपेरॉन अवधारणा प्रोकैरियोटिक जीन विनियमन की एक मूलभूत विशेषता है।

(D) $Regulatory$ जीन (जिसे $i$ जीन के रूप में भी जाना जाता है) रिप्रेसर प्रोटीन को कोड करने के लिए जिम्मेदार होता है।
यह रिप्रेसर प्रोटीन ऑपरेटर क्षेत्र से जुड़ता है और इंड्यूसर की अनुपस्थिति में स्ट्रक्चरल जीन के ट्रांसक्रिप्शन को रोकता है।
अतः,सही विकल्प $(d)$ है।

(B) $lac$ ओपेरॉन में,$lac$ जीन-$I$ को इनहिबिटर (अवरोधक) जीन कहा जाता है।
यह जीन रिप्रेसर प्रोटीन नामक प्रोटीन के लिए कोड करता है।
रिप्रेसर प्रोटीन ओपेरॉन के ऑपरेटर क्षेत्र से जुड़ता है और इंड्यूसर (लैक्टोज) की अनुपस्थिति में स्ट्रक्चरल जीनों के ट्रांसक्रिप्शन को रोकता है।
इसलिए,सही विकल्प $B$ है।

(D) बीडल और टैटम ने 'एक जीन-एक एंजाइम' परिकल्पना को प्रस्तावित करने के लिए ब्रेड मोल्ड $Neurospora$ $crassa$ (एक एस्कोमाइसेट्स कवक) का उपयोग किया था।
उन्होंने इस कवक के जैव-रासायनिक उत्परिवर्तियों (mutants) का अध्ययन किया,जिसे आनुवंशिक अनुसंधान में इसके महत्व के कारण 'पादप जगत का $Drosophila$' भी कहा जाता है।

(C) हाउसकीपिंग जीन जीन का एक समूह है जो एक जीव की सभी कोशिकाओं में व्यक्त होते हैं क्योंकि वे कोशिकीय गतिविधि के रखरखाव के लिए आवश्यक बुनियादी कार्य प्रदान करते हैं।
ये जीन उन प्रोटीनों के लिए कोड करते हैं जो चयापचय,संरचनात्मक अखंडता और प्रोटीन संश्लेषण जैसी मौलिक कोशिकीय प्रक्रियाओं के लिए आवश्यक हैं।
चूंकि ये कार्य प्रत्येक कोशिका के अस्तित्व के लिए आवश्यक हैं,इसलिए ये जीन बहुकोशिकीय जीव के सभी कोशिका प्रकारों में लगातार व्यक्त होते हैं।

(D) $Klebsiella$ $pneumoniae$ में $nif$ जीन क्लस्टर नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए जिम्मेदार होता है।
यह क्लस्टर $20$ जीनों से बना है जो $8$ ओपेरॉन में व्यवस्थित होते हैं,लेकिन $nif$ जीन क्लस्टर के कार्यात्मक संगठन के संबंध में मानक जीव विज्ञान के प्रश्नों के संदर्भ में,यह व्यापक रूप से स्वीकार किया जाता है कि इसमें $7$ ओपेरॉन ($nifJ$,$nifHDK$,$nifEN$,$nifUS$,$nifM$,$nifVS$,और $nifBQ$ के रूप में ट्रांसक्राइब किए गए) होते हैं।
अतः,सही उत्तर $7$ है।

(D) $2006$ में शरीर क्रिया विज्ञान या चिकित्सा के क्षेत्र में नोबेल पुरस्कार एंड्रयू जेड. फायर और क्रेग सी. मेलो को $RNA$ इंटरफेरेंस $(RNAi)$ - यानी डबल-स्ट्रैंडेड $RNA$ द्वारा जीन साइलेंसिंग की खोज के लिए दिया गया था।
उन्होंने इस तंत्र की खोज निमेटोड वर्म $Caenorhabditis$ $elegans$ में की थी।

(C) जीन शब्द को ऐतिहासिक रूप से तीन कार्यात्मक इकाइयों द्वारा परिभाषित किया गया था:
$1$. $Cistron$ (सिस्ट्रोन): कार्य की इकाई (जीन की संरचनात्मक इकाई जो पॉलीपेप्टाइड के लिए कोड करती है)।
$2$. $Muton$ (म्यूटोन): उत्परिवर्तन की इकाई ($DNA$ का सबसे छोटा भाग जो उत्परिवर्तन से गुजर सकता है)।
$3$. $Recon$ (रिकॉन): पुनर्संयोजन की इकाई ($DNA$ का सबसे छोटा भाग जो पुनर्संयोजन करने में सक्षम है)।
अतः,जीन की संरचनात्मक इकाई $Cistron$ है।

(C) जीन अभिव्यक्ति के नियमन में,विशेष रूप से $trp$ ओपेरॉन में,अंतिम उत्पाद (ट्रिप्टोफैन) एक $Co-repressor$ के रूप में कार्य करता है।
जब अंतिम उत्पाद की सांद्रता अधिक होती है,तो यह निष्क्रिय रिप्रेसर प्रोटीन (एपो-रिप्रेसर) से जुड़ जाता है।
यह बंधन रिप्रेसर को सक्रिय करता है,जिससे यह ऑपरेटर साइट से जुड़ने में सक्षम हो जाता है।
एक बार ऑपरेटर से जुड़ जाने के बाद,रिप्रेसर $RNA$ पॉलीमरेज़ को संरचनात्मक जीनों के ट्रांसक्रिप्शन से रोकता है,जिससे चयापचय पथ रुक जाता है।
इसलिए,अंतिम उत्पाद जो इस दमन (repression) को सुविधाजनक बनाता है,उसे $Co-repressor$ के रूप में जाना जाता है।

(B) ओपेरॉन मॉडल के संदर्भ में, $\text{संरचनात्मक } \text{जीन}$ $(Structural \ gene)$ वह जीन है जो नियामक प्रोटीन के अलावा किसी भी $RNA$ या प्रोटीन उत्पाद के लिए कोड करता है। यह $DNA$ का वह खंड है जिसे $mRNA$ में अनुलेखित किया जाता है, जिसे बाद में एक विशिष्ट पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला में अनुवादित किया जाता है।
$\text{प्रमोटर } \text{जीन}$ $RNA \ polymerase$ के लिए बाइंडिंग साइट हैं।
$\text{नियामक } \text{जीन}$ रिप्रेसर प्रोटीन के लिए कोड करते हैं।
$\text{ऑपरेटर } \text{जीन}$ स्विच के रूप में कार्य करते हैं जो संरचनात्मक जीन के प्रतिलेखन को नियंत्रित करते हैं।
इसलिए, सही उत्तर $\text{संरचनात्मक } \text{जीन}$ है।

(C) $lac$ ओपेरॉन में,संरचनात्मक जीन $z$,$y$ और $a$ होते हैं।
- $z$-जीन $\beta$-गैलेक्टोसिडेज़ के लिए कूटलेखन करता है,जो लैक्टोज के गैलेक्टोज और ग्लूकोज में जल-अपघटन के लिए जिम्मेदार है।
- $y$-जीन परमिएज़ के लिए कूटलेखन करता है,जो $\beta$-गैलेक्टोसाइड्स के प्रति कोशिका की पारगम्यता को बढ़ाता है।
- $a$-जीन ट्रांसएसिटाइलेज़ के लिए कूटलेखन करता है।
- अतः,यह कथन कि $y$-जीन ट्रांसएसिटाइलेज़ के लिए कूटलेखन करता है,गलत है,क्योंकि यह वास्तव में परमिएज़ के लिए कूटलेखन करता है।

(B) $lac$ ओपेरॉन एक इंड्यूसिबल ओपेरॉन प्रणाली का उत्कृष्ट उदाहरण है।
जब इंड्यूसर (लैक्टोज) अनुपस्थित होता है,तो रिप्रेसर प्रोटीन ओपेरॉन के ऑपरेटर क्षेत्र से जुड़ जाता है।
यह बंधन $RNA$ पॉलीमरेज़ को संरचनात्मक जीनों के ट्रांसक्रिप्शन को करने से रोकता है।
चूंकि रिप्रेसर प्रोटीन का बंधन ओपेरॉन की अभिव्यक्ति को रोकता है,इसलिए इस प्रकार के नियंत्रण को नकारात्मक नियमन कहा जाता है।

(C) वर्णित कार्यात्मक परिसर को $Operon$ (ओपेरॉन) के रूप में जाना जाता है।
$Operon$ बैक्टीरिया और फेज में पाया जाने वाला आनुवंशिक कार्य की एक इकाई है,जो एक ही प्रमोटर के नियंत्रण में जीनों के समूह से बनी होती है।
इसमें संरचनात्मक जीन,एक ऑपरेटर जीन और एक नियामक जीन शामिल होते हैं।
यह अवधारणा $1961$ में $Francois \ Jacob$ और $Jacques \ Monod$ द्वारा $E. \ coli$ में जीन अभिव्यक्ति के नियमन को समझाने के लिए प्रस्तावित की गई थी ($lac$ ओपेरॉन मॉडल)।
अतः,सही विकल्प $C$ है।

(A) $lac$ ओपेरॉन $E. coli$ में एक प्रेरक (inducible) ओपेरॉन का उत्कृष्ट उदाहरण है।
$lac$ ओपेरॉन शब्द में,$lac$ का अर्थ लैक्टोज है।
इस ओपेरॉन का नाम इसके सबस्ट्रेट,लैक्टोज के नाम पर रखा गया है,जो इसके चयापचय के लिए आवश्यक जीन की अभिव्यक्ति को प्रेरित करता है।
जब माध्यम में लैक्टोज मौजूद होता है,तो यह एक प्रेरक (inducer) के रूप में कार्य करता है और रिप्रेसर प्रोटीन से जुड़ जाता है,जिससे संरचनात्मक जीन का ट्रांसक्रिप्शन संभव हो जाता है।

(D) सुकेन्द्रकी जीवों में जीन अभिव्यक्ति का नियमन विभिन्न स्तरों पर हो सकता है:
$1$. अनुलेखन स्तर (प्राथमिक ट्रांसक्रिप्ट का निर्माण)।
$2$. प्रसंस्करण स्तर (स्प्लिसिंग का नियमन)।
$3$. $m-RNA$ का केंद्रक से कोशिकाद्रव्य में परिवहन।
$4$. स्थानांतरण स्तर।
नियमन का प्रथम चरण अनुलेखन स्तर है,जहाँ प्राथमिक ट्रांसक्रिप्ट के निर्माण को नियंत्रित किया जाता है।

(C) $E. coli$ में $lac$ ओपेरॉन में तीन संरचनात्मक जीन होते हैं: $lacZ$,$lacY$ और $lacA$।
ये जीन $z, y, a$ के क्रम में व्यवस्थित होते हैं।
$lacZ$ $\beta$-गैलेक्टोसिडेज़ के लिए कूटलेखन (coding) करता है,जो लैक्टोज़ को ग्लूकोज़ और गैलेक्टोज़ में जल-अपघटित करता है।
$lacY$ परमिएज़ के लिए कूटलेखन करता है,जो $\beta$-गैलेक्टोसाइड्स के लिए कोशिका की पारगम्यता को बढ़ाता है।
$lacA$ ट्रांसएसिटाइलेज़ के लिए कूटलेखन करता है,जो एसिटाइल-$CoA$ से एसिटाइल समूह को $\beta$-गैलेक्टोसाइड्स में स्थानांतरित करता है।
अतः,सही क्रम $z, y, a$ है।

(A) चयापचय पथ $A \xrightarrow{X} B \xrightarrow{Y} C$ के रूप में दिया गया है।
यहाँ,$X$ और $Y$ क्रमशः $A$ को $B$ में और $B$ को $C$ में बदलने के लिए जिम्मेदार एंजाइम हैं।
चूंकि उत्परिवर्ती जीव माध्यम $A$ पर जीवित नहीं रह सकता है लेकिन $B$ मिलाने पर विकसित होता है,यह इंगित करता है कि जीव $B$ का उपयोग करके $C$ बना सकता है लेकिन $A$ को $B$ में परिवर्तित नहीं कर सकता है।
इसका अर्थ है कि एंजाइम $X$ कार्यहीन है या एंजाइम $X$ के लिए कोडिंग करने वाला जीन दोषपूर्ण है।
अतः,सही विकल्प $A$ है।

(B) विभेदन वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा एक कम विशिष्ट कोशिका एक अधिक विशिष्ट कोशिका प्रकार में बदल जाती है।
एक विकासशील जीव में,सभी कोशिकाओं में समान आनुवंशिक सामग्री $(DNA)$ होती है।
हालाँकि,अलग-अलग कोशिकाएं अलग-अलग समय पर और अलग-अलग स्थानों पर जीनों के अलग-अलग समूहों को अभिव्यक्त करती हैं।
इस प्रक्रिया को जीनों की विभेदित अभिव्यक्ति (Differential gene expression) के रूप में जाना जाता है,जो कोशिकाओं को विशिष्ट ऊतकों और अंगों में विकसित होने की अनुमति देती है।

(B) $Drosophila$ में,होमियोटिक जीनों में $DNA$ का एक संरक्षित अनुक्रम होता है जिसे $Homeobox$ के रूप में जाना जाता है।
ये जीन ऐसे प्रोटीन को कूटबद्ध (encode) करते हैं जो ट्रांसक्रिप्शन कारकों के रूप में कार्य करते हैं,जो भ्रूण विकास के दौरान शरीर की रूपरेखा और अंगों के विकास को निर्धारित करने के लिए अन्य जीनों की अभिव्यक्ति को नियंत्रित करते हैं।
$TATA$ बॉक्स और $Pribnow$ बॉक्स प्रमोटर अनुक्रम हैं जो ट्रांसक्रिप्शन की शुरुआत में शामिल होते हैं,न कि शरीर के खंडों या अंग विभेदन के निर्धारण में।

(B) प्रोकैरियोटिक जीन विनियमन में,$RNA$ पॉलीमरेज़ एंजाइम प्रतिलेखन (transcription) शुरू करने के लिए प्रमोटर साइट से जुड़ता है। हालाँकि,कई मामलों में,$RNA$ पॉलीमरेज़ का बंधन सहायक प्रोटीनों द्वारा सुगम या विनियमित होता है। ये प्रोटीन विशिष्ट $DNA$ अनुक्रमों के साथ परस्पर क्रिया करते हैं जिन्हें $Operator$ (ऑपरेटर) अनुक्रम कहा जाता है। नियामक प्रोटीनों और $Operator$ अनुक्रम के बीच की परस्पर क्रिया यह निर्धारित करती है कि क्या $RNA$ पॉलीमरेज़ प्रभावी रूप से प्रमोटर से जुड़ सकता है और प्रतिलेखन शुरू कर सकता है। अतः,सही उत्तर $B$ है।

(C) $E. coli$ में $lac$ ओपेरॉन में तीन संरचनात्मक जीन होते हैं: $lacZ$,$lacY$,और $lacA$।
$1$. $lacZ$ जीन $\beta$-गैलेक्टोसिडेज़ के लिए कूटलेखन (coding) करता है,जो लैक्टोज को ग्लूकोज और गैलेक्टोज में जल-अपघटित करता है।
$2$. $lacY$ जीन लैक्टोज परमिएज़ के लिए कूटलेखन करता है,जो $\beta$-गैलेक्टोसाइड्स के लिए कोशिका की पारगम्यता को बढ़ाता है।
$3$. $lacA$ जीन थायोगैलेक्टोसाइड ट्रांसएसिटाइलेज़ के लिए कूटलेखन करता है,जो एसिटाइल-CoA से एसिटाइल समूह को $\beta$-गैलेक्टोसाइड्स में स्थानांतरित करता है।
लैक्टोज डिहाइड्रोजिनेज़ $lac$ ओपेरॉन का हिस्सा नहीं है और $E. coli$ में इस तंत्र द्वारा उत्पादित नहीं होता है।

(A) $lac$ ओपेरॉन में तीन संरचनात्मक जीन होते हैं: $z$,$y$,और $a$।
$1$. $z$ जीन $\beta$-गैलेक्टोसिडेज के लिए कोड करता है,जो लैक्टोज को ग्लूकोज और गैलेक्टोज में हाइड्रोलाइज करने के लिए जिम्मेदार है।
$2$. $y$ जीन पर्मिएज के लिए कोड करता है,जो लैक्टोज जैसे $\beta$-गैलेक्टोसाइड्स के लिए कोशिका की पारगम्यता को बढ़ाता है।
$3$. $a$ जीन ट्रांसएसिटाइलेज के लिए कोड करता है।
यदि $z$ जीन उत्परिवर्तित हो जाता है,तो कोशिका कार्यात्मक $\beta$-गैलेक्टोसिडेज का उत्पादन नहीं कर सकती है। इस एंजाइम के बिना,कोशिका लैक्टोज को उसके उपयोगी मोनोसैकेराइड घटकों (ग्लूकोज और गैलेक्टोज) में तोड़ने में असमर्थ होती है,भले ही लैक्टोज कोशिका में प्रवेश कर जाए। इसलिए,कोशिका लैक्टोज का उपयोग ऊर्जा स्रोत के रूप में नहीं कर सकती है।

(A) कथन $(A)$ गलत है क्योंकि लैक्टोज (प्रेरक),न कि ग्लूकोज या गैलेक्टोज,रिप्रेसर प्रोटीन के साथ जुड़कर उसे निष्क्रिय करता है।
कथन $(B)$ सही है; लैक्टोज की अनुपस्थिति में,रिप्रेसर प्रोटीन ऑपरेटर क्षेत्र से जुड़ जाता है,जिससे $RNA$ पॉलीमरेज़ ओपेरॉन का ट्रांसक्रिप्शन नहीं कर पाता है।
कथन $(C)$ गलत है; $z$-जीन $\beta$-गैलेक्टोसिडेज के लिए कूटलेखन करता है,जबकि $y$-जीन परमीएज के लिए कूटलेखन करता है।
कथन $(D)$ सही है; $lac$ ओपेरॉन मॉडल फ्रेंकोइस जैकब और जैक मोनोड द्वारा $1961$ में दिया गया था।
अतः,कथन $(B)$ और $(D)$ सही हैं।

(A) ओपेरॉन मॉडल में,संरचनात्मक जीनों की गतिविधि मुख्य रूप से ऑपरेटर जीन द्वारा नियंत्रित होती है।
ऑपरेटर $DNA$ का एक खंड है जिससे रिप्रेसर प्रोटीन जुड़ता है,जिससे संरचनात्मक जीनों का प्रतिलेखन (transcription) रुक जाता है।
नियामक जीन रिप्रेसर प्रोटीन का उत्पादन करता है,लेकिन ऑपरेटर एक सीधे स्विच के रूप में कार्य करता है जो संरचनात्मक जीनों तक $RNA$ पॉलीमरेज़ की पहुंच को नियंत्रित करता है।

(A) जीन विनियमन के ओपेरॉन मॉडल में,संरचनात्मक जीन वे जीन होते हैं जो विशिष्ट प्रोटीन या एंजाइम के संश्लेषण के लिए कोड करते हैं। इन संरचनात्मक जीनों की गतिविधि सीधे ऑपरेटर जीन द्वारा नियंत्रित होती है। ऑपरेटर एक स्विच के रूप में कार्य करता है,जहाँ एक रिप्रेसर प्रोटीन (जो नियामक जीन द्वारा निर्मित होता है) जुड़कर $RNA$ पॉलीमरेज़ द्वारा प्रतिलेखन (transcription) को रोकता है या अनुमति देता है। इसलिए,ऑपरेटर वह विशिष्ट स्थल है जो संरचनात्मक जीनों की अभिव्यक्ति को नियंत्रित करता है।

(C) ओपेरॉन मॉडल को पहली बार $1961$ में $Francois \ Jacob$ और $Jacques \ Monod$ द्वारा प्रस्तावित किया गया था।
उन्होंने $Escherichia \ coli$ $(E. \ coli)$ में $lac$ ओपेरॉन का अध्ययन किया और बताया कि प्रोकैरियोट्स में जीन अभिव्यक्ति (gene expression) का नियमन कैसे होता है।
यह मॉडल जीन अभिव्यक्ति के समन्वित नियमन की व्याख्या करता है,जहाँ जीन का एक समूह एक ही प्रमोटर और ऑपरेटर द्वारा नियंत्रित होता है।

(B) रिप्रेसिबल ओपेरॉन आमतौर पर एनाबॉलिक पाथवे (जैसे,$trp$ ओपेरॉन) में शामिल होते हैं।
अपनी डिफ़ॉल्ट स्थिति में,ओपेरॉन चालू $(ON)$ होता है (ट्रांसक्रिप्शन होता है)।
जब अंतिम उत्पाद (को-रिप्रेसर) जमा हो जाता है,तो यह अक्रिय रिप्रेसर प्रोटीन के साथ जुड़ जाता है।
यह बंधन रिप्रेसर को सक्रिय करता है,जो फिर ओपेरॉन को बंद $(OFF)$ करने के लिए ऑपरेटर से जुड़ जाता है।
इसलिए,सही प्रक्रिया है: अक्रिय रिप्रेसर + को-रिप्रेसर = सक्रिय रिप्रेसर।

(B) : सिस्ट्रोन (या जीन) $DNA$ का एक खंड है जिसमें एक विशिष्ट पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला या कार्यात्मक $RNA$ अणु (अर्थात,ट्रांसफर $RNA$ या राइबोसोमल $RNA$) को कोड करने की जानकारी होती है।
अतः,सिस्ट्रोन कार्य की एक इकाई है।
आधुनिक आनुवंशिकी में,ऐसे जीन को स्ट्रक्चरल जीन कहा जाता है।

(A) सही उत्तर $A$ है।
$Lac$ ओपेरॉन में,लैक्टोज एक प्रेरक के रूप में कार्य करता है।
जब माध्यम में लैक्टोज मौजूद होता है,तो यह कोशिका में प्रवेश करता है और एलोलैक्टोज में परिवर्तित हो जाता है,जो वास्तविक प्रेरक के रूप में कार्य करता है।
यह प्रेरक रिप्रेसर प्रोटीन से जुड़ जाता है,जिससे उसमें संरचनात्मक परिवर्तन होता है जो रिप्रेसर को ऑपरेटर साइट से जुड़ने से रोकता है।
परिणामस्वरूप,$RNA$ पॉलीमरेज़ प्रमोटर क्षेत्र तक पहुँच सकता है और संरचनात्मक जीनों का ट्रांसक्रिप्शन (अनुलेखन) आगे बढ़ता है।

(D) $lac$ ओपेरॉन का विनियमन नकारात्मक और प्रेरक (inducible) प्रकार का होता है।
$1$. नकारात्मक नियंत्रण: $lac I$ जीन एक रिप्रेसर प्रोटीन बनाता है जो ऑपरेटर क्षेत्र से जुड़कर $RNA$ पॉलीमरेज़ को ट्रांसक्रिप्शन करने से रोकता है। इससे ओपेरॉन सामान्य परिस्थितियों में 'बंद' रहता है।
$2$. प्रेरक (Inducible): जब लैक्टोज (प्रेरक) मौजूद होता है,तो यह रिप्रेसर प्रोटीन से जुड़ जाता है,जिससे रिप्रेसर ऑपरेटर से नहीं जुड़ पाता। इससे ट्रांसक्रिप्शन की प्रक्रिया शुरू हो जाती है।
$3$. इसलिए,क्योंकि रिप्रेसर के कारण यह 'बंद' रहता है और प्रेरक द्वारा इसे 'चालू' किया जाता है,इसे नकारात्मक और प्रेरक ओपेरॉन कहा जाता है।

(C) नॉनसेंस म्यूटेशन एक आनुवंशिक उत्परिवर्तन है जो mRNA अनुक्रम में एक समयपूर्व स्टॉप कोडोन पेश करता है,जिससे पॉलीपेप्टाइड संश्लेषण समाप्त हो जाता है।
$lac$ ओपेरॉन में,संरचनात्मक जीन $lac Z$,$lac Y$,और $lac A$ के क्रम में व्यवस्थित होते हैं।
ये जीन क्रमशः $\beta$-गैलेक्टोसिडेज,लैक्टोज परमिएज और ट्रांसएसिटाइलेज के लिए कोड करते हैं।
यदि $lac Y$ जीन में नॉनसेंस म्यूटेशन होता है,तो अनुवाद प्रक्रिया उस बिंदु पर समाप्त हो जाएगी।
परिणामस्वरूप,$lac Y$ जीन द्वारा एन्कोड किया गया प्रोटीन (लैक्टोज परमिएज) और डाउनस्ट्रीम जीन $lac A$ द्वारा एन्कोड किया गया प्रोटीन (ट्रांसएसिटाइलेज) उत्पन्न नहीं होंगे।
हालाँकि,$lac Z$ जीन,जो $lac Y$ जीन के ऊपर स्थित है,का सामान्य रूप से प्रतिलेखन और अनुवाद होगा।
इसलिए,केवल $\beta$-गैलेक्टोसिडेज एंजाइम ही उत्पन्न होगा।

(A) : $lac$ ओपेरॉन की अभिव्यक्ति का नियंत्रण नकारात्मक (क्योंकि यह सामान्य रूप से बंद रहता है) और प्रेरण योग्य होता है।
एक प्रेरण योग्य ओपेरॉन वह ओपेरॉन है जो सामान्य रूप से बंद रहता है लेकिन एक प्रेरक (inducer) की उपस्थिति में कार्यशील हो जाता है ($lac$ ओपेरॉन के मामले में लैक्टोज, वास्तव में एलोलैक्टोज, जो लैक्टोज का एक मेटाबोलाइट है)।
प्रेरण योग्य ओपेरॉन आमतौर पर अपचय (catabolic) मार्गों में कार्य करते हैं।
प्रेरक की उपस्थिति में, रिप्रेसर की ऑपरेटर जीन की तुलना में प्रेरक के लिए उच्च आत्मीयता (affinity) होती है।
जब लैक्टोज मिलाया जाता है, तो लैक्टोज पर्मिएज एंजाइम द्वारा कुछ लैक्टोज अणु कोशिका में ले जाए जाते हैं, क्योंकि इस एंजाइम की थोड़ी मात्रा कोशिका में तब भी मौजूद होती है जब ओपेरॉन काम नहीं कर रहा होता है।
ये कुछ लैक्टोज अणु एलोलैक्टोज अणुओं में परिवर्तित हो जाते हैं जो एक प्रेरक के रूप में कार्य करते हैं और रिप्रेसर (नियामक जीन का एक उत्पाद) से जुड़ जाते हैं।
रिप्रेसर-प्रेरक कॉम्प्लेक्स ऑपरेटर जीन के साथ जुड़ने में विफल रहता है, इस प्रकार यह "चालू" (on) हो जाता है।

(C) सही कथन $(ii)$ और $(iv)$ हैं।
व्याख्या:
$(i)$ गलत: एलोलैक्टोज (लैक्टोज का एक आइसोमर) एक इंड्यूसर के रूप में कार्य करता है,न कि ग्लूकोज या गैलेक्टोज। यह रिप्रेसर से जुड़कर उसे निष्क्रिय कर देता है।
$(ii)$ सही: इंड्यूसर (लैक्टोज) की अनुपस्थिति में,रिप्रेसर प्रोटीन ऑपरेटर क्षेत्र से जुड़ जाता है,जिससे $RNA$ पॉलीमरेज संरचनात्मक जीनों का ट्रांसक्रिप्शन नहीं कर पाता है।
$(iii)$ गलत: $z$-जीन $\beta$-गैलेक्टोसिडेज के लिए कोड करता है,जबकि $y$-जीन परमीएज के लिए कोड करता है।
$(iv)$ सही: लैक ओपेरॉन मॉडल फ्रांकोइस जैकब और जैक्स मोनोड द्वारा $1961$ में प्रस्तावित किया गया था,जिसके लिए उन्हें नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

(B) सही उत्तर $B$ है। $E. coli$ में $lac$ ओपेरॉन (एक प्रेरित ओपेरॉन) में एक प्रमोटर,एक ऑपरेटर,एक नियामक जीन ($i$ जीन) और तीन संरचनात्मक जीन: $z, y,$ और $a$ होते हैं।
ये संरचनात्मक जीन क्रमशः $\beta$-galactosidase,$\beta$-galactoside permease,और $\beta$-galactoside transacetylase एंजाइमों के लिए कोड करते हैं।
$i$ जीन एक रिप्रेसर प्रोटीन के लिए कोड करता है जो इन संरचनात्मक जीनों की अभिव्यक्ति को नियंत्रित करता है।
प्रेरक (allolactose) की उपस्थिति में,रिप्रेसर निष्क्रिय हो जाता है,जिससे $RNA$ पॉलीमरेज़ संरचनात्मक जीनों का ट्रांसक्रिप्शन करने में सक्षम हो जाता है।