माध्यमिक जीवविज्ञान · Grades 10–12

12कोशिका चक्र और समसूत्री विभाजन

प्याज़ की जड़ का सिरा किसी कवर स्लिप के नीचे कुचलिए, उसे रँगिए, और देखिए: गोल केंद्रक वाली सैकड़ों शांत कोशिकाओं के बीच कुछ कोशिकाएँ कुछ और ही दिखाती हैं — कोशिका के बीचोबीच जमा गहरे X जैसे छड़, या सिरों की ओर खिंचे छड़ों के दो जत्थे, या दो छोटे केंद्रक जिनके बीच एक दीवार बन रही है। आप कोशिका विभाजन को अलग-अलग क्षणों पर पकड़े हुए देख रहे हैं, उस ऊतक में जो रोज़ एक मिलीमीटर बढ़ता है। उन विभाजनों में से हर एक दो पुत्री कोशिकाओं को गुणसूत्रों के दो पूरे और एक जैसे जत्थे सौंप देता है। यह अध्याय किसी कोशिका का एक पूरे चक्र भर पीछा करता है, और उस घंटे को क़रीब से देखता है जिसमें गुणसूत्र बाँटे जाते हैं।

12.1 कोशिका चक्र

परिभाषा 12.1 (कोशिका चक्र)

कोशिका चक्र किसी कोशिका के विभाजन से जन्म लेने से लेकर उसके ख़ुद दो में बँटने तक की घटनाओं का क्रम है। उसमें अंतरावस्था है, जिसके दौरान कोशिका बढ़ती है और अपना DNA नक़ल करती है, और M प्रावस्था, जिसके दौरान पहले केंद्रक बँटता है (समसूत्री विभाजन) और फिर कोशिकाद्रव्य (कोशिकाद्रव्य विभाजन)। अंतरावस्था के तीन हिस्से हैं: $\mathrm{G_1}$ (वृद्धि), S (DNA का प्रतिकृतिकरण, अध्याय 11) और $\mathrm{G_2}$ (विभाजन की तैयारी)।

किसी ठेठ विभाजित होती मानव कोशिका का कोशिका चक्र, लगभग 24 घंटे का। अंतरावस्था (G_1, S, G_2) उनमें से 23 ले लेती है; और ख़ुद विभाजन एक। बहुत-सी कोशिकाएँ G_1 के बाद चक्र छोड़ देती हैं और फिर कभी विभाजित नहीं होतीं। — किसी ठेठ विभाजित होती मानव कोशिका का कोशिका चक्र, लगभग 24 घंटे का। अंतरावस्था ( $\mathrm{G_1}$ , S, $\mathrm{G_2}$ ) उनमें से 23 ले लेती है; और ख़ुद विभाजन एक। बहुत-सी कोशिकाएँ $\mathrm{G_1}$ के बाद चक्र छोड़ देती हैं और फिर कभी विभाजित नहीं होतीं।

प्रतिज्ञप्ति 12.2 (चक्र भर में DNA)

विभाजन के ठीक बाद केंद्रक में DNA की मात्रा को $q$ कहिए। वह $q$ पर पूरे $\mathrm{G_1}$ भर टिकी रहती है, S के दौरान गुणसूत्रों की नक़ल बनने के साथ लगातार बढ़कर $2q$ हो जाती है, फिर $2q$ पर ही पूरे $\mathrm{G_2}$ और समसूत्री विभाजन के पहले हिस्से भर बनी रहती है, और उसके अंत में हर पुत्री केंद्रक में गिरकर फिर $q$ रह जाती है। S के दौरान गुणसूत्रों की संख्या नहीं बदलती: हर गुणसूत्र की नक़ल दो एक जैसे क्रोमैटिडों में होती है, जो अपने सेंट्रोमियर पर आपस में जुड़े रहते हैं, और वे समसूत्री विभाजन के दौरान ही दो गुणसूत्रों में अलग होते हैं।

उपपत्ति. इस स्तर पर स्वीकृत। ∎

24 घंटे के दो लगातार चक्रों पर किसी एक केंद्रक में DNA की मात्रा। वह S के दौरान दोगुनी होती है और समसूत्री विभाजन के अंत में आधी; और पुत्री कोशिका हमेशा q से शुरू करती है। — 24 घंटे के दो लगातार चक्रों पर किसी एक केंद्रक में DNA की मात्रा। वह S के दौरान दोगुनी होती है और समसूत्री विभाजन के अंत में आधी; और पुत्री कोशिका हमेशा $q$ से शुरू करती है।

उदाहरण 12.3 (वक्र पढ़ना)

$2q$ पर नापी गई कोशिका $\mathrm{G_2}$ में हो सकती है या शुरुआती समसूत्री विभाजन में; $1.5q$ पर वह पक्के तौर पर S में है, यानी प्रतिकृतिकरण के बीचोबीच; और $q$ पर वह $\mathrm{G_1}$ में है — या फिर उसने चक्र हमेशा के लिए छोड़ दिया है, जैसे कोई न्यूरॉन या पेशी तंतु, जो जीवन भर $q$ पर बने रहते हैं। जिस ऊतक की हर कोशिका $q$ पर हो, वह ऊतक विभाजित होना बंद कर चुका है।

12.2 गुणसूत्र, देखे हुए

परिभाषा 12.4 (गुणसूत्र, क्रोमैटिड, गुणसूत्र-चित्र)

गुणसूत्र अपने कसने वाले प्रोटीनों समेत एक DNA अणु है। विभाजनों के बीच वह एक ढीला, अदृश्य धागा होता है; और समसूत्री विभाजन के शुरू में वह कुंडलित होकर प्रकाश सूक्ष्मदर्शी से दिखने वाली सघन छड़ बन जाता है। प्रतिकृतिकरण के बाद हर गुणसूत्र दो एक जैसे क्रोमैटिडों से बना होता है, जो सेंट्रोमियर पर जुड़े रहते हैं: यानी वही जाना-पहचाना X आकार। किसी जाति का गुणसूत्र-चित्र उसके गुणसूत्रों का पूरा जत्था है, जिसकी तस्वीर मध्यावस्था में ली जाती है और जिसे आकार के हिसाब से जोड़ों में सजाया जाता है: मानव कोशिका में 46 गुणसूत्र होते हैं, 23 जोड़ों में, और किसी जोड़े के दोनों सदस्य समजात होते हैं — यानी उन्हीं स्थानों पर वही जीन, एक-एक हर जनक से।

मानव गुणसूत्र-चित्र, आरेख के रूप में: घटते आकार के हिसाब से गिने गए साधारण गुणसूत्रों के 22 जोड़े, और फिर लिंग गुणसूत्र — यहाँ X और Y, यानी कोई पुरुष। हर गुणसूत्र अपने दोनों क्रोमैटिडों के रूप में खींचा गया है, और सेंट्रोमियर लाल है।

चक्र भर में एक गुणसूत्र। प्रतिकृतिकरण उसे सेंट्रोमियर पर जुड़े दो क्रोमैटिडों में बदल देता है; और पश्चावस्था उन्हें अलग करके एक-एक क्रोमैटिड वाले दो गुणसूत्र बना देती है, हर पुत्री कोशिका के लिए एक। गुणसूत्रों की गिनती केवल पश्चावस्था में बदलती है।

12.3 समसूत्री विभाजन, क़दम-दर-क़दम

प्रतिज्ञप्ति 12.5 (समसूत्री विभाजन की चार अवस्थाएँ)

समसूत्री विभाजन एक लगातार हलचल है, जिसका वर्णन चार अवस्थाओं में किया जाता है।

पूर्वावस्था: गुणसूत्र सिकुड़कर दो क्रोमैटिडों वाली दिखने योग्य छड़ें बन जाते हैं; केंद्रक का लिफ़ाफ़ा टूट जाता है; और कोशिका के दोनों ध्रुवों के बीच प्रोटीन तंतुओं का एक तर्कु बन जाता है।
मध्यावस्था: गुणसूत्र, जो अपने सेंट्रोमियरों से तर्कु के तंतुओं से जुड़े हैं, कोशिका के भूमध्य तल पर पंक्ति में लग जाते हैं।
पश्चावस्था: सेंट्रोमियर बँट जाते हैं; और हर गुणसूत्र के दोनों क्रोमैटिड, जो अब दो गुणसूत्र हैं, छोटे होते तंतुओं से उल्टे ध्रुवों की ओर खींच लिए जाते हैं।
अंत्यावस्था: हर जत्थे के चारों ओर केंद्रक का लिफ़ाफ़ा दोबारा बन जाता है; और गुणसूत्र खुल जाते हैं। फिर कोशिकाद्रव्य विभाजन कोशिकाद्रव्य को बाँट देता है — जंतु कोशिकाओं में बीच से दबाकर, और पादप कोशिकाओं में नई दीवार बनाकर।

हर पुत्री कोशिका को हर गुणसूत्र का एक क्रोमैटिड मिलता है: यानी माता कोशिका जितने ही गुणसूत्र, और वही DNA ढोते हुए।

उपपत्ति. इस स्तर पर स्वीकृत। ∎

दो गुणसूत्रों (2n = 2) वाली किसी कोशिका का समसूत्री विभाजन, जिसमें हर गुणसूत्र पहले ही दो क्रोमैटिडों का बना है। पूर्वावस्था: सिकुड़न, और लिफ़ाफ़ा ग़ायब। मध्यावस्था: भूमध्य पर पंक्तिबद्ध होना, और सेंट्रोमियर तर्कु से जुड़े। पश्चावस्था: क्रोमैटिड ध्रुवों की ओर खींचे गए। अंत्यावस्था: दो केंद्रक दोबारा बनते हैं और कोशिका बँट जाती है। — दो गुणसूत्रों ( $2n = 2$ ) वाली किसी कोशिका का समसूत्री विभाजन, जिसमें हर गुणसूत्र पहले ही दो क्रोमैटिडों का बना है। पूर्वावस्था: सिकुड़न, और लिफ़ाफ़ा ग़ायब। मध्यावस्था: भूमध्य पर पंक्तिबद्ध होना, और सेंट्रोमियर तर्कु से जुड़े। पश्चावस्था: क्रोमैटिड ध्रुवों की ओर खींचे गए। अंत्यावस्था: दो केंद्रक दोबारा बनते हैं और कोशिका बँट जाती है।

प्रकाश सूक्ष्मदर्शी के नीचे प्याज़ की जड़ के सिरे का कुचला हुआ नमूना। अधिकांश कोशिकाएँ अंतरावस्था में हैं; और कुछ समसूत्री विभाजन की अलग-अलग अवस्थाओं में सिकुड़े हुए गुणसूत्र दिखाती हैं। हर अवस्था में कोशिकाओं का अनुपात गिनने से पता चलता है कि हर अवस्था कितनी देर चलती है।

उदाहरण 12.6 (जड़ के सिरे में गिनती)

जड़ के सिरे में गिनी गई 600 कोशिकाओं में से 540 अंतरावस्था में हैं और 60 समसूत्री विभाजन में: यानी 10% का समसूत्री सूचकांक। यदि चक्र 20 घंटे चले, तो समसूत्री विभाजन लगभग $0.10 \times 20 = 2\,\mathrm{h}$ चलता है; और यदि विभाजित होती उन 60 कोशिकाओं में से 36 पूर्वावस्था में हों, तो पूर्वावस्था उन दो घंटों का $36/60$ भाग लेती है, यानी क़रीब 72 मिनट, जबकि पश्चावस्था, जो केवल 4 कोशिकाओं में दिखी, लगभग 8 मिनट। सबसे विरली अवस्था ही सबसे तेज़ है।

विधि 12.7 (गुणसूत्र और क्रोमैटिड गिनना)

$2n$ गुणसूत्रों वाली किसी जाति के लिए:

$\mathrm{G_1}$ में: $2n$ गुणसूत्र, हर एक में एक क्रोमैटिड, DNA $q$ ;
S के बाद, $\mathrm{G_2}$ , पूर्वावस्था और मध्यावस्था भर: $2n$ गुणसूत्र, हर एक में दो क्रोमैटिड ( $4n$ क्रोमैटिड), DNA $2q$ ;
पश्चावस्था से: कोशिका में एक-एक क्रोमैटिड वाले $4n$ गुणसूत्र, और हर ध्रुव की ओर बढ़ते $2n$ ;
हर पुत्री कोशिका में: $2n$ गुणसूत्र, हर एक में एक क्रोमैटिड, DNA $q$ ।

कोई क्रोमैटिड उसी क्षण गुणसूत्र बन जाता है जब उसका सेंट्रोमियर बँटता है।

उदाहरण 12.8 (मानव के अंक)

मध्यावस्था में मानव कोशिका 46 गुणसूत्र और 92 क्रोमैटिड थामे रहती है; पश्चावस्था में 92 गुणसूत्र, जिनमें से 46 हर ध्रुव की ओर बढ़ते हैं; और हर पुत्री में एक-एक क्रोमैटिड वाले 46 गुणसूत्र, जिनमें ठीक उतना ही DNA है जितना माता के पास उसके चक्र के आरंभ में था।

12.4 समसूत्री विभाजन किस काम का है

प्रतिज्ञप्ति 12.9 (एकरूपता और उसके उपयोग)

चूँकि प्रतिकृतिकरण भरोसेमंद है और समसूत्री विभाजन क्रोमैटिडों को ठीक-ठीक बाँटता है, इसलिए किसी बहुकोशिकीय शरीर की हर कोशिका वही आनुवंशिक जानकारी ढोती है जो उस निषेचित अंडाणु में थी जिससे वह उतरी है। समसूत्री विभाजन वृद्धि की क्रियाविधि है (भ्रूण, जड़ का सिरा), नवीकरण की (त्वचा, आँत की परत, रक्त: अकेली अस्थि मज्जा हर दिन क़रीब $2 \times 10^{11}$ कोशिकाएँ बनाती है) और मरम्मत की (घाव भरना); और एककोशिकीय सुकेंद्रकियों में वही ख़ुद जनन है। उसका नियंत्रण — चक्र में घुसने का फ़ैसला, तथा S से पहले और पश्चावस्था से पहले की जाँचें — अध्याय 17 का विषय है।

उपपत्ति. इस स्तर पर स्वीकृत। ∎

टिप्पणी 12.10 (हर चीज़ विभाजित नहीं होती)

अधिकांश न्यूरॉन और हृदय की पेशी कोशिकाएँ बचपन में ही चक्र छोड़ देती हैं और उसमें कभी नहीं लौटतीं: उन्हें पहुँचा नुक़सान विभाजन से नहीं भरता, और इसीलिए मेरुरज्जु की चोट या दिल का दौरा टिकी हुई हानि छोड़ जाता है। यकृत की कोशिकाएँ महीनों तक $\mathrm{G_1}$ में विश्राम करती हैं, पर यकृत का एक हिस्सा हटा देने पर चक्र में लौट आती हैं और हफ़्तों में अंग दोबारा उगा देती हैं। कौन-सी कोशिकाएँ विभाजित हो सकती हैं और कब, यह शरीर के सबसे कड़े नियंत्रणों में से एक है।

12.5 अभ्यास

अभ्यास 12.1 ★

कोशिका चक्र की चारों प्रावस्थाओं के नाम लिखिए और हर एक में क्या होता है यह भी बताइए।

हल

हल — अभ्यास 12.1.

$\mathrm{G_1}$ : वृद्धि; S: DNA का प्रतिकृतिकरण; $\mathrm{G_2}$ : विभाजन की तैयारी; M: समसूत्री विभाजन (केंद्रक का बँटना) और कोशिकाद्रव्य विभाजन (कोशिकाद्रव्य का बँटना)।

अभ्यास 12.2 ★

क्रोमैटिड और सेंट्रोमियर की परिभाषा दीजिए। किसी गुणसूत्र में दो क्रोमैटिड कब होते हैं?

हल

हल — अभ्यास 12.2.

क्रोमैटिड प्रतिकृत गुणसूत्र की दो एक जैसी प्रतियों में से एक है; सेंट्रोमियर वह क्षेत्र है जहाँ दोनों आपस में थमे रहते हैं। किसी गुणसूत्र में दो क्रोमैटिड S के अंत से लेकर पश्चावस्था तक होते हैं।

अभ्यास 12.3 ★

समसूत्री विभाजन की चारों अवस्थाएँ एक-एक मुख्य घटना के साथ गिनाइए।

हल

हल — अभ्यास 12.3.

पूर्वावस्था: गुणसूत्र सिकुड़ते हैं, केंद्रक का लिफ़ाफ़ा टूटता है। मध्यावस्था: गुणसूत्र भूमध्य पर पंक्तिबद्ध होते हैं। पश्चावस्था: क्रोमैटिड अलग होकर ध्रुवों की ओर जाते हैं। अंत्यावस्था: केंद्रक के लिफ़ाफ़े दोबारा बनते हैं, फिर कोशिकाद्रव्य विभाजन।

अभ्यास 12.4 ★

किसी केंद्रक में DNA की मात्रा $1.5q$ है। कोशिका किस प्रावस्था में है?

हल

हल — अभ्यास 12.4.

S प्रावस्था में, प्रतिकृतिकरण के बीचोबीच।

अभ्यास 12.5 ★

$\mathrm{G_2}$ में किसी मानव कोशिका में कितने गुणसूत्र और कितने क्रोमैटिड होते हैं?

हल

हल — अभ्यास 12.5.

46 गुणसूत्र, 92 क्रोमैटिड।

अभ्यास 12.6 ★★

DNA की मात्रा वाले चित्र से हर प्रावस्था की अवधि बताइए, और यह भी कि $2q$ वाली कोशिका किन प्रावस्थाओं में मिल सकती है।

हल

हल — अभ्यास 12.6.

$\mathrm{G_1}$ $11\,\mathrm{h}$ , S $8\,\mathrm{h}$ , $\mathrm{G_2}$ $4\,\mathrm{h}$ , M $1\,\mathrm{h}$ । $2q$ वाली कोशिका $\mathrm{G_2}$ में होती है, या पश्चावस्था के अंत से पहले समसूत्री विभाजन में।

अभ्यास 12.7 ★★

किसी चूहे में $2n = 40$ है। मध्यावस्था में, पश्चावस्था में (पूरी कोशिका), और किसी पुत्री कोशिका में गुणसूत्रों तथा क्रोमैटिडों की संख्या बताइए।

हल

हल — अभ्यास 12.7.

मध्यावस्था: 40 गुणसूत्र, 80 क्रोमैटिड। पश्चावस्था: 80 गुणसूत्र (एक-एक क्रोमैटिड वाले), हर ध्रुव पर 40. पुत्री: 40 गुणसूत्र, 40 क्रोमैटिड।

अभ्यास 12.8 ★★

जड़ के किसी सिरे में 800 कोशिकाएँ गिनी जाती हैं: 720 अंतरावस्था में, 48 पूर्वावस्था में, 16 मध्यावस्था में, 6 पश्चावस्था में, 10 अंत्यावस्था में। समसूत्री सूचकांक और, 24 घंटे के चक्र के लिए, हर अवस्था की अवधि निकालिए।

हल

हल — अभ्यास 12.8.

समसूत्री सूचकांक $80/800 = 10\%$ ; समसूत्री विभाजन $2.4\,\mathrm{h}$ । पूर्वावस्था $48/800 \times 24 = 1.44\,\mathrm{h}$ ; मध्यावस्था $0.48\,\mathrm{h}$ (29 मिनट); पश्चावस्था $0.18\,\mathrm{h}$ (11 मिनट); अंत्यावस्था $0.3\,\mathrm{h}$ (18 मिनट)।

अभ्यास 12.9 ★★

कोल्चिसीन, जो पतझड़ के क्रोकस से निकाली गई दवा है, तर्कु को बनने से रोक देती है। उससे उपचारित किसी विभाजित होती कोशिका का क्या होगा, इसका अनुमान लगाइए, और यह भी कि जीवविज्ञानी उसे गुणसूत्र-चित्र बनाने के लिए क्यों इस्तेमाल करते हैं।

हल

हल — अभ्यास 12.9.

तर्कु के बिना क्रोमैटिड अलग खींचे ही नहीं जा सकते: कोशिका मध्यावस्था में अटक जाती है, अपने सिकुड़े और पूरी तरह दिखते गुणसूत्रों के साथ, और हर एक में दो क्रोमैटिड। गुणसूत्र-चित्र के लिए गुणसूत्रों की तस्वीर ठीक इसी अवस्था में ली जाती है।

अभ्यास 12.10 ★★

समझाइए कि गुणसूत्रों को हिलाने से पहले उनका सिकुड़ना क्यों ज़रूरी है, और बाद में वे दोबारा क्यों खुल जाते हैं।

हल

हल — अभ्यास 12.10.

दो मीटर के उलझे धागे को छाँटा नहीं जा सकता; पर कुछ माइक्रोमीटर लंबी छड़ों में सिकुड़ जाने पर वे 46 गुणसूत्र बिना टूटे और बिना उलझे पंक्ति में लगाए और अलग खींचे जा सकते हैं। बाद में वे इसलिए खुल जाते हैं कि जीन केवल ढीले रूप से ही पढ़े जा सकते हैं।

अभ्यास 12.11 ★★

कोई निषेचित अंडाणु पहले दिनों में हर 12 घंटे में विभाजित होता है। 5 दिन बाद कितनी कोशिकाएँ होंगी? क्या हर विभाजन को पूरा $\mathrm{G_1}$ चाहिए होगा?

हल

हल — अभ्यास 12.11.

दस विभाजन: $2^{10} = 1024$ कोशिकाएँ। नहीं: शुरुआती भ्रूण विभाजनों के बीच बढ़ता नहीं, और उसके चक्र लगभग पूरे S तथा M ही होते हैं, $\mathrm{G_1}$ मुश्किल से ही।

अभ्यास 12.12 ★★★

पश्चावस्था में किसी एक गुणसूत्र के दोनों क्रोमैटिड अलग होने में चूक जाते हैं और दोनों एक ही ध्रुव पर चले जाते हैं। दोनों पुत्री कोशिकाओं का वर्णन कीजिए (गुणसूत्र संख्या, DNA) और समझाइए कि किसी शरीर कोशिका में ऐसी ग़लती आमतौर पर बेअसर क्यों रहती है, पर कुछ हालों में गंभीर क्यों हो जाती है।

हल

हल — अभ्यास 12.12.

एक पुत्री में 47 गुणसूत्र होते हैं (एक अतिरिक्त), दूसरी में 45 (एक कम); और उनका DNA $q$ में एक गुणसूत्र भर जोड़ या घटाकर बनता है। किसी शरीर कोशिका में यह ग़लती लाखों करोड़ों में से एक कोशिका पर असर डालती है, जो आमतौर पर मर जाती है या हटा दी जाती है; पर यदि वह कोशिका बची रहे और विभाजित हो, और खोया या पाया गया गुणसूत्र उसकी वृद्धि का नियंत्रण बिगाड़ दे, तो कोई अर्बुद शुरू हो सकता है।

अभ्यास 12.13 ★★★

अस्थि मज्जा हर दिन $2 \times 10^{11}$ रक्त कोशिकाएँ बनाती है। यदि मज्जा की कोई पूर्वगामी कोशिका 24 घंटे में चक्र पूरा करती हो, तो आँकिए कि किसी भी क्षण कितनी पूर्वगामी कोशिकाएँ विभाजित हो रही हैं, और टिप्पणी कीजिए कि समसूत्री विभाजन रोकने वाली कोई दवा हफ़्ते भर में रक्त का क्या हाल करती।

हल

हल — अभ्यास 12.13.

प्रति दिन लगभग $2 \times 10^{11}$ विभाजन, यानी किसी भी क्षण $2 \times 10^{11}$ कोशिकाएँ चक्र में (हर एक दिन भर में एक नई कोशिका देती है)। समसूत्री विभाजन रोक देने से आपूर्ति रुक जाती है; लाल कोशिकाएँ 120 दिन जीती हैं पर कुछ श्वेत कोशिकाएँ केवल दिन भर, इसलिए हफ़्ते भर में श्वेत कोशिकाओं की गिनती ढह जाती है और संक्रमण पीछे-पीछे आते हैं — यही कैंसररोधी दवाओं का जाना-पहचाना दुष्प्रभाव है।

अभ्यास 12.14 ★★★

समझाइए कि गुणसूत्र-चित्र अंतरावस्था या पश्चावस्था के बजाय मध्यावस्था में रोकी गई कोशिकाओं से क्यों बनाया जाता है।

हल

हल — अभ्यास 12.14.

अंतरावस्था में गुणसूत्र खुले और अदृश्य होते हैं; और पश्चावस्था में वे चल रहे तथा आपस में मिले हुए होते हैं। मध्यावस्था में वे पूरी तरह सिकुड़े, अलग-अलग, अब भी दो क्रोमैटिडों के बने और एक ही तल में पड़े होते हैं: हर एक को उसके आकार और रूप से पहचाना जा सकता है।

अभ्यास 12.15 ★★★

किसी यकृत का दो-तिहाई हटा दिया जाता है; और तीन हफ़्तों में वह दोबारा उग आता है। कोशिका चक्र की मदद से बताइए कि उसकी कोशिकाओं ने क्या किया, और यह भी कि दिन 0 के मुक़ाबले दिन 3 पर यकृत कोशिकाओं की DNA-मात्रा कैसी दिखती।

हल

हल — अभ्यास 12.15.

$\mathrm{G_1}$ में विश्राम कर रही यकृत कोशिकाएँ चक्र में लौट आईं, और द्रव्यमान बहाल होने तक बार-बार S, $\mathrm{G_2}$ तथा समसूत्री विभाजन से गुज़रीं, फिर विश्राम में लौट गईं। दिन 0 पर लगभग सारी कोशिकाएँ $q$ थामे थीं; और दिन 3 पर बहुत-सी $q$ और $2q$ के बीच (S में) या $2q$ पर ( $\mathrm{G_2}$ या समसूत्री विभाजन में)।

12.6 समस्या: जड़ के सिरे की समय-सारणी

समस्या 12.1

सप्ताहांत समस्या — जड़ का एक सिरा कोशिका-दर-कोशिका गिना गया: चक्र की हर अवस्था की लंबाई, हर क्षण का DNA, कोई जड़ दिन भर में कितनी कोशिकाएँ बनाती है, और पश्चावस्था के वे आठ मिनट

एक कक्षा लहसुन की जड़ का सिरा ( $2n = 16$ ) कुचलकर और रँगकर वृद्धि क्षेत्र की 1000 कोशिकाएँ गिनती है: 900 अंतरावस्था में, 60 पूर्वावस्था में, 18 मध्यावस्था में, 8 पश्चावस्था में, 14 अंत्यावस्था में। स्वतंत्र मापें इन कोशिकाओं का चक्र 20 घंटे बताती हैं। वृद्धि क्षेत्र में 20 000 कोशिकाएँ मान लीजिए।

भाग I — समसूत्री सूचकांक।

उस ऊतक का समसूत्री सूचकांक निकालिए।
यह मानते हुए कि किसी अवस्था में कोशिकाओं का अंश उस अवस्था में बीते चक्र के अंश के बराबर है, समसूत्री विभाजन की अवधि निकालिए।
चारों अवस्थाओं में से हर एक की अवधि निकालिए।
सबसे छोटी अवस्था कौन-सी है? सुझाइए कि वह इतनी तेज़ क्यों हो सकती है।
यह विधि बहुत-सी कोशिकाएँ गिनने की माँग क्यों करती है, और वे केवल वृद्धि क्षेत्र से ही क्यों आनी चाहिए?

भाग II — गुणसूत्र और DNA।

मध्यावस्था में लहसुन की कोशिका कितने गुणसूत्र और कितने क्रोमैटिड थामे रहती है?
पश्चावस्था वाली कोशिका में कितने गुणसूत्र चल रहे होते हैं, और हर ध्रुव तक कितने पहुँचते हैं?
पुत्री कोशिका के DNA को $q$ कहते हुए पूर्वावस्था वाली, पश्चावस्था वाली (पूरी कोशिका) और अंत्यावस्था वाली (हर केंद्रक) कोशिका की DNA-मात्रा बताइए।
यदि $\mathrm{G_1}$ , S और $\mathrm{G_2}$ क्रमशः 8, 7 और 4 घंटे लेते हों, तो अंतरावस्था वाली उन 900 कोशिकाओं में से मोटे तौर पर कितनी S में हैं?
किसी विद्यार्थी को ऐसी कोशिका मिलती है जिसमें एक-एक क्रोमैटिड वाले 32 गुणसूत्र कोशिकाद्रव्य भर फैले हैं। वह कौन-सी अवस्था है, और अभी-अभी क्या हुआ है?

भाग III — जड़ का उत्पादन।

यदि वृद्धि क्षेत्र की हर कोशिका 20 घंटे में चक्र पूरा करती हो, तो वह क्षेत्र प्रति घंटा कितनी नई कोशिकाएँ बनाता है?
वृद्धि क्षेत्र से बाहर निकलते ही हर नई कोशिका लंबी होकर लगभग $100\,\text{µ}\mathrm{m}$ की हो जाती है। एक कोशिका चौड़ी किसी क़तार में जड़ प्रति दिन कितनी लंबी होगी? देखी गई प्रति दिन $1\,\mathrm{mm}$ से तुलना कीजिए और फ़र्क़ समझाइए।
हर पुत्री कोशिका को $2n = 16$ गुणसूत्रों की, यानी कुल मिलाकर क़रीब $1.6 \times 10^{10}$ क्षारक-जोड़ों की, नक़ल करनी होती है। प्रति सेकंड 50 न्यूक्लियोटाइड वाले द्विशाखों के साथ S के 7 घंटों में काम पूरा करने के लिए कितने प्रारंभ स्थल चाहिए?
जड़ को दिन भर के लिए ठंड में ( $4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ) रखा जाता है। गिनतियों में बदलाव का, और यदि ठंड सारी प्रावस्थाओं को बराबर धीमा करे तो समसूत्री सूचकांक में बदलाव का, अनुमान लगाइए।
कोई शाकनाशी DNA पॉलिमरेज़ को रोक देता है। दिन भर बाद कुचले हुए नमूने में कौन-सी अवस्थाएँ अब भी दिखतीं और कौन-सी ग़ायब हो चुकी होतीं? समझाइए।

भाग IV — गिनतियों का फ़ैसला।

दूसरी कक्षा उसी ऊतक को गिनती है और 1000 कोशिकाओं में 4 पश्चावस्थाएँ पाती है। वे कौन-सी अवधि निकालेंगे? मुट्ठी भर कोशिकाओं में दिखने वाली अवस्था के लिए यह असहमति चौंकाने वाली है?
दोनों कक्षाओं को मिलाकर (2000 कोशिकाएँ, 12 पश्चावस्थाएँ) पश्चावस्था की अवधि दोबारा निकालिए।
संवर्धन में उगाई मानव कोशिकाओं का समसूत्री सूचकांक 4% है और चक्र 24 घंटे का। उनके समसूत्री विभाजन की अवधि की लहसुन वाली अवधि से तुलना कीजिए।
समझाइए कि किसी अर्बुद का समसूत्री सूचकांक उस ऊतक से, जिससे वह उठा है, अक्सर कई गुना अधिक क्यों होता है, और तर्कु पर असर करने वाली किसी दवा के लिए उसका क्या मतलब है।
परिणाम लिखिए: लहसुन की जड़ की कोशिका के चक्र की अवस्था-दर-अवस्था समय-सारणी, और वह अवस्था जिसके आठ मिनट यह तय करते हैं कि हर पुत्री को सोलह गुणसूत्र मिलें।

हल

हल — समस्या 12.1.

1. $100/1000 = 10\%$ ।

2. $0.10 \times 20 = 2\,\mathrm{h}$ ।

3. पूर्वावस्था $60/1000 \times 20 = 1.2\,\mathrm{h}$ (72 मिनट); मध्यावस्था $0.36$ घंटे (22 मिनट); पश्चावस्था $0.16$ घंटे (लगभग 10 मिनट); अंत्यावस्था $0.28$ घंटे (17 मिनट)।

4. पश्चावस्था। क्रोमैटिड पहले ही सिकुड़े और जुड़े हुए हैं; और वह हलचल कुछ माइक्रोमीटर की एक खींच भर है, जिसे मिनटों में छोटे होते तंतु कर देते हैं।

5. विरली अवस्थाएँ कुछ ही कोशिकाओं में दिखती हैं, और छोटी गिनती बड़ी त्रुटि देती है; और चक्र केवल वृद्धि क्षेत्र में चलता है — कहीं और सूचकांक शून्य होता और आँकड़ों को पतला कर देता।

6. 16 गुणसूत्र, 32 क्रोमैटिड।

7. 32 गुणसूत्र चल रहे होते हैं, हर ध्रुव तक 16.

8. पूर्वावस्था $2q$ ; पश्चावस्था में पूरी कोशिका में $2q$ ; और अंत्यावस्था में प्रति केंद्रक $q$ ।

9. S अंतरावस्था का $7/19$ है: यानी लगभग $900 \times 7/19 \approx 330$ कोशिकाएँ।

10. पश्चावस्था: सेंट्रोमियर अभी-अभी बँटे हैं और 16 गुणसूत्रों के 32 क्रोमैटिड अब 32 गुणसूत्र बनकर ध्रुवों की ओर जा रहे हैं।

11. प्रति घंटा $20\,000/20 = 1000$ नई कोशिकाएँ।

12. पूरे क्षेत्र में प्रति घंटा 1000 कोशिकाएँ; और एक क़तार में वह क्षेत्र हर दिशा में शायद सौ कोशिकाएँ चौड़ा है, इसलिए मोटे तौर पर प्रति क़तार प्रति दिन $24\,000/(100 \times 100) \approx 2$ –3 कोशिकाएँ, और हर एक $100\,\text{µ}\mathrm{m}$ की: यानी मिलीमीटर के कुछ दसवें हिस्से। देखी गई $1\,\mathrm{mm}$ का मतलब है कि वह क्षेत्र मानी हुई चौड़ाई से सँकरा है या कोशिकाएँ उससे अधिक लंबी होती हैं; परिमाण की कोटि सही है।

13. एक प्रारंभ स्थल $2 \times 50 \times 7 \times 3600 = 2.5 \times 10^{6}$ क्षारक-जोड़े नक़ल करता है; इसलिए $1.6 \times 10^{10}/2.5 \times 10^{6} \approx 6400$ प्रारंभ स्थल कम से कम।

14. हर अवस्था अधिक देर चलती है, इसलिए प्रति दिन कम कोशिकाएँ चक्र पूरा करती हैं; और यदि सारी प्रावस्थाएँ बराबर धीमी हों तो अनुपात, और इसलिए समसूत्री सूचकांक, नहीं बदलते।

15. जो कोशिकाएँ S पार कर चुकी थीं वे पहले घंटों में $\mathrm{G_2}$ और समसूत्री विभाजन पूरा कर लेतीं; और दिन भर बाद कोई भी कोशिका समसूत्री विभाजन तक नहीं पहुँच सकती, इसलिए पूर्वावस्था से अंत्यावस्था तक सब ग़ायब हो चुकी होतीं और केवल अंतरावस्था वाली कोशिकाएँ बचतीं, जो $\mathrm{G_1}$ में या S के आरंभ में अटकी होतीं।

16. $4/1000 \times 20 = 0.08\,\mathrm{h}$ , यानी लगभग 5 मिनट, 10 के मुक़ाबले। चौंकाने वाली बात नहीं: 4 या 8 कोशिकाओं के साथ गिनती पर संयोग ही हावी रहता है।

17. $12/2000 \times 20 = 0.12\,\mathrm{h}$ , यानी लगभग 7 मिनट।

18. मानव: $0.04 \times 24 \approx 1\,\mathrm{h}$ ; लहसुन $2\,\mathrm{h}$ । कोटि मिलती-जुलती है, और पादप कोशिकाएँ कुछ धीमी हैं।

19. अर्बुद की कोशिकाएँ लगातार चक्र चलाती हैं जबकि अधिकांश सामान्य कोशिकाएँ $\mathrm{G_1}$ में विश्राम करती हैं, इसलिए किसी भी क्षण एक बड़ा अंश समसूत्री विभाजन में होता है। इसलिए तर्कु रोकने वाली दवा अर्बुद की कोशिकाओं पर सामान्य कोशिकाओं से अधिक बार पड़ती है — पर उन सामान्य ऊतकों पर भी जो तेज़ी से विभाजित होते हैं।

20. चक्र 20 घंटे: $\mathrm{G_1}$ 8, S 7, $\mathrm{G_2}$ 4, और समसूत्री विभाजन लगभग 2 (पूर्वावस्था 72 मिनट, मध्यावस्था 22, पश्चावस्था 7–10, अंत्यावस्था 17)। पश्चावस्था, जो सबसे छोटी है, वही अवस्था है जब सेंट्रोमियर बँटते हैं और हर ध्रुव को सोलहों गुणसूत्रों में से हर एक का एक क्रोमैटिड मिलता है।

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