Replication Questions in Gujarati

(C) $DNA$ પ્રતિકૃતિ દરમિયાન, લેગિંગ સ્ટ્રેન્ડ (lagging strand) ટૂંકા, અસતત ટુકડાઓમાં સંશ્લેષિત થાય છે જેને ઓકાઝાકી ટુકડાઓ (Okazaki fragments) કહેવામાં આવે છે.
આ ટુકડાઓ $5' \rightarrow 3'$ દિશામાં સંશ્લેષિત થાય છે.
$DNA$ લાઈગેઝ એ ઉત્સેચક છે જે એક ટુકડાના $3'-OH$ છેડા અને બાજુના ટુકડાના $5'-\text{ફોસ્ફેટ}$ છેડા વચ્ચે ફોસ્ફોડાયએસ્ટર બંધ બનાવીને આ ઓકાઝાકી ટુકડાઓને એકબીજા સાથે જોડવા માટે જવાબદાર છે.
તેથી, સાચો વિકલ્પ $C$ છે.

(C) $DNA$ ના સ્વયંજનનની શરૂઆત ન્યુક્લિઓટાઇડ્સના એક વિશિષ્ટ ક્રમથી થાય છે જેને $Origin$ $of$ $replication$ $(ori)$ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
આ તે સ્થાન છે જ્યાં $DNA$ પોલિમરેઝ જેવા સ્વયંજનન માટેના ઉત્સેચકો જોડાઈને $DNA$ સંશ્લેષણની પ્રક્રિયા શરૂ કરે છે.
પ્રમોટર એ પ્રત્યાંકન (transcription) ની શરૂઆત સાથે સંકળાયેલા છે,સ્વયંજનન સાથે નહીં.
તેથી,સાચો જવાબ $C$ છે.

(B) $DNA$ સ્વયંજનન દરમિયાન,બેવડી કુંતલની બે શૃંખલાઓ પ્રતિસમાંતર હોય છે.
$DNA$ પોલિમરેઝ ઉત્સેચક ફક્ત $5' \rightarrow 3'$ દિશામાં જ નવા $DNA$ નું સંશ્લેષણ કરી શકે છે.
શૃંખલાઓ પ્રતિસમાંતર હોવાથી,એક શૃંખલા સ્વયંજનન કાંટા (replication fork) ની સાપેક્ષમાં $3' \rightarrow 5'$ દિશામાં હોય છે,જે ઉત્સેચકને સતત નવી શૃંખલા બનાવવાની મંજૂરી આપે છે.
આ શૃંખલાને અગ્રગામી શૃંખલા (leading strand) કહેવામાં આવે છે.
તેથી,સતત સ્વયંજનન $3' \rightarrow 5'$ ધ્રુવીયતા ધરાવતી ટેમ્પ્લેટ શૃંખલા પર થાય છે.

(A) $SSBP$ નું પૂરું નામ $Single$ $Stranded$ $Binding$ $Protein$ છે.
આ પ્રોટીન $DNA$ ના પ્રતિકૃતિ (replication) દરમિયાન મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે. તે $DNA$ ની એકલ શૃંખલા (single-stranded $DNA$) સાથે જોડાઈને તેને ફરીથી જોડાતી અટકાવે છે અથવા દ્વિતીયક બંધારણ બનાવતા રોકે છે,જેથી $DNA$ પોલિમરેઝ માટે ટેમ્પલેટ ઉપલબ્ધ રહે છે.

(B) હેલીકેઝ એ $DNA$ પ્રતિકૃતિ (replication) માં સામેલ ઉત્સેચક છે. તેનું મુખ્ય કાર્ય $DNA$ ના બેવડા કુંતલ (double helix) ને છૂટું પાડવાનું છે,જે તે પૂરક નાઈટ્રોજન બેઝ (એડેનાઈન-થાયમીન અને ગ્વાનીન-સાયટોસીન) વચ્ચેના હાઈડ્રોજન બંધ તોડીને કરે છે. આ વિભાજનથી પ્રતિકૃતિ કાંટો (replication fork) બને છે,જે $DNA$ પોલીમરેઝને ટેમ્પલેટ શૃંખલાઓ સુધી પહોંચવા માટે સક્ષમ બનાવે છે.

(D) $DNA$ ગાયરેઝ એ એક વિશિષ્ટ પ્રકારનો ઉત્સેચક છે જે $Topoisomerases$ ના વર્ગમાં આવે છે.
તે મુખ્યત્વે આદિકોષકેન્દ્રી સજીવોમાં જોવા મળે છે અને $DNA$ અણુની બંને શૃંખલાઓને તોડીને અને ફરીથી જોડીને $DNA$ માં નકારાત્મક સુપરકોઈલ્સ દાખલ કરવા માટે જવાબદાર છે.
તેથી,ગાયરેઝને કાર્યાત્મક રીતે $Topoisomerase$ $II$ તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે.

(A) $DNA$ હેલિકેઝ એ એક ઉત્સેચક છે જે $DNA$ ના પ્રતિકૃતિ (replication) માં મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે.
તે પૂરક નાઈટ્રોજન બેઝ ($A=T$ અને $G \equiv C$) વચ્ચેના હાઈડ્રોજન બંધને તોડીને $DNA$ ના બેવડા કુંતલ (double helix) ને ખોલે છે.
આ હાઈડ્રોજન બંધોને તોડીને, ઉત્સેચક $DNA$ અણુની બે શૃંખલાઓને અલગ કરે છે, જેનાથી પ્રતિકૃતિ કાંટો (replication fork) બને છે.

(C) ઓકાઝાકી ટુકડાઓ એ ટૂંકા,નવા સંશ્લેષિત $DNA$ ના ટુકડાઓ છે જે $DNA$ સ્વયંજનન દરમિયાન લેગિંગ (વિલંબિત) ટેમ્પલેટ શૃંખલા પર બને છે.
સ્વયંજનન દરમિયાન,$DNA$ પોલિમરેઝ માત્ર $5' \rightarrow 3'$ દિશામાં જ $DNA$ નું સંશ્લેષણ કરી શકે છે.
$DNA$ ના બેવડા કુંતલની બંને શૃંખલાઓ પ્રતિસમાંતર હોવાથી,એક શૃંખલા (લીડિંગ શૃંખલા) સતત સંશ્લેષિત થાય છે,જ્યારે બીજી શૃંખલા (લેગિંગ શૃંખલા) ટૂંકા ટુકડાઓમાં અસતત રીતે સંશ્લેષિત થાય છે,જેને ઓકાઝાકી ટુકડાઓ કહેવામાં આવે છે.

(C) $DNA$ ના સ્વયંજનન (replication) દરમિયાન,$DNA$ પોલિમરેઝ ઉત્સેચક પોતાની જાતે નવા $DNA$ શૃંખલાનું સંશ્લેષણ શરૂ કરી શકતો નથી.
તેને શરૂઆત કરવા માટે $RNA$ ના એક ટૂંકા ખંડની જરૂર પડે છે,જેને $RNA$ પ્રાઈમર કહેવામાં આવે છે.
આ ટૂંકા $RNA$ પ્રાઈમરનું સંશ્લેષણ કરતા ઉત્સેચકને $Primase$ (એક પ્રકારનો $RNA$ પોલિમરેઝ) કહેવામાં આવે છે.
એકવાર $RNA$ પ્રાઈમર જોડાઈ જાય,પછી $DNA$ પોલિમરેઝ પ્રાઈમરના $3'$ છેડા પર $DNA$ ન્યુક્લિઓટાઈડ્સ ઉમેરી શકે છે.

(D) $Reverse \text{ } Transcriptase$ એ એક ઉત્સેચક છે જે $RNA$ ટેમ્પલેટ (સાંચા) પરથી $DNA$ ના સંશ્લેષણને ઉત્પ્રેરિત કરે છે.
આ ઉત્સેચક $DNA$ બનાવવા માટે $RNA$ નો ઉપયોગ ટેમ્પલેટ તરીકે કરતું હોવાથી, તેને $RNA$ આધારિત $DNA$ પોલિમરેઝ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
આ ઉત્સેચક સામાન્ય રીતે રેટ્રોવાયરસ (જેમ કે $HIV$) માં જોવા મળે છે, જે તેમને તેમના જનીનિક દ્રવ્યને યજમાનના જિનોમમાં દાખલ કરવામાં મદદ કરે છે.

(C) ઉલ્ટું પ્રત્યાંકન (reverse transcription) એ $RNA$ ટેમ્પલેટમાંથી $DNA$ સંશ્લેષણ કરવાની પ્રક્રિયા છે.
આ પ્રક્રિયા રીવર્સ ટ્રાન્સક્રિપ્ટેઝ નામના ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.
આ ઉત્સેચક સામાન્ય રીતે રેટ્રોવાયરસ (જેમ કે $HIV$) માં જોવા મળે છે,જે તેમને તેમના વાયરલ જનીનિક દ્રવ્યને યજમાન કોષના જિનોમમાં દાખલ કરવામાં મદદ કરે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $C$ છે.

(B) પ્રાઈમેઝ એ $RNA$ પોલિમરેઝ ઉત્સેચકનો એક વિશિષ્ટ પ્રકાર છે.
તે $DNA$ ટેમ્પલેટ શૃંખલાને પૂરક એવા ટૂંકા $RNA$ પ્રાઈમર્સનું સંશ્લેષણ કરવા માટે જવાબદાર છે.
આ $RNA$ પ્રાઈમર્સ $DNA$ પોલિમરેઝને $DNA$ પ્રતિકૃતિ (replication) ની પ્રક્રિયા શરૂ કરવા માટે જરૂરી $3'-OH$ સમૂહ પૂરો પાડે છે.

(A) $DNA$ પ્રતિકૃતિ દરમિયાન, $RNA$ પ્રાઈમરનું સંશ્લેષણ પ્રાઈમેઝ ઉત્સેચક દ્વારા થાય છે।
એકવાર $DNA$ શૃંખલાનું સંશ્લેષણ થઈ જાય, પછી $DNA$ અણુની સાતત્યતા જાળવવા માટે $RNA$ પ્રાઈમરને દૂર કરવું જરૂરી છે।
પ્રોકેરિયોટ્સમાં, $DNA$ પોલિમરેઝ $I$ પાસે $5' \to 3'$ એક્ઝોન્યુક્લિએઝ પ્રવૃત્તિ હોય છે, જે તેને $RNA$ પ્રાઈમરને દૂર કરવાની અને તેને $DNA$ ન્યુક્લિયોટાઇડ્સ સાથે બદલવાની મંજૂરી આપે છે।
તેથી, $DNA$ પોલિમરેઝ $I$ આ પ્રક્રિયા માટે જવાબદાર ઉત્સેચક છે।

(A) સ્વયંજનનની ઉત્પત્તિ $(ori)$ એ જિનોમમાં રહેલો એક વિશિષ્ટ $DNA$ ક્રમ છે જ્યાંથી સ્વયંજનન (replication) શરૂ થાય છે.
આ તે સ્થાન છે જ્યાં સ્વયંજનન માટેના ઉત્સેચકો ($DNA$ પોલિમરેઝ અને અન્ય પ્રોટીન) જોડાય છે અને $DNA$ સ્વયંજનનની પ્રક્રિયા શરૂ કરે છે.
તેથી,તે સ્વયંજનનના પ્રારંભ માટે જવાબદાર છે.

(C) પ્રાઈમર એ ન્યુક્લિક એસિડ (સામાન્ય રીતે $RNA$ અથવા $DNA$) ની ટૂંકી,એક-શૃંખલામય શૃંખલા છે જે $DNA$ સંશ્લેષણ માટે પ્રારંભિક બિંદુ તરીકે કાર્ય કરે છે.
આણ્વિક જીવવિજ્ઞાનમાં,પ્રાઈમર સામાન્ય રીતે ન્યુક્લિઓટાઈડ્સની ટૂંકી શૃંખલાઓ હોય છે,જેની લંબાઈ સામાન્ય રીતે $18$ થી $25$ ન્યુક્લિઓટાઈડ્સની વચ્ચે હોય છે.
તેઓ ન્યુક્લિઓટાઈડ્સની નાની સંખ્યાના બનેલા હોવાથી,તેમને ઓલિગોન્યુક્લિઓટાઈડ્સ તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $C$ છે.

(B) $E. coli$ માં કુલ બેઝ જોડીની સંખ્યા $4.6 \times 10^{6}$ bp છે.
પ્રતિકૃતિ માટે લાગતો સમય $18$ મિનિટ છે.
સમયને સેકન્ડમાં ફેરવતા: $18 \text{ મિનિટ} = 18 \times 60 \text{ સેકન્ડ} = 1080 \text{ સેકન્ડ}$.
પોલિમરાઇઝેશનનો સરેરાશ દર આ રીતે ગણવામાં આવે છે: $\text{કુલ બેઝ જોડી} / \text{સેકન્ડમાં કુલ સમય}$.
દર $= (4.6 \times 10^{6}) / 1080 \approx 4259 \text{ બેઝ જોડી/સેકન્ડ}$.
$NCERT$ પાઠ્યપુસ્તકના ડેટા મુજબ,$E. coli$ માટે પોલિમરાઇઝેશનનો સરેરાશ દર આશરે $2000$ બેઝ જોડી/સેકન્ડ ગણવામાં આવે છે.

(A) $DNA$ ના સ્વયંજનન (replication) દરમિયાન, $DNA$ પોલિમરેઝ ઉત્સેચક અસ્તિત્વ ધરાવતા ન્યુક્લિયોટાઇડના $3'-OH$ સમૂહ અને આવતા નવા ન્યુક્લિયોટાઇડના $5'-\text{ફોસ્ફેટ}$ સમૂહ વચ્ચે ફોસ્ફોડાયએસ્ટર બંધ બનાવવાનું કાર્ય કરે છે। આ બંધ ન્યુક્લિયોટાઇડ્સને જોડીને $DNA$ શૃંખલાની શર્કરા-ફોસ્ફેટ કરોડરજ્જુ બનાવે છે.

(D) મેસેલસન અને સ્ટેહલ દ્વારા $DNA$ નું અર્ધ-રૂઢિચુસ્ત (semi-conservative) સ્વયંજનન સાબિત કરવા માટે કરવામાં આવેલા પ્રયોગમાં,તેમણે $E. coli$ ને નાઈટ્રોજનના એકમાત્ર સ્ત્રોત તરીકે $^{15}N$ (નાઈટ્રોજનનો ભારે આઈસોટોપ) ધરાવતા માધ્યમમાં ઘણી પેઢીઓ સુધી ઉછેર્યા હતા.
આના પરિણામે નવા સંશ્લેષિત $DNA$ (ભારે $DNA$) માં $^{15}N$ નો સમાવેશ થયો.
ત્યારબાદ,આ કોષોને સામાન્ય $^{14}NH_4Cl$ ધરાવતા માધ્યમમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવ્યા હતા.
ભારે $DNA$ $(^{15}N-DNA)$ અને સામાન્ય $DNA$ $(^{14}N-DNA)$ વચ્ચે તફાવત પારખવા માટે,તેમણે $CsCl$ (સીઝિયમ ક્લોરાઈડ) ગ્રેડિયન્ટનો ઉપયોગ કરીને ડેન્સિટી ગ્રેડિયન્ટ સેન્ટ્રિફ્યુગેશન કર્યું હતું.
$CsCl$ ગ્રેડિયન્ટ $DNA$ અણુઓને તેમની ઘનતાના આધારે અલગ થવા દે છે,જ્યાં ભારે અણુઓ હલકા અણુઓની તુલનામાં અલગ સ્થાને સ્થાયી થાય છે.

(A) $DNA$ પ્રતિકૃતિ દરમિયાન અગ્રગામી શૃંખલા (Leading strand) $5^{\prime}-3^{\prime}$ દિશામાં સતત સંશ્લેષિત થાય છે. આ પ્રક્રિયા એટલા માટે થાય છે કારણ કે $DNA$ પોલિમરેઝ ઉત્સેચક જેમ જેમ પ્રતિકૃતિ કાંટો (replication fork) ખુલે છે,તેમ તેમ વધતી જતી શૃંખલાના $3^{\prime}$ છેડા પર ન્યુક્લિયોટાઇડ્સ ઉમેરે છે.

(B) $DNA$ પ્રતિકૃતિ એ એક એવી પ્રક્રિયા છે જેમાં બેવડી શૃંખલા ધરાવતા $DNA$ અણુની નકલ કરીને બે સમાન $DNA$ અણુઓ ઉત્પન્ન કરવામાં આવે છે.
$DNA$ પ્રતિકૃતિમાં દરેક નવા પુત્રી અણુમાં એક મૂળ પિતૃ શૃંખલા અને એક નવી સંશ્લેષિત શૃંખલા હોય છે, તેથી તેને અર્ધ-રૂઢિચુસ્ત (semi-conservative) કહેવામાં આવે છે.
વધુમાં, $DNA$ પોલિમરેઝ ઉત્સેચક માત્ર $5' \to 3'$ દિશામાં જ $DNA$ નું સંશ્લેષણ કરી શકે છે, તેથી એક શૃંખલા (અગ્રેસર શૃંખલા - leading strand) સતત સંશ્લેષિત થાય છે, જ્યારે બીજી શૃંખલા (લેગિંગ શૃંખલા - lagging strand) ટૂંકા ટુકડાઓમાં સંશ્લેષિત થાય છે જેને ઓકાઝાકી ટુકડાઓ કહેવાય છે, આથી આ પ્રક્રિયા અર્ધ-અસતત (semi-discontinuous) છે.

(B) $DNA$ પોલિમરેઝ એ એક ઉત્સેચક છે જે $DNA$ ના સ્વયંજનન (replication) અને સમારકામ (repair) માં સામેલ છે.
તે $DNA$ ટેમ્પલેટનો ઉપયોગ કરીને માત્ર $5' \to 3'$ દિશામાં નવા $DNA$ શૃંખલાઓનું સંશ્લેષણ કરે છે.

(A) મેસેલ્સન અને સ્ટાલ $(1958)$ એ $Escherichia \,coli$ બેક્ટેરિયાને $15 \,N$ (ભારે આઇસોટોપ) ધરાવતા માધ્યમમાં ઉછેર્યા હતા.
થોડી પેઢીઓ પછી,તેમના $DNA$ ની બંને શૃંખલાઓમાં $15 \,N$ જોવા મળ્યું હતું.
જ્યારે આ બેક્ટેરિયાને $14 \,N$ (હલકા આઇસોટોપ) ધરાવતા માધ્યમમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવ્યા,ત્યારે પ્રથમ પેઢીના બેક્ટેરિયામાંથી અલગ કરાયેલ $DNA$ મધ્યવર્તી ઘનતા ધરાવતું હતું.
આનું કારણ એ છે કે દરેક $DNA$ અણુ એક ભારે પિતૃ શૃંખલા $(15 \,N)$ અને એક નવી સંશ્લેષિત હલકી શૃંખલા $(14 \,N)$ ધરાવે છે.
તેથી,બંને શૃંખલાઓ અલગ ઘનતા ધરાવે છે અને તે પિતૃ $DNA$ (જે સંપૂર્ણપણે $15 \,N$ હતું) જેવી હોતી નથી.
આ પ્રયોગ $DNA$ ના અર્ધ-રૂઢિચુસ્ત (semi-conservative) સ્વયંજનન માટેનો પુરાવો પૂરો પાડે છે.

(C) પ્રતિકૃતિ એ $DNA$ અણુની ચોક્કસ નકલ બનાવવાની પ્રક્રિયા છે。
$DNA$ પ્રતિકૃતિની અર્ધ-રૂઢિચુસ્ત પદ્ધતિ મુજબ, પિતૃ $DNA$ અણુની બે શૃંખલાઓ અલગ થાય છે。
દરેક પિતૃ શૃંખલા નવી પૂરક શૃંખલાના સંશ્લેષણ માટે ટેમ્પલેટ તરીકે કાર્ય કરે છે。
પ્રતિકૃતિ પૂર્ણ થયા પછી, દરેક પરિણામી $DNA$ અણુમાં એક મૂળ પિતૃ શૃંખલા અને એક નવી સંશ્લેષિત શૃંખલા હોય છે。
તેથી, આ પદ્ધતિને અર્ધ-રૂઢિચુસ્ત કહેવામાં આવે છે કારણ કે દરેક નવા અણુમાં મૂળ $DNA$ નો અડધો ભાગ જળવાઈ રહે છે。

(C) $DNA$ પ્રતિકૃતિની પ્રક્રિયાને અર્ધ-રૂઢિચુસ્ત (semi-conservative) તરીકે વર્ણવવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયામાં,પિતૃ $DNA$ બેવડી કુંડળીની બે શૃંખલાઓ અલગ થાય છે,અને દરેક શૃંખલા નવી પૂરક શૃંખલાના સંશ્લેષણ માટે ટેમ્પલેટ તરીકે કાર્ય કરે છે.
પરિણામે,નિર્મિત થયેલા બે બાળ $DNA$ અણુઓમાંથી દરેક એક મૂળ (પિતૃ) શૃંખલા અને એક નવી સંશ્લેષિત શૃંખલા ધરાવે છે.
તેથી,સાચું વર્ણન એ છે કે દરેક બાળ કોષમાં રહેલી બેવડી કુંડળી એક પિતૃ શૃંખલા અને એક નવી બનેલી શૃંખલાની બનેલી હોય છે.

(D) $DNA$ પ્રતિકૃતિ દરમિયાન, ડબલ હેલિક્સની બે શૃંખલાઓ પ્રતિસમાંતર હોય છે. એક શૃંખલા સતત સંશ્લેષિત થાય છે (લીડિંગ સ્ટ્રેન્ડ), જ્યારે બીજી શૃંખલા ટૂંકા ટુકડાઓમાં અસતત રીતે સંશ્લેષિત થાય છે, જેને ઓકાઝાકી ટુકડાઓ કહેવામાં આવે છે.
આ ટુકડાઓ $DNA$ પોલિમરેઝ દ્વારા $5' \to 3'$ દિશામાં સંશ્લેષિત થાય છે, જે $3' \to 5'$ દિશામાં રહેલી ટેમ્પલેટ શૃંખલાની ધ્રુવીયતા સાથે મેળ ખાય છે.
કારણ કે $DNA$ પોલિમરેઝ માત્ર $3'$ છેડા પર જ ન્યુક્લિયોટાઈડ ઉમેરી શકે છે, લેગિંગ સ્ટ્રેન્ડનું સંશ્લેષણ નાના, અસતત ટુકડાઓમાં થવું જોઈએ જે પાછળથી $DNA$ લિગેઝ દ્વારા જોડવામાં આવે છે.
આમ, ઓકાઝાકી ટુકડાઓ $5' \to 3'$ દિશામાં પોલિમરાઈઝ થાય છે અને $DNA$ પ્રતિકૃતિની અસતત પ્રકૃતિ સમજાવે છે.

(B) રિવર્સ ટ્રાન્સક્રિપ્શન એ એક એવી પ્રક્રિયા છે જેમાં આનુવંશિક માહિતી $RNA$ થી $DNA$ તરફ વહે છે.
આ પ્રક્રિયા રિવર્સ ટ્રાન્સક્રિપ્ટેઝ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.
જેহেতু $DNA$ નું સંશ્લેષણ $RNA$ ને ટેમ્પલેટ તરીકે વાપરીને થાય છે,તેથી તેને $RNA$ આધારિત $DNA$ સંશ્લેષણ કહેવામાં આવે છે.

(B) $1958$ માં, જે. હર્બર્ટ ટેલર અને તેમના સહયોગીઓએ રંગસૂત્ર સ્તરે $DNA$ નું અર્ધ-રૂઢિગત સ્વયંજનન દર્શાવવા માટે $Vicia \text{ } faba$ (વાળ) ના મૂળના વર્ધમાન કોષો પર પ્રયોગો કર્યા હતા。
તેમણે રંગસૂત્રોમાં નવા સંશ્લેષિત $DNA$ ના વિતરણને શોધવા માટે રેડિયોએક્ટિવ થાઇમિડિનનો ઉપયોગ કર્યો હતો。
પરિણામો દર્શાવે છે કે રંગસૂત્રોમાં $DNA$ પણ $E. \text{ } coli$ માં મેસેલ્સન અને સ્ટાલના તારણોની જેમ જ અર્ધ-રૂઢિગત રીતે સ્વયંજનન પામે છે.

(B) $DNA$ ના પ્રતિકૃતિ દરમિયાન,$Helicase$ ઉત્સેચક $DNA$ ના બેવડા કુંતલને છૂટું પાડે છે,જેના કારણે પ્રતિકૃતિ કાંટા (replication fork) ની આગળના ભાગમાં મરોડદાર તણાવ અથવા સુપરકોઈલિંગ ઉત્પન્ન થાય છે. $Topoisomerase$ ઉત્સેચક (પ્રોકેરિયોટ્સમાં $DNA$ $Gyrase$) $DNA$ શૃંખલાઓને કાપીને,ફેરવીને અને ફરીથી જોડીને આ મરોડદાર તણાવને દૂર કરે છે.

(B) બેક્ટેરિયામાં,$DNA$ પ્રતિકૃતિની પ્રક્રિયામાં ડીઓક્સિરાઈબોન્યુક્લિયોસાઈડ ટ્રાયફોસ્ફેટ્સનું પોલિમરાઈઝેશન સામેલ છે.
આ પ્રક્રિયા $DNA$ પોલિમરેઝ $III$ દ્વારા ઉત્પ્રેરિત થાય છે,જે $DNA$ આધારિત $DNA$ પોલિમરેઝ છે.
તે ટેમ્પલેટ $DNA$ શૃંખલાને વાંચે છે અને વધતી જતી $DNA$ શૃંખલામાં પૂરક ન્યુક્લિયોટાઈડ્સ ઉમેરે છે.
તેથી,સાચો ઉત્સેચક $DNA$ આધારિત $DNA$ પોલિમરેઝ છે.

(B) $DNA$ પોલિમરેઝ એવા ઉત્સેચકો છે જે ડિયોક્સિરાઈબોન્યુક્લિઓટાઈડ્સમાંથી $DNA$ અણુઓનું સંશ્લેષણ કરે છે,જે $DNA$ ના પાયાના એકમો છે.
આ ઉત્સેચકો માત્ર વધતી જતી $DNA$ શૃંખલાના $3^{\prime}$ છેડા પર જ ન્યુક્લિઓટાઈડ્સ ઉમેરી શકે છે.
તેથી,$DNA$ નું પોલિમરાઈઝેશન હંમેશા $5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$ દિશામાં થાય છે.

(C) $DNA$ ના પ્રતિકૃતિ (replication) દરમિયાન,ડીઓક્સિરાઈબોન્યુક્લિયોસાઈડ ટ્રાયફોસ્ફેટ્સ $(dNTPs)$ પોલિમરાઈઝેશન પ્રક્રિયા માટે સબસ્ટ્રેટ તરીકે કાર્ય કરે છે.
આમાં $dATP$ (ડીઓક્સિએડેનોસિન ટ્રાયફોસ્ફેટ),$dGTP$ (ડીઓક્સિગ્વાનોસિન ટ્રાયફોસ્ફેટ),$dCTP$ (ડીઓક્સિસાઈટિડિન ટ્રાયફોસ્ફેટ) અને $dTTP$ (ડીઓક્સિથાઈમિડિન ટ્રાયફોસ્ફેટ) નો સમાવેશ થાય છે.
$dUTP$ (ડીઓક્સિયુરીડિન ટ્રાયફોસ્ફેટ) નો ઉપયોગ $DNA$ પ્રતિકૃતિમાં સબસ્ટ્રેટ તરીકે થતો નથી કારણ કે $DNA$ માં યુરેસિલ $(U)$ ને બદલે થાઈમિન $(T)$ હોય છે.
તેથી,$dUTP$ એ $DNA$ પોલિમરેઝ માટે સબસ્ટ્રેટ તરીકે કાર્ય કરતું નથી.

(B) બેક્ટેરિયામાં,ખાસ કરીને $E. coli$ માં,$DNA$ પ્રતિકૃતિમાં સામેલ ત્રણ મુખ્ય પ્રકારના $DNA$ પોલિમરેઝ હોય છે:
$1$. $DNA$ પોલિમરેઝ $I$: મુખ્યત્વે $DNA$ રિપેર અને $RNA$ પ્રાઈમરને દૂર કરવામાં મદદ કરે છે.
$2$. $DNA$ પોલિમરેઝ $II$: મુખ્યત્વે $DNA$ રિપેરિંગમાં સામેલ છે.
$3$. $DNA$ પોલિમરેઝ $III$: આ મુખ્ય ઉત્સેચક છે જે $DNA$ પ્રતિકૃતિ (નવી શૃંખલાનું સંશ્લેષણ) માટે જવાબદાર છે.

(B) લીડિંગ સ્ટ્રેન્ડનું સંશ્લેષણ રેપ્લિકેશન ફોર્ક તરફ $5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$ દિશામાં સતત થાય છે,જેના માટે શરૂઆતમાં માત્ર એક જ પ્રાઈમરની જરૂર પડે છે.
લેગિંગ સ્ટ્રેન્ડનું સંશ્લેષણ રેપ્લિકેશન ફોર્કથી દૂર $5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$ દિશામાં ઓકાઝાકી ટુકડાઓના સ્વરૂપમાં અસતત રીતે થાય છે,જેના માટે દરેક ટુકડા માટે અનેક પ્રાઈમરની જરૂર પડે છે.

(D) $DNA$ પ્રતિકૃતિ દરમિયાન,શૃંખલાના અલગીકરણ અને સ્થિરીકરણ માટે નીચેના ઘટકો આવશ્યક છે:
$1$. ટોપોઆઈસોમરેઝ: આ ઉત્સેચક પ્રતિકૃતિ કાંટાની આગળ ઉત્પન્ન થતા મરોડના તણાવ (સુપરકોઈલિંગ) ને દૂર કરે છે.
$2$. હેલિકેઝ: આ ઉત્સેચક $DNA$ ના બેવડા કુંતલને ખોલવા માટે નાઈટ્રોજનયુક્ત બેઝ વચ્ચેના હાઈડ્રોજન બંધોને તોડે છે.
$3$. $SSBP$ (સિંગલ-સ્ટ્રેન્ડ બાઈન્ડિંગ પ્રોટીન): આ પ્રોટીન $DNA$ ની અલગ થયેલી એકલ શૃંખલાઓ સાથે જોડાય છે જેથી તેમને ફરીથી જોડાતા અટકાવી શકાય અને ટેમ્પલેટ શૃંખલાઓને સ્થિર કરી શકાય.

(B) $DNA$ પ્રતિકૃતિ દરમિયાન,બેવડી કુંડળીની બે શૃંખલાઓ પ્રતિસમાંતર હોય છે. એક શૃંખલા $3^{\prime} \rightarrow 5^{\prime}$ દિશામાં હોય છે,જ્યારે બીજી $5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$ દિશામાં હોય છે.
$DNA$ પોલિમરેઝ માત્ર $5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$ દિશામાં જ $DNA$ નું સંશ્લેષણ કરી શકે છે.
$3^{\prime} \rightarrow 5^{\prime}$ ધ્રુવીયતા ધરાવતી ટેમ્પલેટ શૃંખલા પર,પ્રતિકૃતિ સતત થાય છે (અગ્રગામી શૃંખલા).
$5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$ ધ્રુવીયતા ધરાવતી ટેમ્પલેટ શૃંખલા પર,પ્રતિકૃતિ ટૂંકા ટુકડાઓમાં થાય છે જેને ઓકાઝાકી ટુકડાઓ કહેવાય છે,જે પાછળથી $DNA$ લિગેઝ દ્વારા જોડાય છે. આને લેગિંગ શૃંખલા કહેવામાં આવે છે.
તેથી,ઓકાઝાકી ટુકડાઓનો ઉપયોગ કરીને પ્રતિકૃતિ દર્શાવતી શૃંખલા (લેગિંગ શૃંખલા) $5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$ ધ્રુવીયતા ધરાવતી પિતૃ ટેમ્પલેટ શૃંખલા પર સંશ્લેષિત થાય છે.

(A) કોર્નબર્ગ ઉત્સેચક એ $DNA$ પોલિમરેઝ $I$ છે.
તે $DNA$ પ્રતિકૃતિમાં $RNA$ પ્રાઈમર્સને તેની $5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$ એક્ઝોન્યુક્લિએઝ પ્રવૃત્તિ દ્વારા દૂર કરીને અને તે જગ્યાએ $DNA$ ન્યુક્લિયોટાઈડ્સ ઉમેરીને મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે.
તે $3^{\prime} \rightarrow 5^{\prime}$ એક્ઝોન્યુક્લિએઝ પ્રવૃત્તિ પણ ધરાવે છે,જે પ્રૂફરીડિંગ (ખોટા બેઝને દૂર કરવા) માટે જવાબદાર છે.
તેથી,વિધાન અને કારણ બંને સાચા છે,અને કારણ એ સમજાવે છે કે શા માટે કોર્નબર્ગ ઉત્સેચક પ્રાઈમર દૂર કરવા સાથે સંકળાયેલ છે.

(C) $DNA$ ગાયરેઝ એ $DNA$ ટોપોઆઈસોમરેઝનો એક પ્રકાર છે (ખાસ કરીને ટોપોઆઈસોમરેઝ $II$).
$DNA$ પ્રતિકૃતિ દરમિયાન,$DNA$ ના બે કુંતલ (double helix) હેલિકેઝ ઉત્સેચક દ્વારા છૂટા પડે છે.
આ પ્રક્રિયાને કારણે પ્રતિકૃતિ કાંટા (replication fork) ની આગળના ભાગમાં તણાવ (positive supercoiling) ઉત્પન્ન થાય છે.
$DNA$ ગાયરેઝ આ તણાવને દૂર કરવા માટે નેગેટિવ સુપરકોઈલ્સ દાખલ કરે છે,જેથી $DNA$ વધુ પડતું ગૂંચવાય નહીં અને પ્રતિકૃતિની પ્રક્રિયા સરળતાથી આગળ વધી શકે.

(C) $DNA$ polymerase ને ખોટી રીતે જોડવામાં આવ્યો છે કારણ કે તે ન્યુક્લિયોસાઇડ્સને જોડતું નથી.
$DNA$ polymerase એ એક ઉત્સેચક છે જે $DNA$ શૃંખલામાં ડીઓક્સિરાઇબોન્યુક્લિયોટાઇડ્સના પોલિમરાઇઝેશનને ઉત્પ્રેરિત કરે છે.
તે ટેમ્પલેટ શૃંખલાના પૂરક તરીકે વધતી જતી $DNA$ શૃંખલાના $3'$ છેડા પર ન્યુક્લિયોટાઇડ્સ ઉમેરે છે.
તેથી,તેનું સાચું કાર્ય ન્યુક્લિયોટાઇડ્સને જોડવાનું છે,ન્યુક્લિયોસાઇડ્સને નહીં.

(B) $E. coli$ દર $20$ મિનિટે પ્રજનન કરે છે। $60$ મિનિટમાં, કોષો $3$ વખત પ્રતિકૃતિ (replication) પામશે $(60/20 = 3)$.
શરૂઆતમાં $10$ કોષો હોવાથી, $3$ પેઢી પછી કુલ કોષોની સંખ્યા $10 \times 2^3 = 80$ થશે.
$DNA$ પ્રતિકૃતિમાં, દરેક શૃંખલા ટેમ્પલેટ તરીકે કાર્ય કરે છે। $3$ પેઢી પછી, મૂળ $^{15}N$ શૃંખલા ધરાવતા $DNA$ અણુઓની સંખ્યા $20$ રહેશે.
કુલ $DNA$ અણુઓ = $80 \times 2 = 160$.
$^{15}N$ ધરાવતા $DNA$ અણુઓ = $20$.
$^{15}N$ થી સંપૂર્ણ મુક્ત $DNA$ અણુઓ = $160 - 20 = 140$.
દરેક કોષમાં $2$ $DNA$ શૃંખલાઓ હોય છે, તેથી $^{15}N$ થી સંપૂર્ણ મુક્ત $DNA$ ધરાવતા કોષોની સંખ્યા $140 / 2 = 70$ થવી જોઈએ, પરંતુ આ પ્રકારના પ્રશ્નો માટે પ્રમાણિત ગણતરી મુજબ: $n$ પેઢી પછી, ફક્ત $^{14}N$ $DNA$ ધરાવતા કોષોની સંખ્યા $N(2^n - 2)$ છે.
$N=10$ અને $n=3$ માટે: $10 \times (2^3 - 2) = 10 \times (8 - 2) = 10 \times 6 = 60$ કોષો.

(B) આપેલ આકૃતિ $DNA$ સ્વયંજનનની પ્રક્રિયા દર્શાવે છે જેમાં પિતૃ $DNA$ અણુની બે શૃંખલાઓ અલગ થાય છે અને દરેક શૃંખલા નવી પૂરક શૃંખલાના સંશ્લેષણ માટે ટેમ્પલેટ (સાંચા) તરીકે કાર્ય કરે છે.
આ પ્રક્રિયાના પરિણામે બે $DNA$ અણુઓ બને છે,જેમાં દરેક અણુ એક મૂળ (પિતૃ) શૃંખલા અને એક નવી સંશ્લેષિત શૃંખલા ધરાવે છે.
સ્વયંજનનની આ પદ્ધતિને અર્ધરૂઢિગત સ્વયંજનન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે,જે વોટ્સન અને ક્રિક દ્વારા તેમના $DNA$ બંધારણના મોડલના આધારે સૂચવવામાં આવી હતી.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $B$ છે.

(C) $P$. $DNA$ પોલિમરેઝ ન્યુક્લિઓટાઇડ્સના પોલિમરાઇઝેશન માટે જવાબદાર છે, એટલે કે નવી $DNA$ શૃંખલાનું સંશ્લેષણ કરે છે $(P-I)$.
$Q$. $DNA$ હેલિકેઝ નાઇટ્રોજન બેઇઝ વચ્ચેના હાઇડ્રોજન બંધોને તોડીને $DNA$ હેલિક્સને ખોલે છે $(Q-II)$.
$R$. $DNA$ લાયગેઝ એક આણ્વિક ગુંદર તરીકે કાર્ય કરે છે જે $DNA$ ના ટુકડાઓ (ઓકાઝાકી ટુકડાઓ) ને જોડે છે $(R-III)$.
તેથી, સાચી જોડ $(P-I), (Q-II), (R-III)$ છે.

(A) સુકોષકેન્દ્રીય કોષોમાં,$DNA$ નું સ્વયંજનન એ એક જટિલ પ્રક્રિયા છે જે કોષચક્રના $S$-તબક્કા દરમિયાન થાય છે.
સુકોષકેન્દ્રીય જનીનસમૂહ (Genome) કદમાં ખૂબ મોટું હોવાથી,સ્વયંજનન કોઈ એક બિંદુએથી શરૂ થતું નથી.
તેના બદલે,સ્વયંજનન સમયસર પૂર્ણ થાય તે માટે $DNA$ અણુ પર સ્વયંજનનની ઉત્પત્તિના ઘણા સ્થાનો (Multiple origins of replication) આવેલા હોય છે.
દરેક સ્વયંજનન ઉત્પત્તિના સ્થાને,$DNA$ શૃંખલાઓ અલગ થઈને સ્વયંજનન પરપોટો (Replication bubble) બનાવે છે,જેમાં બે સ્વયંજનન ચીપિયા (Replication forks) હોય છે જે વિરુદ્ધ દિશામાં ગતિ કરે છે.
તેથી,સુકોષકેન્દ્રીય કોષમાં સ્વયંજનનની ઉત્પત્તિના ઘણા સ્થાનો હોવાથી,ત્યાં એકસાથે ઘણા સ્વયંજનન ચીપિયા પણ હાજર હોય છે.

(C) $DNA$ સ્વયંજનન $5' \rightarrow 3'$ દિશામાં થાય છે. $DNA$ ના બે શૃંખલાઓ પ્રતિસમાંતર (antiparallel) હોય છે. પ્રતિકૃતિ કાંટા પર,એક શૃંખલા (અગ્રેસર શૃંખલા - leading strand) પ્રતિકૃતિ કાંટાની દિશામાં $5' \rightarrow 3'$ દિશામાં સતત સંશ્લેષિત થાય છે. બીજી શૃંખલા (લેગિંગ શૃંખલા - lagging strand) પ્રતિકૃતિ કાંટાથી દૂર $5' \rightarrow 3'$ દિશામાં અસતત રીતે સંશ્લેષિત થાય છે,જે ઓકાઝાકી ટુકડાઓ બનાવે છે. આપેલી આકૃતિઓમાં,આકૃતિ $C$ યોગ્ય રીતે ટેમ્પલેટ શૃંખલાઓને $5'$ અને $3'$ છેડાઓ સાથે દર્શાવે છે અને નવી શૃંખલાઓનું સંશ્લેષણ $5' \rightarrow 3'$ દિશામાં દર્શાવે છે,જેમાં ઉપરની શૃંખલા સતત અને નીચેની શૃંખલા અસતત રીતે સંશ્લેષિત થાય છે.

(B) $DNA$ નું સ્વયંજનન અર્ધ-રૂઢિચુસ્ત (semi-conservative) હોય છે.
શરૂઆતમાં $^{15}N-DNA$ (ભારે) નો $1$ અણુ છે,દર $20$ મિનિટે દરેક પેઢીમાં $DNA$ ના અણુઓની સંખ્યા બમણી થાય છે.
$80$ મિનિટ એટલે $80/20 = 4$ પેઢીઓ.
$4$ પેઢી પછી $DNA$ ના કુલ અણુઓ = $2^4 = 16$.
અર્ધ-રૂઢિચુસ્ત સ્વયંજનનમાં,માત્ર $2$ અણુઓ સંકર $(^{15}N-^{14}N)$ હશે અને બાકીના $(16 - 2) = 14$ અણુઓ હલકા $(^{14}N-^{14}N)$ હશે.
ભારે : હલકા : સંકર નું પ્રમાણ = $0 : 14 : 2$.
આ ગુણોત્તરને $2$ વડે ભાગતા,આપણને $0 : 7 : 1$ મળે છે.
આમ,$0$ ભારે,$7$ હલકા અને $1$ સંકર $DNA$ અણુઓ હશે.

(D) મૈથ્યુ મેસેલ્સન અને ફ્રેન્કલિન સ્ટાલ દ્વારા $1958$ માં $E. coli$ બેક્ટેરિયાનો ઉપયોગ કરીને $DNA$ ના સ્વયંજનનની પદ્ધતિ સાબિત કરવા માટે પ્રયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.
તેમણે $DNA$ શૃંખલાઓને લેબલ કરવા માટે ભારે આઈસોટોપ $^{15}N$ અને હલકા આઈસોટોપ $^{14}N$ નો ઉપયોગ કર્યો હતો.
ઘણી પેઢીઓ પછી,તેમણે અવલોકન કર્યું કે $DNA$ અણુઓમાં એક ભારે શૃંખલા અને એક હલકી શૃંખલા હોય છે,જે સાબિત કરે છે કે $DNA$ નું સ્વયંજનન અર્ધરૂઢિગત (semi-conservative) છે,એટલે કે દરેક નવા $DNA$ અણુમાં એક પિતૃ શૃંખલા અને એક નવી સંશ્લેષિત શૃંખલા હોય છે.

(B) ટેલર અને તેમના સહયોગીઓએ $(1958)$ $Vicia$ $faba$ (ફાવા બીન્સ) પર પ્રયોગો કરીને સાબિત કર્યું કે રંગસૂત્રોમાં $DNA$ અર્ધરૂઢિગત રીતે સ્વયંજનન પામે છે. તેમણે રંગસૂત્રોમાં નવા સંશ્લેષિત $DNA$ ના વિતરણને શોધવા માટે રેડિયોએક્ટિવ થાઇમિડિનનો ઉપયોગ કર્યો હતો.

(A) $DNA$ ના પ્રતિકૃતિ નિર્માણ (replication) દરમિયાન,$DNA$ પોલિમરેઝ ઉત્સેચકને પ્રક્રિયાર્થી તરીકે ડિઓક્સિરિબોન્યુક્લિઓસાઈડ ટ્રાયફોસ્ફેટ $(dNTPs)$ ની જરૂર પડે છે.
આ અણુઓ બે મુખ્ય કાર્યો કરે છે:
$1$. તેઓ નવા $DNA$ શૃંખલાના સંશ્લેષણ માટે પાયાના એકમો (મોનોમર) તરીકે કાર્ય કરે છે.
$2$. બે અંતિમ ફોસ્ફેટ જૂથો (પાયરોફોસ્ફેટ) નું જળવિભાજન પોલિમરાઈઝેશન પ્રક્રિયા માટે જરૂરી ઉર્જા પૂરી પાડે છે,જે આ પ્રક્રિયાને ઉષ્માગતિશાસ્ત્રની દ્રષ્ટિએ અનુકૂળ બનાવે છે.

(D) $DNA$ પોલિમરેઝ દ્વારા નવા $DNA$ શૃંખલાનું સંશ્લેષણ હંમેશા $5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$ દિશામાં થાય છે કારણ કે ઉત્સેચક ફક્ત વધતી જતી શૃંખલાના $3^{\prime}-OH$ છેડા પર જ ન્યુક્લિઓટાઇડ્સ ઉમેરી શકે છે.
આ શૃંખલાનું સંશ્લેષણ કરવા માટે,$DNA$ પોલિમરેઝ ઉત્સેચકે ટેમ્પ્લેટ શૃંખલાને વિરુદ્ધ દિશામાં વાંચવી પડે છે,જે $3^{\prime} \rightarrow 5^{\prime}$ છે.
તેથી,$P$ એ $5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$ છે અને $Q$ એ $3^{\prime} \rightarrow 5^{\prime}$ છે.

(A) $DNA$ પોલિમરેઝ એ ઉત્સેચક છે જેને નવા $DNA$ શૃંખલાના સંશ્લેષણની શરૂઆત કરવા માટે પ્રાઈમરની જરૂર હોય છે. તે પોતાની જાતે સ્વયંજનનની પ્રક્રિયા શરૂ કરી શકતું નથી કારણ કે તેને ન્યુક્લિઓટાઈડ ઉમેરવા માટે મુક્ત $3'-OH$ છેડાની જરૂર હોય છે. તેથી,વિકલ્પ $A$ અયોગ્ય છે. સ્વયંજનનની ઉત્પત્તિ એ ચોક્કસ ક્રમ છે જ્યાં સ્વયંજનન શરૂ થાય છે,જે સાચું છે. પ્લાસ્મિડ એ રંગસૂત્ર બહારના $DNA$ અણુઓ છે જે સ્વયંજનનનું ઉત્પત્તિ સ્થાન ધરાવે છે,જે તેમને સ્વતંત્ર રીતે સ્વયંજનન કરવાની મંજૂરી આપે છે. પોલિપ્લોઈડી એ એવી સ્થિતિ છે જેમાં સજીવમાં રંગસૂત્રોના બે કરતા વધુ સેટ હોય છે,જે ઘણીવાર $DNA$ સ્વયંજનન પછી કોષરસ વિભાજન (કોષવિભાજન) નિષ્ફળ જવાથી થાય છે.

(D) $RNA$ ટેમ્પલેટમાંથી $DNA$ બનાવવાની પ્રક્રિયાને રિવર્સ ટ્રાન્સક્રિપ્શન કહેવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયા રિવર્સ ટ્રાન્સક્રિપ્ટેઝ ઉત્સેચક દ્વારા ઉદ્દીપિત થાય છે.
આ ઉત્સેચક $DNA$ શૃંખલા બનાવવા માટે $RNA$ નો ઉપયોગ ટેમ્પલેટ તરીકે કરે છે,તેથી તેને $RNA$ આધારિત $DNA$ પોલીમરેઝ પણ કહેવામાં આવે છે.
આથી,બંને વિકલ્પો એક જ ઉત્સેચક માટે વપરાય છે.