Replication Questions in Gujarati

(A) વિધાન $I$ સાચું છે: $DNA$ પોલિમરેઝ એવા ઉત્સેચકો છે જે માત્ર વધતી જતી શૃંખલાના $3^{\prime}$ છેડા પર ન્યુક્લિયોટાઈડ ઉમેરીને $DNA$ નું સંશ્લેષણ કરે છે. તેથી,પોલિમરાઈઝેશન હંમેશા $5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$ દિશામાં થાય છે.
વિધાન $II$ સાચું છે: કારણ કે $DNA$ શૃંખલાઓ પ્રતિસમાંતર (antiparallel) હોય છે અને $DNA$ પોલિમરેઝ માત્ર $5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$ દિશામાં જ સંશ્લેષણ કરી શકે છે,તેથી એક શૃંખલા (લીડિંગ સ્ટ્રેન્ડ) પર પ્રતિકૃતિ રેપ્લિકેશન ફોર્ક તરફ સતત થાય છે,જ્યારે બીજી શૃંખલા (લેગિંગ સ્ટ્રેન્ડ) પર ઓકાઝાકી ફ્રેગમેન્ટ્સ તરીકે ઓળખાતા ટૂંકા ટુકડાઓમાં અસતત રીતે થાય છે.
નિષ્કર્ષ: બંને વિધાનો સાચા છે.

(C) $E. coli$ જેવા આદિકોષકેન્દ્રી સજીવોમાં,$DNA$ પ્રતિકૃતિની પ્રક્રિયા $DNA$ આધારિત $DNA$ પોલિમરેઝ ઉત્સેચકો દ્વારા થાય છે.
આ ઉત્સેચકો અત્યંત વિશિષ્ટ હોય છે અને તે માત્ર $5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$ દિશામાં જ ન્યુક્લિયોટાઈડ્સના પોલિમરાઈઝેશનને ઉત્પ્રેરિત કરી શકે છે.
આ એકદિશીય સંશ્લેષણ એ $DNA$ પ્રતિકૃતિની પાયાની લાક્ષણિકતા છે,જે વધતી જતી શૃંખલામાં ન્યુક્લિયોટાઈડ્સના સચોટ ઉમેરાને સુનિશ્ચિત કરે છે.

(C) $DNA$ પોલિમરેઝ ઉત્સેચક માત્ર $5'$ થી $3'$ દિશામાં ન્યુક્લિયોટાઇડ્સના પોલિમરાઇઝેશનને ઉત્પ્રેરિત કરી શકે છે.
$DNA$ ના બેવડા કુંતલની બે શૃંખલાઓ પ્રતિસમાંતર (એક $3'$ થી $5'$ અને બીજી $5'$ થી $3'$) હોવાથી,પ્રતિકૃતિ કાંટો એક જ દિશામાં આગળ વધે છે.
$3'$ થી $5'$ ધ્રુવીયતા ધરાવતી ટેમ્પલેટ શૃંખલા પર,નવી શૃંખલા $5'$ થી $3'$ દિશામાં સતત સંશ્લેષિત થાય છે (અગ્રગામી શૃંખલા).
$5'$ થી $3'$ ધ્રુવીયતા ધરાવતી ટેમ્પલેટ શૃંખલા પર,નવી શૃંખલા ટૂંકા ટુકડાઓમાં (ઓકાઝાકી ટુકડાઓ) $5'$ થી $3'$ દિશામાં સંશ્લેષિત થવી જોઈએ કારણ કે પ્રતિકૃતિ કાંટો સંશ્લેષણની જરૂરિયાતની વિરુદ્ધ દિશામાં ખુલે છે (પશ્ચગામી શૃંખલા).
તેથી,$5'$ થી $3'$ સંશ્લેષણની મર્યાદા એ અસતત પ્રતિકૃતિનું મૂળભૂત કારણ છે.

(A) $DNA$ પ્રતિકૃતિ દરમિયાન,બેવડા કુંતલની બે શૃંખલાઓ પ્રતિસમાંતર હોય છે અને $DNA$ પોલિમરેઝ માત્ર $5'$ થી $3'$ દિશામાં જ ન્યુક્લિયોટાઈડ ઉમેરી શકે છે.
$1$. લીડિંગ સ્ટ્રેન્ડનું સંશ્લેષણ પ્રતિકૃતિ કાંટા (replication fork) તરફ $5'$ થી $3'$ દિશામાં સતત થાય છે.
$2$. લેગિંગ સ્ટ્રેન્ડનું સંશ્લેષણ ઓકાઝાકી ટુકડાઓ તરીકે ઓળખાતા ટૂંકા ટુકડાઓમાં અસતત રીતે થાય છે,જે પણ $5'$ થી $3'$ દિશામાં હોય છે અને પ્રતિકૃતિ કાંટાથી દૂર જાય છે.
$3$. લેગિંગ સ્ટ્રેન્ડ ટુકડાઓમાં સંશ્લેષિત થતી હોવાથી,દરેક ટુકડાની શરૂઆત કરવા માટે ઘણા $RNA$ પ્રાઈમર્સની જરૂર પડે છે.
$4$. $DNA$ પોલિમરેઝ $III$ એ લીડિંગ અને લેગિંગ બંને સ્ટ્રેન્ડના સંશ્લેષણ માટે જવાબદાર મુખ્ય ઉત્સેચક છે.
તેથી,'ઓકાઝાકી ટુકડાઓનું સંશ્લેષણ સતત હોય છે' તે વિધાન ખોટું છે,કારણ કે તે અસતત રીતે સંશ્લેષિત થાય છે.

(B) $\text{DNA}$ પ્રતિકૃતિ દરમિયાન,$\text{DNA}$ પોલિમરેઝ ઉત્સેચક માત્ર $5^{\prime} \longrightarrow 3^{\prime}$ દિશામાં જ નવી શૃંખલાનું સંશ્લેષણ કરી શકે છે.
$\text{DNA}$ ના બેવડા કુંતલની બંને શૃંખલાઓ પ્રતિસમાંતર (antiparallel) હોવાથી,એક શૃંખલા (અગ્રેસર શૃંખલા - leading strand) સતત સંશ્લેષિત થાય છે.
બીજી શૃંખલા (લૅગિંગ શૃંખલા - lagging strand) ટૂંકા ટુકડાઓમાં અસતત રીતે સંશ્લેષિત થાય છે,જેને ઓકાઝાકી ટુકડાઓ કહેવામાં આવે છે.
જોકે આ ટુકડાઓ લૅગિંગ શૃંખલા પર બને છે,તેમ છતાં દરેક વ્યક્તિગત ઓકાઝાકી ટુકડો $\text{DNA}$ પોલિમરેઝ દ્વારા $5^{\prime} \longrightarrow 3^{\prime}$ દિશામાં જ સંશ્લેષિત થાય છે.

(C) $\text{DNA}$ પ્રતિકૃતિ દરમિયાન,લેગિંગ સ્ટ્રેન્ડ (lagging strand) ટૂંકા,અસતત ખંડોમાં સંશ્લેષિત થાય છે જેને ઓકાઝાકી ફ્રેગમેન્ટ્સ (Okazaki fragments) કહેવામાં આવે છે.
આ ખંડોનું સંશ્લેષણ $\text{DNA}$ પોલિમરેઝ $III$ દ્વારા થાય છે.
એકવાર $\text{RNA}$ પ્રાઈમર્સ દૂર થઈ જાય અને તેની જગ્યાએ $\text{DNA}$ ન્યુક્લિયોટાઈડ્સ આવી જાય,ત્યારે $\text{DNA}$ લાઈગેઝ ઉત્સેચક નજીકના ખંડો વચ્ચે ફોસ્ફોડાયએસ્ટર બંધ બનાવવાનું ઉત્પ્રેરણ કરે છે,જે તેમને એક સતત શૃંખલામાં જોડે છે.
તેથી,સાચો ઉત્સેચક $\text{DNA}$ લાઈગેઝ છે.

(B) $DNA$ પ્રતિકૃતિ પ્રકૃતિમાં અર્ધ-રૂઢિચુસ્ત (semi-conservative) હોય છે,જેનો અર્થ છે કે દરેક નવા $DNA$ અણુમાં એક પિતૃ શૃંખલા અને એક નવી સંશ્લેષિત શૃંખલા હોય છે.
પ્રતિકૃતિ કાંટા (replication fork) માં,$DNA$ પોલિમરેઝ માત્ર $5' \rightarrow 3'$ દિશામાં જ $DNA$ નું સંશ્લેષણ કરી શકે છે.
કારણ કે $DNA$ ડબલ હેલિક્સની બે શૃંખલાઓ પ્રતિસમાંતર (antiparallel) હોય છે,એક શૃંખલા (લીડિંગ સ્ટ્રેન્ડ) સતત સંશ્લેષિત થાય છે.
બીજી શૃંખલા (લેગિંગ સ્ટ્રેન્ડ) ટૂંકા,અસતત ટુકડાઓમાં સંશ્લેષિત થાય છે જેને ઓકાઝાકી ફ્રેગમેન્ટ્સ (Okazaki fragments) કહેવામાં આવે છે.
તેથી,લેગિંગ સ્ટ્રેન્ડ પર $DNA$ પ્રતિકૃતિ અર્ધ-રૂઢિચુસ્ત અને અસતત હોય છે.

(A) $\text{DNA}$ રેપ્લિકેશન દરમિયાન,$\text{DNA}$ પોલિમરેઝ ઉત્સેચક ટેમ્પલેટ શૃંખલાને પૂરક ન્યુક્લિયોટાઇડ્સ ઉમેરીને નવી $\text{DNA}$ શૃંખલાના સંશ્લેષણ માટે જવાબદાર છે.
$\text{DNA}$ પોલિમરેઝ ડીઓક્સિરાઇબોન્યુક્લિયોટાઇડ્સના પોલિમરાઇઝેશનને ઉત્પ્રેરિત કરે છે,જે આનુવંશિક દ્રવ્યની સચોટ પ્રતિકૃતિ માટે આવશ્યક છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $A$ છે.

(B) મેસેલ્સન અને સ્ટેહલના પ્રયોગમાં,$\text{DNA}$ નું અર્ધ-રૂઢિચુસ્ત (semi-conservative) સ્વયંજનન જોવા મળે છે.
$N^{15}-N^{15}$ (ભારે) $\text{DNA}$ થી શરૂઆત કરતા,$n$ પેઢીઓ પછી,$\text{DNA}$ અણુઓની કુલ સંખ્યા $2^n$ થાય છે.
પ્રથમ પેઢી પછી ભારે $\text{DNA}$ અણુઓ $(N^{15}-N^{15})$ ની સંખ્યા $0$ થઈ જાય છે કારણ કે મૂળ ભારે શૃંખલાઓ અલગ થઈને હળવી શૃંખલાઓ સાથે જોડાય છે.
કોઈપણ પેઢી $n$ (જ્યાં $n \ge 1$) માં,હાઇબ્રિડ $\text{DNA}$ અણુઓની સંખ્યા હંમેશા $2$ હોય છે અને હળવા $\text{DNA}$ અણુઓની સંખ્યા $(N^{14}-N^{14})$ $2^n - 2$ હોય છે.
તેથી,$4^{\text{th}}$ પેઢીમાં ભારે $\text{DNA}$ ની ટકાવારી $0 \%$ છે.

(B) $E. coli$ નો પેઢી સમય (generation time) $20$ મિનિટ છે.
$60$ મિનિટ પછી, પેઢીઓની સંખ્યા $(n)$ = $60 / 20 = 3$ થાય.
શરૂઆતમાં, $1$ હળવા $DNA$ $(^{14}N-^{14}N)$ નો અણુ છે.
અર્ધ-રૂઢિચુસ્ત (semi-conservative) સ્વયંજનન મુજબ, મૂળ $DNA$ ના બે સ્ટ્રેન્ડ ટેમ્પલેટ તરીકે જળવાઈ રહે છે.
$n$ પેઢીઓ પછી, $DNA$ ના કુલ અણુઓની સંખ્યા = $2^n = 2^3 = 8$ થાય.
મૂળ હળવા સ્ટ્રેન્ડ ધરાવતા $DNA$ અણુઓની સંખ્યા = $2$ (કારણ કે પિતૃ કોષના માત્ર બે મૂળ સ્ટ્રેન્ડ જ હળવા ટેમ્પલેટ તરીકે રહેશે).
હળવા $DNA$ ની ટકાવારી = $(\text{હળવા } DNA \text{ ની સંખ્યા} / \text{કુલ } DNA) \times 100 = (2 / 8) \times 100 = 25 \%$.

(A) $\text{DNA}$ ની પ્રતિકૃતિ અર્ધ-રૂઢિચુસ્ત (semi-conservative) હોય છે.
એક હાઇબ્રિડ $\text{DNA}$ અણુ $(N^{15}N^{14})$ થી શરૂઆત કરતા:
પેઢી $0$: $1$ હાઇબ્રિડ $(N^{15}N^{14})$.
પેઢી $1$: $N^{15}$ શૃંખલા અને $N^{14}$ શૃંખલા અલગ થાય છે. દરેક નવી $N^{14}$ શૃંખલા માટે ટેમ્પલેટ તરીકે કાર્ય કરે છે. પરિણામ: $2$ હાઇબ્રિડ $\text{DNA}$ $(N^{15}N^{14})$.
પેઢી $2$: $2$ હાઇબ્રિડ અણુઓ $2$ હાઇબ્રિડ $(N^{15}N^{14})$ અને $2$ હળવા $(N^{14}N^{14})$ $\text{DNA}$ અણુઓ ઉત્પન્ન કરે છે.
પેઢી $3$: $2$ હાઇબ્રિડ અણુઓ $2$ હાઇબ્રિડ $(N^{15}N^{14})$ અને $2$ હળવા $(N^{14}N^{14})$ $\text{DNA}$ અણુઓ ઉત્પન્ન કરે છે,જ્યારે $2$ હળવા અણુઓ $4$ હળવા $(N^{14}N^{14})$ $\text{DNA}$ અણુઓ ઉત્પન્ન કરે છે.
$3$ પેઢી પછી કુલ $\text{DNA}$ અણુઓ = $2^3 = 8$.
મૂળ $N^{15}$ શૃંખલા ધરાવતા $\text{DNA}$ અણુઓની સંખ્યા = $2$ (આ $2$ હાઇબ્રિડ અણુઓ છે).

(A) $DNA$ પ્રતિકૃતિની પ્રક્રિયામાં,$DNA$ પોલિમરેઝ ઉત્સેચક માત્ર $5' \rightarrow 3'$ દિશામાં જ $DNA$ નું સંશ્લેષણ કરી શકે છે.
કારણ કે $DNA$ ના બેવડા કુંતલની બે શૃંખલાઓ પ્રતિસમાંતર હોય છે,એક શૃંખલા (લીડિંગ સ્ટ્રેન્ડ) પ્રતિકૃતિ કાંટાની ગતિની દિશામાં સતત સંશ્લેષિત થાય છે.
આપેલ આકૃતિમાં,$A$ એ લીડિંગ સ્ટ્રેન્ડ દર્શાવે છે જ્યાં સતત સંશ્લેષણ થાય છે.
બીજી શૃંખલા (લેગિંગ સ્ટ્રેન્ડ) ટૂંકા ટુકડાઓમાં સંશ્લેષિત થાય છે જેને ઓકાઝાકી ટુકડાઓ કહેવાય છે,જે અસતત સંશ્લેષણ દર્શાવે છે,જે $B$ દ્વારા સૂચવવામાં આવ્યું છે.
$C$ એ મૂળ પિતૃ $DNA$ શૃંખલાઓ તરફ નિર્દેશ કરે છે જે પ્રતિકૃતિ માટે ટેમ્પલેટ તરીકે કાર્ય કરે છે.
$D$ એ પ્રક્રિયા દરમિયાન બનેલી નવી સંશ્લેષિત $DNA$ શૃંખલાઓ દર્શાવે છે.
તેથી,સાચી ઓળખ $A \rightarrow$ સતત સંશ્લેષણ,$B \rightarrow$ અસતત સંશ્લેષણ,$C \rightarrow$ ટેમ્પલેટ શૃંખલા,$D \rightarrow$ નવી સંશ્લેષિત શૃંખલાઓ છે.

(C) વિધાન $(A)$ સાચું છે કારણ કે $\text{DNA}$ પ્રતિકૃતિ એક ચોક્કસ સ્થાને શરૂ થાય છે જેને ઓરિજિન ઓફ રેપ્લિકેશન કહેવાય છે,જ્યાં $\text{DNA}$ હેલિક્સ ખુલીને $Y$-આકારની રચના બનાવે છે જેને રેપ્લિકેશન ફોર્ક કહેવાય છે.
કારણ $(R)$ ખોટું છે કારણ કે $\text{DNA}$ લિગેઝ ઉત્સેચક દ્વારા અસતત સંશ્લેષિત $\text{DNA}$ ટુકડાઓ (ઓકાઝાકી ટુકડાઓ) ને જોડવાની પ્રક્રિયા $\text{DNA}$ પ્રતિકૃતિ દરમિયાન થાય છે,ટ્રાન્સક્રિપ્શન દરમિયાન નહીં.
ટ્રાન્સક્રિપ્શનમાં $\text{DNA}$ ટેમ્પલેટમાંથી $\text{RNA}$ નું સંશ્લેષણ થાય છે,$\text{DNA}$ ટુકડાઓનું સંશ્લેષણ નહીં.

(D) $1$. Ligase: આ ઉત્સેચક ફોસ્ફોડાયએસ્ટર બંધ બનાવીને $\text{DNA}$ ના ટૂંકા ખંડો (ઓકાઝાકી ટુકડાઓ) ને જોડવા માટે જવાબદાર છે. તેથી,વિધાન $a$ સાચું છે.
$2$. $\text{DNA}$ polymerase: આ ઉત્સેચક ટેમ્પલેટ સ્ટ્રેન્ડના પૂરક ન્યુક્લિયોટાઇડ્સ ઉમેરીને નવો $\text{DNA}$ સ્ટ્રેન્ડ બનાવવા માટે જવાબદાર છે. તે $\text{RNA}$ ને કાપતું નથી. ચોક્કસ ક્રમ પર $\text{RNA}$ ને કાપવાનું કાર્ય સામાન્ય રીતે રાઇબોન્યુક્લિયેઝ અથવા ચોક્કસ રાઇબોઝાઇમ્સનું છે. તેથી,વિધાન $b$ ખોટું છે.
$3$. Helicase: આ ઉત્સેચક $\text{DNA}$ પ્રતિકૃતિ દરમિયાન પૂરક નાઇટ્રોજન બેઇઝની જોડીઓ વચ્ચેના હાઇડ્રોજન બંધોને તોડીને $\text{DNA}$ ડબલ હેલિક્સને ખોલે છે. તેથી,વિધાન $c$ સાચું છે.
નિષ્કર્ષ: $a$ અને $c$ સાચા છે,જ્યારે $b$ ખોટું છે.

(D) વિધાન $I$ ખોટું છે કારણ કે મુક્ત $3'$ છેડો ધરાવતી ટેમ્પલેટ શૃંખલાને લીડિંગ ટેમ્પલેટ કહેવામાં આવે છે,અને મુક્ત $5'$ છેડો ધરાવતી શૃંખલાને લેગિંગ ટેમ્પલેટ કહેવામાં આવે છે. પ્રશ્નમાં આપેલ મૂળ વિધાનમાં આ માહિતી ઉલટાવેલી હતી.
વિધાન $II$ સાચું છે. $DNA$ પોલિમરેઝ ઉત્સેચક નવી શૃંખલાનું સંશ્લેષણ $5' \rightarrow 3'$ દિશામાં કરે છે. નવી શૃંખલા ટેમ્પલેટ શૃંખલાને પ્રતિસમાંતર (antiparallel) હોવાથી,પ્રતિકૃતિની પ્રક્રિયા ટેમ્પલેટ શૃંખલા પર તેના $3'$ છેડાથી $5'$ છેડા તરફ આગળ વધે છે.

(B) $DNA$ પ્રતિકૃતિ દરમિયાન, $DNA$ ના બેવડા કુંતલની બે શૃંખલાઓ પ્રતિસમાંતર હોય છે।
એક શૃંખલા $3' \rightarrow 5'$ ધ્રુવીયતા ધરાવે છે, જે લીડિંગ શૃંખલા માટે ટેમ્પલેટ તરીકે કાર્ય કરે છે।
લીડિંગ શૃંખલાનું સંશ્લેષણ $5' \rightarrow 3'$ દિશામાં પ્રતિકૃતિ કાંટા (replication fork) તરફ સતત થાય છે।
તેથી, લીડિંગ ટેમ્પલેટ શૃંખલા તે છે જે $3' \rightarrow 5'$ ધ્રુવીયતા ધરાવે છે, અને આ શૃંખલા પર પ્રતિકૃતિની પ્રક્રિયા સતત હોય છે।

(C) $DNA$ પ્રતિકૃતિ દરમિયાન, પ્રોકેરિયોટ્સમાં $DNA$ પોલિમરેઝ-$I$ ની $5' \to 3'$ એક્સોન્યુક્લિએઝ પ્રવૃત્તિ દ્વારા $RNA$ પ્રાઈમર્સ દૂર કરવામાં આવે છે।
$RNA$ પ્રાઈમર્સ દૂર થયા પછી, પ્રોકેરિયોટ્સમાં $DNA$ પોલિમરેઝ-$I$ ની $DNA$ પોલિમરેઝ પ્રવૃત્તિ દ્વારા ખાલી જગ્યાઓ ભરવામાં આવે છે।
યુકેરિયોટ્સમાં, $RNA$ પ્રાઈમર્સને દૂર કરવાનું અને ત્યારબાદ ખાલી જગ્યાઓ ભરવાનું કાર્ય મુખ્યત્વે $DNA$ પોલિમરેઝ-$\alpha$ (જેમાં પ્રાઈમેઝ પ્રવૃત્તિ હોય છે) અને $DNA$ પોલિમરેઝ-$\delta$ અથવા $\epsilon$ દ્વારા કરવામાં આવે છે।
તેથી, સાચો ક્રમ છે: $i = \text{DNA પોલિમરેઝ-}I$, $ii = \text{DNA પોલિમરેઝ-}I$, અને $iii = \text{DNA પોલિમરેઝ-}\alpha$.

(B) વિધાન $I$ સાચું છે. આદિકોષકેન્દ્રી $DNA$ પ્રતિકૃતિ એક જ પ્રતિકૃતિ ઉદભવ સ્થાન $(ori)$ થી શરૂ થાય છે,એટલે કે તેમની પાસે માત્ર એક જ રેપ્લિકોન હોય છે. તેનાથી વિપરીત,સુકોષકેન્દ્રી $DNA$ રેખીય અને ખૂબ લાંબુ હોય છે,જેમાં પ્રતિકૃતિના અનેક ઉદભવ સ્થાનો હોય છે,જેના પરિણામે ઘણા બધા રેપ્લિકોન ક્રમમાં હોય છે.
વિધાન $II$ ખોટું છે. હેલિકેઝ ઉત્સેચક નાઈટ્રોજન બેઝ વચ્ચેના હાઈડ્રોજન બંધો તોડીને $DNA$ ની બેવડી કુંડળીને ખોલવા માટે જવાબદાર છે. અલગ થયેલી શૃંખલાઓને ફરીથી જોડાતી અટકાવવાનું કાર્ય સિંગલ-સ્ટ્રેન્ડ બાઈન્ડિંગ $(SSB)$ પ્રોટીન કરે છે,હેલિકેઝ નહીં.

(D) શરૂઆતમાં,$DNA$ હાઇબ્રિડ $(^{14}N-^{15}N)$ છે.
$^{15}N$ ધરાવતા માધ્યમમાં પ્રથમ પ્રતિકૃતિ પછી: બે $DNA$ અણુઓ બને છે,એક હાઇબ્રિડ $(^{14}N-^{15}N)$ અને એક ભારે $(^{15}N-^{15}N)$.
બીજી પ્રતિકૃતિ પછી: કુલ ચાર $DNA$ અણુઓ બને છે.
હાઇબ્રિડ $(^{14}N-^{15}N)$ અણુ એક હાઇબ્રિડ $(^{14}N-^{15}N)$ અને એક ભારે $(^{15}N-^{15}N)$ અણુ ઉત્પન્ન કરે છે.
ભારે $(^{15}N-^{15}N)$ અણુ બે ભારે $(^{15}N-^{15}N)$ અણુઓ ઉત્પન્ન કરે છે.
આમ,અંતિમ રચનામાં $0$ હલકા,$3$ ભારે અને $1$ હાઇબ્રિડ $DNA$ અણુઓ મળે છે.
તેથી,સાચું પ્રમાણ $0:3:1$ છે.

(A) $1$. $DNA$ નું પ્રતિકૃતિ હંમેશા $5'$ થી $3'$ દિશામાં થાય છે.
$2$. આપેલ આકૃતિમાં,$A$ એ $RNA$-પ્રાઈમર દર્શાવે છે,જે નવા $DNA$ શૃંખલાના સંશ્લેષણની શરૂઆત કરે છે.
$3$. $B$ એ ઓકાઝાકી ટુકડાઓ દર્શાવે છે,જે લેગિંગ શૃંખલા પર બનેલા ટૂંકા,નવા સંશ્લેષિત $DNA$ ખંડો છે.
$4$. $C$ એ અગ્રેસર ટેમ્પલેટ શૃંખલા દર્શાવે છે,જ્યાં સંશ્લેષણ સતત થાય છે.
$5$. $D$ એ લેગિંગ ટેમ્પલેટ શૃંખલા દર્શાવે છે,જ્યાં સંશ્લેષણ ઓકાઝાકી ટુકડાઓના સ્વરૂપમાં અસતત રીતે થાય છે.
$6$. તેથી,સાચી ઓળખ આ મુજબ છે: $A$ - $RNA$-પ્રાઈમર,$B$ - ઓકાઝાકી ટુકડા,$C$ - અગ્રેસર ટેમ્પલેટ,$D$ - લેગિંગ ટેમ્પલેટ.

(C) $DNA$ પોલિમરેઝ માત્ર $5' \rightarrow 3'$ દિશામાં જ $DNA$ નું સંશ્લેષણ કરી શકે છે.
લેગિંગ સ્ટ્રેન્ડ પર,ટેમ્પલેટ સ્ટ્રેન્ડ $5' \rightarrow 3'$ દિશામાં હોય છે,જેનો અર્થ છે કે નવી સ્ટ્રેન્ડનું સંશ્લેષણ પ્રતિકૃતિ કાંટાની ગતિની વિરુદ્ધ દિશામાં થવું જોઈએ.
જેમ જેમ પ્રતિકૃતિ કાંટો ખુલે છે,તેમ લેગિંગ સ્ટ્રેન્ડ ટૂંકા ટુકડાઓમાં સંશ્લેષિત થાય છે જેને ઓકાઝાકી ટુકડાઓ કહેવામાં આવે છે.
આ ટુકડાઓ $5' \rightarrow 3'$ દિશામાં સંશ્લેષિત થાય છે,જે પ્રતિકૃતિ કાંટાથી દૂર જાય છે.

(D) $DNA$ પ્રતિકૃતિ એ અર્ધ-રૂઢિચુસ્ત (semi-conservative) પ્રક્રિયા છે.
આ પ્રક્રિયામાં,બે પુત્રી $DNA$ અણુઓમાંથી દરેક એક મૂળ (પિતૃ) શૃંખલા અને એક નવી સંશ્લેષિત શૃંખલા ધરાવે છે.
દરેક પુત્રી અણુમાં બેમાંથી એક શૃંખલા માતૃ (પિતૃ) $DNA$ માંથી હોવાથી,મૂળ ન્યુક્લિઓટાઇડ્સનું યોગદાન $50\%$ છે.

(D) મેસેલ્સન અને સ્ટેહલે $1958$ માં $DNA$ નું સ્વયંજનન અર્ધ-રૂઢિગત (semiconservative) છે તે સાબિત કરવા માટે એક પ્રયોગ કર્યો હતો.
તેમણે $E. coli$ ને ઘણા પેઢીઓ સુધી નાઇટ્રોજનના એકમાત્ર સ્ત્રોત તરીકે $^{15}NH_4Cl$ ($^{15}N$ એ નાઇટ્રોજનનો ભારે આઇસોટોપ છે) ધરાવતા માધ્યમમાં ઉછેર્યા હતા.
આના પરિણામે નવા સંશ્લેષિત $DNA$ માં $^{15}N$ નો સમાવેશ થયો હતો.
ત્યારબાદ,તેમણે કોષોને સામાન્ય $^{14}NH_4Cl$ ધરાવતા માધ્યમમાં સ્થાનાંતરિત કર્યા અને જેમ જેમ કોષો ગુણિત થયા તેમ તેમ વિવિધ ચોક્કસ સમયના અંતરાલે નમૂના લીધા હતા.
નિષ્કર્ષિત $DNA$ ને $DNA$ ની ઘનતા માપવા માટે સીઝિયમ ક્લોરાઇડ $(CsCl)$ ઘનતા ઢાળમાં સેન્ટ્રીફ્યુજ કરવામાં આવ્યા હતા.
આમ,તેમણે તેમના પ્રયોગ માટે ભારે આઇસોટોપ $^{15}N$ અને $E. coli$ બેક્ટેરિયાનો ઉપયોગ કર્યો હતો.

(D) $DNA$ પ્રતિકૃતિ દરમિયાન,$DNA$ હેલિક્સની બે શૃંખલાઓ પ્રતિસમાંતર ($5' \rightarrow 3'$ અને $3' \rightarrow 5'$) હોય છે.
$DNA$ પોલિમરેઝ માત્ર $5' \rightarrow 3'$ દિશામાં જ $DNA$ નું સંશ્લેષણ કરી શકે છે.
લીડિંગ સ્ટ્રેન્ડ પર,સંશ્લેષણ રેપ્લિકેશન ફોર્ક તરફ સતત થાય છે.
લેગિંગ સ્ટ્રેન્ડ પર,સંશ્લેષણ $Okazaki$ ટુકડાઓ તરીકે ઓળખાતા ટૂંકા ખંડોમાં થાય છે,જે રેપ્લિકેશન ફોર્કથી દૂર જાય છે.
આ ટુકડાઓ ટૂંકા અને અલગ-અલગ ભાગોમાં સંશ્લેષિત થતા હોવાથી,લેગિંગ સ્ટ્રેન્ડ પરની પ્રક્રિયાને અસતત (discontinuous) કહેવામાં આવે છે.

(D) $E. coli$ નો પેઢી સમય $20$ મિનિટ છે.
$80$ મિનિટમાં,પેઢીઓની સંખ્યા $(n)$ $80 / 20 = 4$ છે.
$4$ પેઢીઓ પછી $DNA$ અણુઓની કુલ સંખ્યા $2^n = 2^4 = 16$ છે.
મેસેલ્સન અને સ્ટાલના પ્રયોગમાં,શરૂઆતનું $DNA$ ભારે $(^{15}N^{15}N)$ હોય છે.
$1$ પેઢી પછી: $2$ મધ્યમ $(^{15}N^{14}N)$.
$2$ પેઢી પછી: $2$ મધ્યમ $(^{15}N^{14}N)$ અને $2$ હલકા $(^{14}N^{14}N)$.
$3$ પેઢી પછી: $2$ મધ્યમ $(^{15}N^{14}N)$ અને $6$ હલકા $(^{14}N^{14}N)$.
$4$ પેઢી પછી: $2$ મધ્યમ $(^{15}N^{14}N)$ અને $14$ હલકા $(^{14}N^{14}N)$.
આમ,હલકા અને મધ્યમ $DNA$ અણુઓનો ગુણોત્તર $14: 2$ છે.

(B) મેસેલ્સન અને સ્ટાલના પ્રયોગમાં,$E. coli$ દર $20$ મિનિટે વિભાજન પામે છે.
એક ભારે $(^{15}N^{15}N)$ $DNA$ અણુથી શરૂઆત કરતા:
$20$ મિનિટ પછી (પ્રથમ પેઢી): $2$ હાઇબ્રિડ $(^{15}N^{14}N)$ $DNA$ અણુઓ બને છે.
$40$ મિનિટ પછી (દ્વિતીય પેઢી): $2$ હાઇબ્રિડ $(^{15}N^{14}N)$ અને $2$ હલકા $(^{14}N^{14}N)$ $DNA$ અણુઓ બને છે.
$60$ મિનિટ પછી (તૃતીય પેઢી): $2$ હાઇબ્રિડ અણુઓ $2$ હાઇબ્રિડ અને $2$ હલકા અણુઓ ઉત્પન્ન કરે છે,અને $2$ હલકા અણુઓ $4$ હલકા અણુઓ ઉત્પન્ન કરે છે.
કુલ $DNA$ અણુઓ = $8$.
હાઇબ્રિડ અણુઓની સંખ્યા = $2$.
હલકા અણુઓની સંખ્યા = $6$.
હલકા અને હાઇબ્રિડનું પ્રમાણ = $6: 2$,જેનું સાદું રૂપ $3: 1$ થાય છે.

(C) $E. coli$ ના જિનોમમાં $4.6 \times 10^6 \text{ bp}$ હોય છે.
$E. coli$ તેની સ્વયંજનન પ્રક્રિયા આશરે $38$ મિનિટ ($2280$ સેકન્ડ) માં પૂર્ણ કરે છે.
સ્વયંજનનનો દર નીચે મુજબ ગણવામાં આવે છે:
$\text{દર} = \frac{\text{કુલ બેઝ પેર}}{\text{કુલ સમય સેકન્ડમાં}}$
$\text{દર} = \frac{4.6 \times 10^6}{2280} \approx 2017 \text{ bp/સેકન્ડ}$.
આ કિંમતને વિકલ્પોમાં આપેલ નજીકની પ્રમાણિત કિંમત સાથે સરખાવતા, આપણને $2000 \text{ bp/સેકન્ડ}$ મળે છે.

(B) સાચો જવાબ $B$ છે।
મેથ્યુ મેસેલ્સન અને ફ્રેન્કલિન સ્ટેલે $1958$ માં $Escherichia \text{ } coli$ $(E. \text{ } coli)$ નો ઉપયોગ કરીને પ્રયોગ કર્યો હતો અને સાબિત કર્યું હતું કે $DNA$ નું સ્વયંજનન અર્ધ-રૂઢિચુસ્ત (semiconservative) હોય છે।
તેમણે $E. \text{ } coli$ ને ઘણા પેઢીઓ સુધી $^{15}N$ (નાઈટ્રોજનનો ભારે આઈસોટોપ) ધરાવતા માધ્યમમાં ઉછેર્યા, અને ત્યારબાદ તેમને $^{14}N$ (હલકા આઈસોટોપ) ધરાવતા માધ્યમમાં સ્થાનાંતરિત કર્યા।
સીઝિયમ ક્લોરાઈડ ડેન્સિટી ગ્રેડિયન્ટ સેન્ટ્રિફ્યુગેશનનો ઉપયોગ કરીને $DNA$ ની ઘનતાનું વિશ્લેષણ કરતા, તેમણે અવલોકન કર્યું કે $DNA$ અણુઓ બંને આઈસોટોપના મિશ્રણ (હાઈબ્રિડ) હતા, જે $DNA$ સ્વયંજનનની અર્ધ-રૂઢિચુસ્ત પદ્ધતિની પુષ્ટિ કરે છે।
આ પ્રક્રિયા ત્યારબાદ વનસ્પતિઓ અને માનવ કોષો જેવા ઉચ્ચ કક્ષાના સજીવોમાં પણ જોવા મળી હતી।

(C) સાચો જવાબ $C$ છે.
મેસેલ્સન અને સ્ટેહલ દ્વારા દર્શાવવામાં આવેલા $DNA$ સ્વયંજનનના અર્ધ-રૂઢિચુસ્ત (semi-conservative) મોડેલ મુજબ,પિતૃ $DNA$ શૃંખલાઓ ($^{15}N$ થી લેબલ થયેલ) અલગ થાય છે અને દરેક માધ્યમમાંથી $^{14}N$ નો ઉપયોગ કરીને નવી શૃંખલાના સંશ્લેષણ માટે ટેમ્પલેટ તરીકે કાર્ય કરે છે.
પ્રથમ પેઢીમાં,દરેક $DNA$ અણુ એક ભારે શૃંખલા $(^{15}N)$ અને એક હલકી શૃંખલા $(^{14}N)$ ધરાવે છે.
બે શૃંખલાઓની ઘનતા અલગ હોવાથી (એક ભારે અને એક હલકી),પરિણામી $DNA$ અણુ હાઇબ્રિડ હોય છે.
આ હાઇબ્રિડ $DNA$ માં એક $^{14}N$ શૃંખલા હોવાથી,તે મૂળ પિતૃ $DNA$ (જે સંપૂર્ણપણે $^{15}N$ હતું) ને મળતું આવતું નથી.

(B) સાચો જવાબ $(B)$ છે.
$DNA$ પોલિમરેઝ ઉત્સેચકો માત્ર $5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$ દિશામાં જ ન્યુક્લિયોટાઇડ્સ ઉમેરવાનું કાર્ય કરી શકે છે.
લેગિંગ સ્ટ્રેન્ડના સંશ્લેષણ દરમિયાન પણ,જ્યાં $DNA$ નાના ટુકડાઓ તરીકે સંશ્લેષિત થાય છે જેને ઓકાઝાકી ફ્રેગમેન્ટ્સ કહેવામાં આવે છે,દરેક વ્યક્તિગત ટુકડો $5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$ દિશામાં જ સંશ્લેષિત થાય છે.

(D) સાચો જવાબ $D$ છે.
મેસેલ્સન અને સ્ટાલના પ્રયોગ મુજબ,$^{15}N$ (ભારે આઇસોટોપ) ધરાવતા માધ્યમમાં ઉછરેલા $E. coli$ કોષો તેમના $DNA$ માં તેને સમાવિષ્ટ કરે છે.
જ્યારે આ કોષોને $^{14}N$ (હલકા આઇસોટોપ) ધરાવતા માધ્યમમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવે છે,ત્યારે $DNA$ પ્રતિકૃતિ અર્ધ-રૂઢિચુસ્ત (semi-conservative) મોડેલને અનુસરે છે.
$1$ લી પેઢી ($20$ મિનિટ) પછી,તમામ $DNA$ અણુઓ હાઇબ્રિડ $(^{15}N^{14}N)$ હોય છે.
$2$ જી પેઢી ($40$ મિનિટ) પછી,હાઇબ્રિડ $DNA$ અણુઓ પ્રતિકૃતિ પામીને એક હાઇબ્રિડ $DNA$ અણુ અને એક લાઇટ $DNA$ અણુ $(^{14}N^{14}N)$ બનાવે છે.
તેથી,પરિણામી વસ્તીમાં હાઇબ્રિડ અને લાઇટ $DNA$ સમાન પ્રમાણમાં જોવા મળે છે.

(A) $DNA$ ગાયરેઝ એ $DNA$ ટોપોઆઈસોમરેઝનો એક પ્રકાર છે જે પ્રતિકૃતિ દરમિયાન $DNA$ ના અનવાઈન્ડિંગ (છૂટા પડવા) ને કારણે ઉદ્ભવતા ટોર્સનલ સ્ટ્રેન (મરોડના તાણ) ને દૂર કરે છે.
તે પ્રતિકૃતિ કાંટા (replication fork) ની આગળ બનતા પોઝિટિવ સુપરકોઈલ્સનો સામનો કરવા માટે નેગેટિવ સુપરકોઈલ્સ દાખલ કરે છે.

(D) સાચો જવાબ $D$ છે.
$DNA$ પ્રતિકૃતિ દરમિયાન,પ્રક્રિયાની શરૂઆત $DNA$ ની બે સ્ટ્રેન્ડના નાઇટ્રોજન બેઇઝ વચ્ચેના હાઇડ્રોજન બંધો તૂટવાથી થાય છે.
આનાથી ડબલ હેલિક્સ ખુલે છે અને દરેક સ્ટ્રેન્ડ નવી પૂરક સ્ટ્રેન્ડના સંશ્લેષણ માટે ટેમ્પલેટ તરીકે કાર્ય કરી શકે છે.

(A) સુકોષકેન્દ્રીઓમાં $DNA$ ના અર્ધ-રૂઢિચુસ્ત (semi-conservative) સ્વયંજનનને દર્શાવવા માટેનો પ્રયોગ $1958$ માં ટેલર અને તેમના સહકર્મીઓ દ્વારા કરવામાં આવ્યો હતો.
તેમણે રંગસૂત્રોમાં નવા સંશ્લેષિત $DNA$ ના વિતરણને શોધવા માટે રેડિયોએક્ટિવ થાઇમિડિનનો ઉપયોગ કર્યો હતો.
આ પ્રયોગ $Vicia$ $faba$ (ફાવા બીન) છોડના મૂળના વર્ધનશીલ કોષો પર કરવામાં આવ્યો હતો.
ઓટોરેડિયોગ્રાફીનો ઉપયોગ કરીને, તેમણે અવલોકન કર્યું કે રેડિયોએક્ટિવ લેબલ રંગસૂત્રની બંને રંગસૂત્રિકાઓમાં વિતરિત થયેલું હતું, જે $DNA$ સ્વયંજનનની અર્ધ-રૂઢિચુસ્ત પદ્ધતિની પુષ્ટિ કરે છે.

(A) સાચો જવાબ $A$ (શૂન્ય) છે.
$E. coli$ તેના $DNA$ નું પ્રતિકૃતિ (replication) દર $20$ મિનિટે કરે છે.
શરૂઆતમાં,$E. coli$ કોષોમાં $^{14}N / ^{14}N$ $DNA$ હોય છે.
જ્યારે આ કોષોને $^{15}N$ ધરાવતા માધ્યમમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવે છે,ત્યારે સંશ્લેષિત થતા નવા $DNA$ શૃંખલાઓમાં $^{15}N$ ઉમેરાય છે.
$20$ મિનિટ પછી (એક પેઢી),$DNA$ અણુઓ હાઇબ્રિડ $(^{15}N / ^{14}N)$ હશે.
$40$ મિનિટ પછી (બે પેઢી),$DNA$ અણુઓ હાઇબ્રિડ $(^{15}N / ^{14}N)$ અને ભારે $(^{15}N / ^{15}N)$ નું મિશ્રણ હશે.
માધ્યમમાં ફક્ત $^{15}N$ હોવાથી,કોઈ નવું $^{14}N / ^{14}N$ $DNA$ બની શકતું નથી,અને મૂળ $^{14}N$ શૃંખલાઓ $^{15}N$ શૃંખલાઓ સાથે જોડાઈ જશે.
તેથી,$^{14}N / ^{14}N$ $DNA$ અણુઓની સંખ્યા શૂન્ય હશે.

(C) મેસેલસન અને સ્ટેહલે $^{15}N$ (ભારે) અને $^{14}N$ (હલકા) $DNA$ આઈસોટોપ્સ વચ્ચેની ઘનતાના તફાવતને આધારે તેમને અલગ કરવા માટે $CsCl$ (સીઝિયમ ક્લોરાઈડ) ઘનતા ઢાળ સેન્ટ્રિફ્યુગેશનનો ઉપયોગ કર્યો હતો. $CsCl$ દ્રાવણ એક ઘનતા ઢાળ બનાવે છે જે $DNA$ અણુઓને તેમની ઉત્પ્લાવક ઘનતાને અનુરૂપ સ્થાનો પર સ્થાયી થવા દે છે.