Replication Questions in Hindi

(A) कथन $I$ सही है: $DNA$ पॉलिमरेज़ वे एंजाइम हैं जो बढ़ते हुए रज्जुक के केवल $3^{\prime}$ सिरे पर न्यूक्लियोटाइड जोड़कर $DNA$ का संश्लेषण करते हैं। इसलिए,बहुलकीकरण हमेशा $5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$ दिशा में होता है।
कथन $II$ सही है: क्योंकि $DNA$ रज्जुक प्रतिसमांतर (antiparallel) होते हैं और $DNA$ पॉलिमरेज़ केवल $5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$ दिशा में ही संश्लेषण कर सकता है,इसलिए एक रज्जुक (लीडिंग स्ट्रैंड) पर प्रतिकृति रेप्लिकेशन फोर्क की ओर सतत होती है,जबकि दूसरे रज्जुक (लैगिंग स्ट्रैंड) पर यह ओकाज़ाकी खंडों (Okazaki fragments) के रूप में छोटे टुकड़ों में असतत होती है।
निष्कर्ष: दोनों कथन सही हैं।

(C) $E. coli$ जैसे प्रोकैरियोट्स में,$DNA$ प्रतिकृति की प्रक्रिया $DNA$ निर्भर $DNA$ पॉलीमरेज़ एंजाइमों द्वारा संचालित होती है।
ये एंजाइम अत्यधिक विशिष्ट होते हैं और केवल $5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$ दिशा में ही न्यूक्लियोटाइड्स के बहुलकीकरण को उत्प्रेरित कर सकते हैं।
यह एकदिशीय संश्लेषण $DNA$ प्रतिकृति की एक मौलिक विशेषता है,जो बढ़ती हुई श्रृंखला में न्यूक्लियोटाइड्स के सटीक योग को सुनिश्चित करती है।

(C) $DNA$ पॉलीमरेज़ एंजाइम केवल $5'$ से $3'$ दिशा में न्यूक्लियोटाइड्स के बहुलकीकरण को उत्प्रेरित कर सकता है।
चूंकि $DNA$ के दोहरे हेलिक्स के दो रज्जुक प्रतिसमांतर (एक $3'$ से $5'$ और दूसरा $5'$ से $3'$) होते हैं,इसलिए प्रतिकृति कांटा (replication fork) एक ही दिशा में आगे बढ़ता है।
$3'$ से $5'$ ध्रुवता वाले टेम्पलेट रज्जुक पर,नया रज्जुक $5'$ से $3'$ दिशा में निरंतर संश्लेषित होता है (अग्रगामी रज्जुक)।
$5'$ से $3'$ ध्रुवता वाले टेम्पलेट रज्जुक पर,नया रज्जुक छोटे टुकड़ों (ओकाज़ाकी टुकड़े) में $5'$ से $3'$ दिशा में संश्लेषित होना चाहिए क्योंकि प्रतिकृति कांटा संश्लेषण की आवश्यकता के विपरीत दिशा में खुलता है (पश्चगामी रज्जुक)।
अतः,$5'$ से $3'$ संश्लेषण की बाध्यता ही असंतत प्रतिकृति का मूल कारण है।

(A) $DNA$ प्रतिकृति के दौरान,द्वि-कुंडली की दो श्रृंखलाएं प्रति-समांतर होती हैं और $DNA$ पॉलीमरेज़ केवल $5'$ से $3'$ दिशा में ही न्यूक्लियोटाइड जोड़ सकता है।
$1$. लीडिंग स्ट्रैंड का संश्लेषण प्रतिकृति कांटा (replication fork) की ओर $5'$ से $3'$ दिशा में निरंतर होता है।
$2$. लैगिंग स्ट्रैंड का संश्लेषण ओकाज़ाकी खंडों के रूप में छोटे टुकड़ों में असंतत (discontinuous) रूप से होता है,जो भी $5'$ से $3'$ दिशा में होता है और प्रतिकृति कांटा से दूर जाता है।
$3$. चूंकि लैगिंग स्ट्रैंड खंडों में संश्लेषित होती है,इसलिए प्रत्येक खंड को शुरू करने के लिए कई $RNA$ प्राइमरों की आवश्यकता होती है।
$4$. $DNA$ पॉलीमरेज़ $III$ लीडिंग और लैगिंग दोनों स्ट्रैंड के संश्लेषण के लिए जिम्मेदार मुख्य एंजाइम है।
अतः,'ओकाज़ाकी खंडों का संश्लेषण निरंतर होता है' कथन गलत है,क्योंकि वे असंतत रूप से संश्लेषित होते हैं।

(B) $\text{DNA}$ प्रतिकृति के दौरान,$\text{DNA}$ पॉलीमरेज़ एंजाइम केवल $5^{\prime} \longrightarrow 3^{\prime}$ दिशा में ही नई श्रृंखला का संश्लेषण कर सकता है।
$\text{DNA}$ के दोहरे हेलिक्स की दोनों श्रृंखलाएं प्रतिसमांतर (antiparallel) होती हैं,इसलिए एक श्रृंखला (लीडिंग स्ट्रैंड) लगातार संश्लेषित होती है।
दूसरी श्रृंखला (लैगिंग स्ट्रैंड) छोटे खंडों में असंतत रूप से संश्लेषित होती है,जिन्हें ओकाज़ाकी खंड कहा जाता है।
भले ही ये खंड लैगिंग स्ट्रैंड पर बनते हैं,फिर भी प्रत्येक व्यक्तिगत ओकाज़ाकी खंड $\text{DNA}$ पॉलीमरेज़ द्वारा $5^{\prime} \longrightarrow 3^{\prime}$ दिशा में ही संश्लेषित होता है।

(C) $\text{DNA}$ प्रतिकृति के दौरान,लैगिंग स्ट्रैंड (lagging strand) छोटे,असतत खंडों में संश्लेषित होता है जिन्हें ओकाज़ाकी खंड (Okazaki fragments) कहा जाता है।
इन खंडों का संश्लेषण $\text{DNA}$ पॉलीमरेज़ $III$ द्वारा किया जाता है।
एक बार जब $\text{RNA}$ प्राइमर हटा दिए जाते हैं और उनकी जगह $\text{DNA}$ न्यूक्लियोटाइड आ जाते हैं,तो $\text{DNA}$ लाइगेज़ एंजाइम निकटवर्ती खंडों के बीच फॉस्फोडिएस्टर बंधन के निर्माण को उत्प्रेरित करता है,जिससे वे एक निरंतर स्ट्रैंड में जुड़ जाते हैं।
इसलिए,सही एंजाइम $\text{DNA}$ लाइगेज़ है।

(B) $DNA$ प्रतिकृति प्रकृति में अर्ध-संरक्षी (semi-conservative) होती है,जिसका अर्थ है कि प्रत्येक नए $DNA$ अणु में एक पैतृक स्ट्रैंड और एक नई संश्लेषित स्ट्रैंड होती है।
प्रतिकृति कांटा (replication fork) में,$DNA$ पॉलीमरेज़ केवल $5' \rightarrow 3'$ दिशा में ही $DNA$ का संश्लेषण कर सकता है।
चूंकि $DNA$ डबल हेलिक्स की दो स्ट्रैंड्स प्रतिसमांतर (antiparallel) होती हैं,एक स्ट्रैंड (लीडिंग स्ट्रैंड) निरंतर संश्लेषित होती है।
दूसरी स्ट्रैंड (लैगिंग स्ट्रैंड) छोटे,असंतत खंडों में संश्लेषित होती है जिन्हें ओकाज़ाकी खंड (Okazaki fragments) कहा जाता है।
इसलिए,लैगिंग स्ट्रैंड पर $DNA$ प्रतिकृति अर्ध-संरक्षी और असंतत होती है।

(A) $\text{DNA}$ प्रतिकृति के दौरान,$\text{DNA}$ पॉलीमरेज़ एंजाइम टेम्पलेट श्रृंखला के पूरक न्यूक्लियोटाइड्स को जोड़कर एक नई $\text{DNA}$ श्रृंखला के संश्लेषण के लिए जिम्मेदार होता है।
$\text{DNA}$ पॉलीमरेज़ डीऑक्सीराइबोन्यूक्लियोटाइड्स के बहुलकीकरण (polymerization) को उत्प्रेरित करता है,जो आनुवंशिक सामग्री की सटीक प्रतिकृति के लिए आवश्यक है।
अतः,सही विकल्प $A$ है।

(B) मेसेल्सन और स्टाहल के प्रयोग में,$\text{DNA}$ का अर्ध-संरक्षी (semi-conservative) प्रतिकृतियन देखा जाता है।
$N^{15}-N^{15}$ (भारी) $\text{DNA}$ से शुरू करने पर,$n$ पीढ़ियों के बाद,$\text{DNA}$ अणुओं की कुल संख्या $2^n$ होती है।
पहली पीढ़ी के बाद भारी $\text{DNA}$ अणुओं $(N^{15}-N^{15})$ की संख्या $0$ हो जाती है क्योंकि मूल भारी श्रृंखलाएं अलग हो जाती हैं और हल्की श्रृंखलाओं के साथ जुड़ जाती हैं।
किसी भी पीढ़ी $n$ (जहाँ $n \ge 1$) में,हाइब्रिड $\text{DNA}$ अणुओं की संख्या हमेशा $2$ होती है और हल्के $\text{DNA}$ अणुओं $(N^{14}-N^{14})$ की संख्या $2^n - 2$ होती है।
अतः,$4^{\text{th}}$ पीढ़ी में भारी $\text{DNA}$ का प्रतिशत $0 \%$ है।

(B) $E. coli$ का पीढ़ी समय (generation time) $20$ मिनट है।
$60$ मिनट के बाद, पीढ़ियों की संख्या $(n)$ = $60 / 20 = 3$ होगी।
प्रारंभ में, $1$ हल्का $DNA$ $(^{14}N-^{14}N)$ अणु है।
अर्ध-संरक्षी (semi-conservative) प्रतिकृति के अनुसार, मूल $DNA$ के दो स्ट्रैंड टेम्पलेट के रूप में बने रहते हैं।
$n$ पीढ़ियों के बाद, $DNA$ अणुओं की कुल संख्या = $2^n = 2^3 = 8$ होगी।
मूल हल्के स्ट्रैंड वाले $DNA$ अणुओं की संख्या = $2$ (क्योंकि जनक कोशिका के केवल दो मूल स्ट्रैंड ही हल्के टेम्पलेट के रूप में रहेंगे)।
हल्के $DNA$ का प्रतिशत = $(\text{हल्के } DNA \text{ की संख्या} / \text{कुल } DNA) \times 100 = (2 / 8) \times 100 = 25 \%$।

(A) $\text{DNA}$ की प्रतिकृति अर्ध-संरक्षी (semi-conservative) होती है।
एक हाइब्रिड $\text{DNA}$ अणु $(N^{15}N^{14})$ से शुरुआत करते हुए:
पीढ़ी $0$: $1$ हाइब्रिड $(N^{15}N^{14})$।
पीढ़ी $1$: $N^{15}$ स्ट्रैंड और $N^{14}$ स्ट्रैंड अलग हो जाते हैं। प्रत्येक एक नए $N^{14}$ स्ट्रैंड के लिए टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है। परिणाम: $2$ हाइब्रिड $\text{DNA}$ $(N^{15}N^{14})$।
पीढ़ी $2$: $2$ हाइब्रिड अणु $2$ हाइब्रिड $(N^{15}N^{14})$ और $2$ हल्के $(N^{14}N^{14})$ $\text{DNA}$ अणु उत्पन्न करते हैं।
पीढ़ी $3$: $2$ हाइब्रिड अणु $2$ हाइब्रिड $(N^{15}N^{14})$ और $2$ हल्के $(N^{14}N^{14})$ $\text{DNA}$ अणु उत्पन्न करते हैं,जबकि $2$ हल्के अणु $4$ हल्के $(N^{14}N^{14})$ $\text{DNA}$ अणु उत्पन्न करते हैं।
$3$ पीढ़ियों के बाद कुल $\text{DNA}$ अणु = $2^3 = 8$।
मूल $N^{15}$ स्ट्रैंड वाले $\text{DNA}$ अणुओं की संख्या = $2$ (ये $2$ हाइब्रिड अणु हैं)।

(A) $DNA$ प्रतिकृति की प्रक्रिया में,$DNA$ पॉलीमरेज़ एंजाइम केवल $5' \rightarrow 3'$ दिशा में ही $DNA$ का संश्लेषण कर सकता है।
चूंकि $DNA$ द्विकुंडल की दो रज्जुकें प्रतिसमांतर होती हैं,एक रज्जुक (लीडिंग स्ट्रैंड) प्रतिकृति कांटा (replication fork) की गति की दिशा में निरंतर संश्लेषित होती है।
दिए गए चित्र में,$A$ लीडिंग स्ट्रैंड को दर्शाता है जहाँ निरंतर संश्लेषण होता है।
दूसरी रज्जुक (लैगिंग स्ट्रैंड) छोटे टुकड़ों में संश्लेषित होती है जिन्हें ओकाज़ाकी टुकड़े कहा जाता है,जो असंतत संश्लेषण को दर्शाता है,जिसे $B$ द्वारा इंगित किया गया है।
$C$ मूल पैतृक $DNA$ रज्जुक की ओर इशारा करता है जो प्रतिकृति के लिए टेम्पलेट के रूप में कार्य करती है।
$D$ प्रक्रिया के दौरान बनी नव-संश्लेषित $DNA$ रज्जुक को दर्शाता है।
अतः,सही पहचान $A \rightarrow$ निरंतर संश्लेषण,$B \rightarrow$ असंतत संश्लेषण,$C \rightarrow$ टेम्पलेट रज्जुक,$D \rightarrow$ नव-संश्लेषित रज्जुक है।

(C) अभिकथन $(A)$ सही है क्योंकि $\text{DNA}$ प्रतिकृति एक विशिष्ट स्थान पर शुरू होती है जिसे ओरिजिन ऑफ रेप्लिकेशन कहा जाता है,जहाँ $\text{DNA}$ हेलिक्स खुलकर $Y$-आकार की संरचना बनाता है जिसे रेप्लिकेशन फोर्क कहा जाता है।
कारण $(R)$ गलत है क्योंकि $\text{DNA}$ लाइगेज एंजाइम द्वारा असतत रूप से संश्लेषित $\text{DNA}$ टुकड़ों (ओकाजाकी टुकड़ों) को जोड़ने की प्रक्रिया $\text{DNA}$ प्रतिकृति के दौरान होती है,न कि ट्रांसक्रिप्शन के दौरान।
ट्रांसक्रिप्शन में $\text{DNA}$ टेम्पलेट से $\text{RNA}$ का संश्लेषण शामिल है,न कि $\text{DNA}$ टुकड़ों का संश्लेषण।

(D) $1$. Ligase: यह एंजाइम फॉस्फोडिएस्टर बंध बनाकर $\text{DNA}$ के छोटे खंडों (ओकाज़ाकी टुकड़े) को जोड़ने के लिए जिम्मेदार है। अतः,कथन $a$ सही है।
$2$. $\text{DNA}$ polymerase: यह एंजाइम टेम्पलेट स्ट्रैंड के पूरक न्यूक्लियोटाइड्स जोड़कर एक नया $\text{DNA}$ स्ट्रैंड बनाने के लिए जिम्मेदार है। यह $\text{RNA}$ को नहीं काटता है। विशिष्ट अनुक्रमों पर $\text{RNA}$ को काटना आमतौर पर राइबोन्यूक्लिएज या विशिष्ट राइबोजाइम्स का कार्य है। अतः,कथन $b$ गलत है।
$3$. Helicase: यह एंजाइम $\text{DNA}$ प्रतिकृति के दौरान पूरक नाइट्रोजन बेस जोड़ों के बीच हाइड्रोजन बंधों को तोड़कर $\text{DNA}$ डबल हेलिक्स को खोलता है। अतः,कथन $c$ सही है।
निष्कर्ष: $a$ और $c$ सही हैं,जबकि $b$ गलत है।

(D) कथन $I$ गलत है क्योंकि मुक्त $3'$ सिरे वाली टेम्पलेट रज्जुक को लीडिंग टेम्पलेट कहा जाता है,और मुक्त $5'$ सिरे वाली रज्जुक को लैगिंग टेम्पलेट कहा जाता है। प्रश्न में दिए गए मूल कथन में यह जानकारी उल्टी दी गई थी।
कथन $II$ सही है। $DNA$ पॉलीमरेज़ एंजाइम नई रज्जुक का संश्लेषण $5' \rightarrow 3'$ दिशा में करता है। चूंकि नई रज्जुक टेम्पलेट रज्जुक के प्रतिसमांतर (antiparallel) होती है,इसलिए प्रतिकृति की प्रक्रिया टेम्पलेट रज्जुक पर उसके $3'$ सिरे से $5'$ सिरे की ओर बढ़ती है।

(B) $DNA$ प्रतिकृति के दौरान, $DNA$ द्विकुंडल की दो रज्जुकें प्रतिसमांतर होती हैं।
एक रज्जुक $3' \rightarrow 5'$ ध्रुवता रखती है, जो लीडिंग रज्जुक के लिए टेम्पलेट के रूप में कार्य करती है।
लीडिंग रज्जुक का संश्लेषण $5' \rightarrow 3'$ दिशा में प्रतिकृति द्विशाख (replication fork) की ओर सतत रूप से होता है।
अतः, लीडिंग टेम्पलेट रज्जुक वह है जिसकी ध्रुवता $3' \rightarrow 5'$ होती है, और इस रज्जुक पर प्रतिकृति की प्रक्रिया सतत होती है।

(C) $DNA$ प्रतिकृतियन के दौरान, प्रोकैरियोट्स में $DNA$ पॉलीमरेज़-$I$ की $5' \to 3'$ एक्सोन्यूक्लिएज़ गतिविधि द्वारा $RNA$ प्राइमर्स को हटा दिया जाता है।
$RNA$ प्राइमर्स को हटाने के बाद, प्रोकैरियोट्स में $DNA$ पॉलीमरेज़-$I$ की $DNA$ पॉलीमरेज़ गतिविधि द्वारा रिक्त स्थानों को भरा जाता है।
यूकैरियोट्स में, $RNA$ प्राइमर्स को हटाने और बाद में रिक्त स्थानों को भरने का कार्य मुख्य रूप से $DNA$ पॉलीमरेज़-$\alpha$ (जिसमें प्राइमेज़ गतिविधि होती है) और $DNA$ पॉलीमरेज़-$\delta$ या $\epsilon$ द्वारा किया जाता है।
अतः, सही क्रम है: $i = \text{DNA पॉलीमरेज़-}I$, $ii = \text{DNA पॉलीमरेज़-}I$, और $iii = \text{DNA पॉलीमरेज़-}\alpha$.

(B) कथन $I$ सही है। प्रोकैरियोटिक $DNA$ प्रतिकृति एक ही प्रतिकृति उत्पत्ति स्थल $(ori)$ से शुरू होती है,जिसका अर्थ है कि उनके पास केवल एक रेप्लिकॉन होता है। इसके विपरीत,यूकेरियोटिक $DNA$ रैखिक और बहुत लंबा होता है,जिसमें प्रतिकृति के कई उत्पत्ति स्थल होते हैं,जिसके परिणामस्वरूप कई रेप्लिकॉन टैंडम में होते हैं।
कथन $II$ गलत है। हेलिकेज एंजाइम नाइट्रोजनस बेस के बीच के हाइड्रोजन बॉन्ड को तोड़कर $DNA$ डबल हेलिक्स को खोलने के लिए जिम्मेदार है। अलग हुई स्ट्रैंड्स को फिर से जुड़ने (री-एनिलिंग) से रोकने का कार्य सिंगल-स्ट्रैंड बाइंडिंग $(SSB)$ प्रोटीन द्वारा किया जाता है,न कि हेलिकेज द्वारा।

(D) प्रारंभ में,$DNA$ हाइब्रिड $(^{14}N-^{15}N)$ है।
$^{15}N$ वाले माध्यम में प्रथम प्रतिकृति के बाद: दो $DNA$ अणु बनते हैं,एक हाइब्रिड $(^{14}N-^{15}N)$ और एक भारी $(^{15}N-^{15}N)$।
दूसरी प्रतिकृति के बाद: कुल चार $DNA$ अणु बनते हैं।
हाइब्रिड $(^{14}N-^{15}N)$ अणु एक हाइब्रिड $(^{14}N-^{15}N)$ और एक भारी $(^{15}N-^{15}N)$ अणु उत्पन्न करता है।
भारी $(^{15}N-^{15}N)$ अणु दो भारी $(^{15}N-^{15}N)$ अणु उत्पन्न करता है।
इस प्रकार,अंतिम संरचना में $0$ हल्के,$3$ भारी और $1$ हाइब्रिड $DNA$ अणु प्राप्त होते हैं।
अतः,सही अनुपात $0:3:1$ है।

(A) $1$. $DNA$ प्रतिकृति हमेशा $5'$ से $3'$ दिशा में होती है।
$2$. दी गई आकृति में,$A$ $RNA$-प्राइमर को दर्शाता है,जो नई $DNA$ श्रृंखला के संश्लेषण की शुरुआत करता है।
$3$. $B$ ओकाज़ाकी खंडों को दर्शाता है,जो लैगिंग स्ट्रैंड पर बनने वाले छोटे,नए संश्लेषित $DNA$ खंड हैं।
$4$. $C$ लीडिंग टेम्पलेट स्ट्रैंड को दर्शाता है,जहाँ संश्लेषण निरंतर होता है।
$5$. $D$ लैगिंग टेम्पलेट स्ट्रैंड को दर्शाता है,जहाँ संश्लेषण ओकाज़ाकी खंडों के रूप में असंतत (discontinuous) तरीके से होता है।
$6$. अतः,सही पहचान है: $A$ - $RNA$-प्राइमर,$B$ - ओकाज़ाकी खंड,$C$ - लीडिंग टेम्पलेट,$D$ - लैगिंग टेम्पलेट।

(C) $DNA$ पॉलीमरेज़ केवल $5' \rightarrow 3'$ दिशा में ही $DNA$ का संश्लेषण कर सकता है।
लैगिंग स्ट्रैंड पर,टेम्पलेट स्ट्रैंड $5' \rightarrow 3'$ दिशा में होता है,जिसका अर्थ है कि नई स्ट्रैंड का संश्लेषण प्रतिकृति कांटा (replication fork) की गति के विपरीत दिशा में होना चाहिए।
जैसे-जैसे प्रतिकृति कांटा खुलता है,लैगिंग स्ट्रैंड छोटे खंडों में संश्लेषित होती है जिन्हें ओकाज़ाकी खंड कहा जाता है।
ये खंड $5' \rightarrow 3'$ दिशा में संश्लेषित होते हैं,जो प्रतिकृति कांटा से दूर जाते हैं।

(D) $DNA$ प्रतिकृति एक अर्ध-संरक्षी (semi-conservative) प्रक्रिया है।
इस प्रक्रिया में,दो संतति $DNA$ अणुओं में से प्रत्येक में एक मूल (जनक) रज्जुक और एक नवनिर्मित रज्जुक होता है।
चूंकि प्रत्येक संतति अणु में दो में से एक रज्जुक मातृ (जनक) $DNA$ से होता है,इसलिए मूल न्यूक्लियोटाइड्स का योगदान $50\%$ होता है।

(D) मेसेल्सन और स्टाहल ने $1958$ में यह सिद्ध करने के लिए एक प्रयोग किया कि $DNA$ का प्रतिकृतियन अर्ध-संरक्षी (semiconservative) होता है।
उन्होंने $E. coli$ को कई पीढ़ियों तक नाइट्रोजन के एकमात्र स्रोत के रूप में $^{15}NH_4Cl$ ($^{15}N$ नाइट्रोजन का भारी समस्थानिक है) युक्त माध्यम में संवर्धित किया।
इसके परिणामस्वरूप नव-संश्लेषित $DNA$ में $^{15}N$ का समावेश हो गया।
इसके बाद,उन्होंने कोशिकाओं को सामान्य $^{14}NH_4Cl$ युक्त माध्यम में स्थानांतरित कर दिया और जैसे-जैसे कोशिकाएं विभाजित हुईं,विभिन्न निश्चित समय अंतरालों पर नमूने लिए।
$DNA$ के घनत्व को मापने के लिए निष्कर्षित $DNA$ को सीज़ियम क्लोराइड $(CsCl)$ घनत्व प्रवणता में सेंट्रीफ्यूज किया गया।
इस प्रकार,उन्होंने अपने प्रयोग के लिए भारी समस्थानिक $^{15}N$ और $E. coli$ बैक्टीरिया का उपयोग किया।

(D) $DNA$ प्रतिकृति के दौरान,$DNA$ हेलिक्स की दो श्रृंखलाएं प्रतिसमांतर ($5' \rightarrow 3'$ और $3' \rightarrow 5'$) होती हैं।
$DNA$ पॉलीमरेज़ केवल $5' \rightarrow 3'$ दिशा में ही $DNA$ का संश्लेषण कर सकता है।
लीडिंग स्ट्रैंड पर,संश्लेषण रेप्लिकेशन फोर्क की ओर निरंतर होता है।
लैगिंग स्ट्रैंड पर,संश्लेषण $Okazaki$ खंडों के रूप में छोटे टुकड़ों में होता है,जो रेप्लिकेशन फोर्क से दूर जाते हैं।
चूंकि ये खंड छोटे और अलग-अलग हिस्सों में संश्लेषित होते हैं,इसलिए लैगिंग स्ट्रैंड पर होने वाली प्रक्रिया को असतत (discontinuous) कहा जाता है।

(D) $E. coli$ का पीढ़ी समय $20$ मिनट है।
$80$ मिनट में,पीढ़ियों की संख्या $(n)$ $80 / 20 = 4$ है।
$4$ पीढ़ियों के बाद $DNA$ अणुओं की कुल संख्या $2^n = 2^4 = 16$ है।
मेसेल्सन और स्टाल के प्रयोग में,प्रारंभिक $DNA$ भारी $(^{15}N^{15}N)$ होता है।
$1$ पीढ़ी के बाद: $2$ मध्यम $(^{15}N^{14}N)$।
$2$ पीढ़ियों के बाद: $2$ मध्यम $(^{15}N^{14}N)$ और $2$ हल्के $(^{14}N^{14}N)$।
$3$ पीढ़ियों के बाद: $2$ मध्यम $(^{15}N^{14}N)$ और $6$ हल्के $(^{14}N^{14}N)$।
$4$ पीढ़ियों के बाद: $2$ मध्यम $(^{15}N^{14}N)$ और $14$ हल्के $(^{14}N^{14}N)$।
अतः,हल्के और मध्यम $DNA$ अणुओं का अनुपात $14: 2$ है।

(B) मेसेल्सन और स्टाल के प्रयोग में,$E. coli$ हर $20$ मिनट में विभाजित होता है।
एक भारी $(^{15}N^{15}N)$ $DNA$ अणु से शुरुआत करते हुए:
$20$ मिनट बाद (पहली पीढ़ी): $2$ हाइब्रिड $(^{15}N^{14}N)$ $DNA$ अणु बनते हैं।
$40$ मिनट बाद (दूसरी पीढ़ी): $2$ हाइब्रिड $(^{15}N^{14}N)$ और $2$ हल्के $(^{14}N^{14}N)$ $DNA$ अणु बनते हैं।
$60$ मिनट बाद (तीसरी पीढ़ी): $2$ हाइब्रिड अणु $2$ हाइब्रिड और $2$ हल्के अणु उत्पन्न करते हैं,और $2$ हल्के अणु $4$ हल्के अणु उत्पन्न करते हैं।
कुल $DNA$ अणु = $8$।
हाइब्रिड अणुओं की संख्या = $2$।
हल्के अणुओं की संख्या = $6$।
हल्के और हाइब्रिड का अनुपात = $6: 2$,जो सरल होकर $3: 1$ हो जाता है।

(C) $E. coli$ के जीनोम में $4.6 \times 10^6 \text{ bp}$ होते हैं।
$E. coli$ अपनी प्रतिकृतियन प्रक्रिया को लगभग $38$ मिनट ($2280$ सेकंड) में पूरा करता है।
प्रतिकृतियन की दर की गणना इस प्रकार की जाती है:
$\text{दर} = \frac{\text{कुल बेस पेयर}}{\text{कुल समय सेकंड में}}$
$\text{दर} = \frac{4.6 \times 10^6}{2280} \approx 2017 \text{ bp/सेकंड}$।
इस मान को विकल्पों में दिए गए निकटतम मानक मान के साथ तुलना करने पर, हमें $2000 \text{ bp/सेकंड}$ प्राप्त होता है।

(B) सही उत्तर $B$ है।
मैथ्यू मेसेल्सन और फ्रैंकलिन स्टाल ने $1958$ में $Escherichia \text{ } coli$ $(E. \text{ } coli)$ का उपयोग करके एक प्रयोग किया और यह सिद्ध किया कि $DNA$ का प्रतिकृतियन अर्ध-संरक्षी (semiconservative) होता है।
उन्होंने $E. \text{ } coli$ को कई पीढ़ियों तक $^{15}N$ (नाइट्रोजन का भारी समस्थानिक) युक्त माध्यम में उगाया, और फिर उन्हें $^{14}N$ (हल्के समस्थानिक) युक्त माध्यम में स्थानांतरित कर दिया।
सीज़ियम क्लोराइड घनत्व प्रवणता सेंट्रीफ्यूजेशन का उपयोग करके $DNA$ के घनत्व का विश्लेषण करने पर, उन्होंने देखा कि $DNA$ अणु दोनों समस्थानिकों के संकर (हाइब्रिड) थे, जो $DNA$ प्रतिकृतियन के अर्ध-संरक्षी मॉडल की पुष्टि करते हैं।
यह तंत्र बाद में पौधों और मानव कोशिकाओं सहित उच्च श्रेणी के जीवों में भी देखा गया।

(C) सही उत्तर $C$ है।
मेसेल्सन और स्टाल द्वारा प्रदर्शित $DNA$ प्रतिकृति के अर्ध-संरक्षी (semi-conservative) मॉडल के अनुसार,मूल $DNA$ स्ट्रैंड्स ($^{15}N$ से लेबल) अलग हो जाते हैं,और प्रत्येक माध्यम से $^{14}N$ का उपयोग करके एक नए स्ट्रैंड के संश्लेषण के लिए टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है।
प्रथम पीढ़ी में,प्रत्येक $DNA$ अणु में एक भारी स्ट्रैंड $(^{15}N)$ और एक हल्का स्ट्रैंड $(^{14}N)$ होता है।
चूंकि दोनों स्ट्रैंड्स का घनत्व अलग-अलग होता है (एक भारी और एक हल्का),इसलिए परिणामी $DNA$ अणु एक हाइब्रिड होता है।
चूंकि हाइब्रिड $DNA$ में एक $^{14}N$ स्ट्रैंड होता है,इसलिए यह मूल $DNA$ (जो पूरी तरह से $^{15}N$ था) के समान नहीं होता है।

(B) सही उत्तर $(B)$ है।
$DNA$ पॉलीमरेज़ एंजाइम केवल $5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$ दिशा में ही न्यूक्लियोटाइड्स को जोड़ने का कार्य कर सकते हैं।
लैगिंग स्ट्रैंड के संश्लेषण के दौरान भी,जहाँ $DNA$ छोटे टुकड़ों के रूप में संश्लेषित होता है जिन्हें ओकाज़ाकी फ्रैगमेंट कहा जाता है,प्रत्येक व्यक्तिगत टुकड़ा $5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$ दिशा में ही संश्लेषित होता है।

(D) सही उत्तर $D$ है।
मेसेल्सन और स्टाल के प्रयोग के अनुसार,$^{15}N$ (भारी समस्थानिक) युक्त माध्यम में उगाए गए $E. coli$ कोशिकाएं इसे अपने $DNA$ में शामिल कर लेती हैं।
जब इन कोशिकाओं को $^{14}N$ (हल्के समस्थानिक) युक्त माध्यम में स्थानांतरित किया जाता है,तो $DNA$ प्रतिकृति अर्ध-संरक्षी (semi-conservative) मॉडल का पालन करती है।
$1$ ली पीढ़ी ($20$ मिनट) के बाद,सभी $DNA$ अणु हाइब्रिड $(^{15}N^{14}N)$ होते हैं।
$2$ री पीढ़ी ($40$ मिनट) के बाद,हाइब्रिड $DNA$ अणु प्रतिकृति बनाकर एक हाइब्रिड $DNA$ अणु और एक हल्का $DNA$ अणु $(^{14}N^{14}N)$ उत्पन्न करते हैं।
इसलिए,परिणामी आबादी में हाइब्रिड और हल्के $DNA$ समान अनुपात में मौजूद होते हैं।

(A) $DNA$ गाइरेज $DNA$ टोपोआइसोमेरेज़ का एक प्रकार है जो प्रतिकृति के दौरान $DNA$ के अनवाइंडिंग (खुलने) के कारण उत्पन्न होने वाले मरोड़ तनाव (torsional strain) को कम करता है।
यह प्रतिकृति कांटा (replication fork) के आगे बनने वाले पॉजिटिव सुपरकॉइल्स का मुकाबला करने के लिए नेगेटिव सुपरकॉइल्स को पेश करता है।

(D) सही उत्तर $D$ है।
$DNA$ प्रतिकृति के दौरान,प्रक्रिया की शुरुआत $DNA$ की दो स्ट्रैंड्स के नाइट्रोजन बेस के बीच के हाइड्रोजन बंधों के टूटने से होती है।
यह डबल हेलिक्स को खोलता है और प्रत्येक स्ट्रैंड को एक नई पूरक स्ट्रैंड के संश्लेषण के लिए टेम्पलेट के रूप में कार्य करने की अनुमति देता है।

(A) सुकेन्द्रकी (eukaryotes) में $DNA$ के अर्ध-संरक्षी (semi-conservative) प्रतिकृतियन को प्रदर्शित करने के लिए प्रयोग $1958$ में टेलर और उनके सहयोगियों द्वारा किया गया था।
उन्होंने गुणसूत्रों में नए संश्लेषित $DNA$ के वितरण का पता लगाने के लिए रेडियोधर्मी थाइमिडीन का उपयोग किया था।
यह प्रयोग $Vicia$ $faba$ (फावा बीन) पौधे की जड़ के विभज्योतक (meristem) कोशिकाओं पर किया गया था।
ऑटोरैडियोग्राफी का उपयोग करके, उन्होंने देखा कि रेडियोधर्मी लेबल गुणसूत्र के दोनों अर्धगुणसूत्रों (chromatids) में वितरित था, जो $DNA$ प्रतिकृतियन के अर्ध-संरक्षी तरीके की पुष्टि करता है।

(A) सही उत्तर $A$ (शून्य) है।
$E. coli$ अपने $DNA$ की प्रतिकृति (replication) हर $20$ मिनट में करता है।
प्रारंभ में,$E. coli$ कोशिकाओं में $^{14}N / ^{14}N$ $DNA$ होता है।
जब इन कोशिकाओं को $^{15}N$ युक्त माध्यम में स्थानांतरित किया जाता है,तो संश्लेषित होने वाली नई $DNA$ श्रृंखलाओं में $^{15}N$ शामिल हो जाता है।
$20$ मिनट बाद (एक पीढ़ी),$DNA$ अणु संकर $(^{15}N / ^{14}N)$ होंगे।
$40$ मिनट बाद (दो पीढ़ियों),$DNA$ अणु संकर $(^{15}N / ^{14}N)$ और भारी $(^{15}N / ^{15}N)$ का मिश्रण होंगे।
चूंकि माध्यम में केवल $^{15}N$ है,इसलिए कोई नया $^{14}N / ^{14}N$ $DNA$ नहीं बन सकता है,और मूल $^{14}N$ श्रृंखलाएं $^{15}N$ श्रृंखलाओं के साथ जुड़ जाएंगी।
अतः,$^{14}N / ^{14}N$ $DNA$ अणुओं की संख्या शून्य होगी।

(C) मेसेल्सन और स्टाहल ने $^{15}N$ (भारी) और $^{14}N$ (हल्के) $DNA$ समस्थानिकों के बीच घनत्व के अंतर के आधार पर उन्हें अलग करने के लिए $CsCl$ (सीज़ियम क्लोराइड) घनत्व प्रवणता सेंट्रीफ्यूजेशन का उपयोग किया। $CsCl$ घोल एक घनत्व प्रवणता बनाता है जो $DNA$ अणुओं को उनके उत्प्लावक घनत्व के अनुरूप स्थानों पर व्यवस्थित होने की अनुमति देता है।