Topoisomerases विशेषताओं, कार्यों, प्रकार और अवरोधकों



टोपोईसोमेरासिज़ एक प्रकार के आइसोमेरेज एंजाइम होते हैं जो डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड (डीएनए) की टोपोलॉजी को संशोधित करते हैं, जिससे इसकी विंडिंग और सुपरकोलिंग दोनों के रूप में अनिच्छुकता उत्पन्न होती है।.

इन एंजाइमों की डीएनए में मरोड़ वाले तनाव को दूर करने में एक विशिष्ट भूमिका होती है ताकि इसकी प्रतिकृति, दूत राइबोन्यूक्लिक एसिड (mRNA) में डीएनए के ट्रांसक्रिप्शन और डीएनए के पुनर्संयोजन जैसी महत्वपूर्ण प्रक्रियाएं हो सकें।.

टोपियोसोमेरेज़ एंजाइम यूकेरियोटिक और प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं दोनों में मौजूद हैं। इसके अस्तित्व की भविष्यवाणी वैज्ञानिकों ने वाटसन और क्रिक द्वारा की गई थी, जब डीएनए संरचना को उसकी जानकारी तक पहुँच की अनुमति देने के लिए प्रस्तुत सीमाओं का मूल्यांकन किया (अपने न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम में संग्रहीत).

टोपियोसोमेरेसिस के कार्यों को समझने के लिए, यह माना जाना चाहिए कि डीएनए में डबल हेलिक्स की एक स्थिर संरचना होती है, इसकी श्रृंखला एक दूसरे से लुढ़कती है.

इन रैखिक श्रृंखलाओं का गठन फॉस्फोडाइस्टर बॉन्ड्स 5'-3 'से जुड़ने वाले 2-डीऑक्सीराइबों द्वारा किया जाता है, और एक सर्पिल सीढ़ी के चरणों की तरह, उनके आंतरिक भाग में नाइट्रोजनस बेस.

डीएनए अणुओं के टोपोलॉजिकल अध्ययन से पता चला है कि वे अपने तनावपूर्ण तनाव के आधार पर कई अनुरूपताएं ग्रहण कर सकते हैं: आराम की स्थिति से, घुमावदार राज्यों के विभिन्न राज्यों में जो उनके संघनन की अनुमति देते हैं.

विभिन्न अणुओं वाले डीएनए अणुओं को टोपोइसोमर्स कहा जाता है। इस प्रकार, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि टोपोइज़ोमेरैसेस I और II, डीएनए अणुओं के तनावपूर्ण तनाव को बढ़ा या घटा सकते हैं, जिससे उनके अलग-अलग टोपोओमोरेस बन सकते हैं।.

संभावित डीएनए टोपोइसोमर्स के बीच, सबसे आम रचना सुपरकोलिंग है, जो बहुत कॉम्पैक्ट है। हालांकि, डीएनए के दोहरे हेलिक्स को कई आणविक प्रक्रियाओं के दौरान टोपोइज़ोमिरेज़ द्वारा अनकवर्ड किया जाना चाहिए.

सूची

  • 1 लक्षण
    • 1.1 सामान्य क्रिया का तंत्र
    • 1.2 टोपियोसोमरेज़ और सेल चक्र
  • 2 कार्य
    • 2.1 आनुवंशिक सामग्री का कॉम्पैक्ट भंडारण
    • २.२ आनुवंशिक जानकारी तक पहुँच
    • 2.3 जीन अभिव्यक्ति का विनियमन
    • २.४ टोपोइज़ोमेरेज़ II का विशेष विवरण
  • 3 प्रकार के टोपोओसोमेरेज़
    • ३.१-टोपोसेमोरेसिस टाइप I
    • ३.२-टोपोइज़ोमेरेसिस प्रकार II
    • ३.३ - मानव टोपोईसोमेरासेस
  • 4 टोपियोसोमेरेज़ इनहिबिटर
    • ४.१-टोपियोसोमेरेजेस रासायनिक हमले के लक्ष्य के रूप में
    • 4.2-अवरोध के प्रकार
    • 4.3 - टोपियोसोमेरेज़ अवरोधक दवाएं
  • 5 संदर्भ

सुविधाओं

सामान्य क्रिया का तंत्र

कुछ टोपियोसोमरेज़ केवल नकारात्मक डीएनए सुपरकोइल, या दोनों डीएनए सुपरकोइल को आराम कर सकते हैं: सकारात्मक और नकारात्मक.

यदि गोलाकार डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए अपने अनुदैर्ध्य धुरी पर खुला है और बाएं हाथ की बारी आती है (घड़ी की दिशा में), तो इसे नकारात्मक रूप से सुपरकोल्ड कहा जाता है। यदि मोड़ दक्षिणावर्त (काउंटर-क्लॉकवाइज) है, तो यह सकारात्मक रूप से सुपर-कुंडलित है.

मूल रूप से, टोपोईसोमेरासेस कर सकते हैं:

-विपरीत स्ट्रैंड में कटौती के माध्यम से डीएनए के एक स्ट्रैंड के पारित होने की सुविधा दें (टोपोइज़ोमेरेज़ टाइप I).

-अपने आप में एक विभाजन के माध्यम से, या एक और अलग डबल हेलिक्स में एक विभाजन के माध्यम से एक पूर्ण डबल हेलिक्स के मार्ग की सुविधा दें.

सारांश में, टोपोइज़ोमोरैसेस फॉस्फोडाइस्टर बॉन्ड के दरार के माध्यम से कार्य करते हैं, एक या दोनों स्ट्रैंड में जो डीएनए बनाते हैं। फिर एक डबल हेलिक्स (टोपोइज़ोमेरेज़ I) या दो डबल हेलिकॉप्टर (टोपोइज़ोमेरेस II) के किस्में की घुमावदार स्थिति को संशोधित करें, अंत में excised छोरों को बांधने या अस्तर देने के लिए।.

टोपियोसोमेरेसिस और कोशिका चक्र

हालांकि टोपोइज़ोमेरेज़ I एक एंजाइम है जो एस चरण (डीएनए संश्लेषण) के दौरान अधिक से अधिक गतिविधि प्रदर्शित करता है, इसे सेल चक्र के एक चरण पर निर्भर नहीं माना जाता है.

जबकि टोपियोसोमेरेज़ II गतिविधि कोशिका के विकास के लघुगणक चरण के दौरान और तेजी से बढ़ते ट्यूमर की कोशिकाओं में अधिक सक्रिय है.

कार्यों

टोपोइज़ोमेरेज़ को एन्कोडिंग करने वाले जीन का परिवर्तन कोशिकाओं के लिए घातक है, इन एंजाइमों के महत्व को दर्शाता है। उन प्रक्रियाओं के बीच जिनमें टोपोइज़ोमेरेज़ भाग लेते हैं, वे हैं:

आनुवंशिक सामग्री का कॉम्पैक्ट भंडारण

टोपियोसोमेरेज़ेस एक कॉम्पैक्ट तरीके से आनुवंशिक जानकारी के भंडारण की सुविधा प्रदान करते हैं, क्योंकि वे डीएनए कोइलिंग और सुपरकोलिंग उत्पन्न करते हैं, जिससे बड़ी मात्रा में जानकारी अपेक्षाकृत कम मात्रा में मिलती है।.

आनुवंशिक जानकारी तक पहुंच

यदि कोई टोपोइज़ोमेरेज़ और उनकी अनूठी विशेषताएं नहीं थीं, तो डीएनए में संग्रहीत जानकारी तक पहुंचना असंभव होगा। इसका कारण यह है कि टोपोइज़ोमोरैसेस समय-समय पर डीएनए के दोहरे हेलिक्स में उत्पन्न होने वाले घुमा द्वारा तनाव को छोड़ते हैं, इसकी अनिच्छा के दौरान, प्रतिकृति, प्रतिलेखन और पुनर्संयोजन की प्रक्रियाओं में.

अगर इन प्रक्रियाओं के दौरान उत्पन्न मरोड़ के कारण तनाव जारी नहीं होता है, तो यह एक दोषपूर्ण जीन अभिव्यक्ति का उत्पादन कर सकता है, परिपत्र डीएनए या गुणसूत्र का रुकावट, यहां तक ​​कि कोशिका मृत्यु भी पैदा कर सकता है.

जीन अभिव्यक्ति का विनियमन

डीएनए अणु के परिवर्तन (तीन आयामी संरचना में) बाहरी क्षेत्रों के लिए विशिष्ट क्षेत्रों को उजागर करते हैं, जो डीएनए-बाध्यकारी प्रोटीन के साथ बातचीत कर सकते हैं। इन प्रोटीनों में जीन अभिव्यक्ति का सकारात्मक कार्य होता है (सकारात्मक या नकारात्मक).

इस प्रकार, डीएनए की हवा की स्थिति, टोपोओसोमेरेज़ेस की कार्रवाई द्वारा उत्पन्न होती है, जीन अभिव्यक्ति के विनियमन को प्रभावित करती है.

टोपियोसोमेरेज़ II की विशिष्टताएँ

टोपोइज़ोमेरेज़ II क्रोमैटिड्स के संयोजन के लिए आवश्यक है, गुणसूत्रों का संघनन और विघटन और समसूत्रण के दौरान बेटी डीएनए अणुओं का अलगाव.

यह एंजाइम एक संरचनात्मक प्रोटीन भी है और इंटरफेज़ के दौरान कोशिका नाभिक के मैट्रिक्स के मुख्य घटकों में से एक है.

टोपियोसोमरेज़ के प्रकार

दो मुख्य प्रकार के टॉइज़ोओमोरेस हैं जो इस बात पर निर्भर करते हैं कि वे एक या दो डीएनए किस्में चढ़ाने में सक्षम हैं या नहीं.

-टोपियोसोमेरेसिस टाइप I

मोनोमेरिक                 

टाइप I टोपोइज़ोमेरेज़्स मोनोमर्स हैं जो नकारात्मक और सकारात्मक सुपरकोइल को कम करते हैं, जो प्रतिलेखन के दौरान कांटा के आंदोलन से उत्पन्न होते हैं, और प्रतिकृति और जीन पुनर्संयोजन की प्रक्रियाओं के दौरान।.

टाइप I टोपोइज़ोमेरेज़ को टाइप 1 ए और टाइप 1 बी में उप-विभाजित किया जा सकता है। उत्तरार्द्ध मनुष्यों में पाए जाते हैं, और सुपरकोल्ड डीएनए को आराम करने के लिए जिम्मेदार हैं.

Tyrosine अपनी सक्रिय साइट में

Topoisomerase 1B (Top1B) में 765 अमीनो एसिड होते हैं जो 4 विशिष्ट डोमेन में विभाजित होते हैं। इनमें से एक डोमेन में एक उच्च संरक्षित क्षेत्र होता है जिसमें टायरोसिन (Tyr7233) के साथ सक्रिय साइट होती है। उनकी सक्रिय साइट में मौजूद सभी टॉरियोसोमेरेसिस पूरी उत्प्रेरक प्रक्रिया में एक मौलिक भूमिका के साथ एक टायरोसिन है.

क्रिया का तंत्र

सक्रिय साइट से टायरोसिन डीएनए स्ट्रैंड के 3'-फॉस्फेट अंत के साथ एक सहसंयोजक बंधन बनाता है, इसे काट रहा है और इसे एंजाइम से जुड़ा हुआ है, जबकि छांटने के माध्यम से डीएनए का एक और स्ट्रैंड गुजर रहा है।.

उत्तेजित स्ट्रैंड के माध्यम से डीएनए के अन्य स्ट्रैंड के पारित होने पर एंजाइम के एक परिवर्तन के लिए धन्यवाद प्राप्त होता है, जो डीएनए डबल हेलिक्स के उद्घाटन का उत्पादन करता है.

तब टोपोइज़ोमेरेज़ I अपनी प्रारंभिक रचना में वापस आ जाता है और फिर से समाप्त हो जाता है। यह एंजाइम की उत्प्रेरक साइट में डीएनए श्रृंखला के टूटने के विपरीत एक प्रक्रिया द्वारा होता है। अंत में, टोपियोसोमेरेज़ डीएनए स्ट्रैंड को छोड़ देता है.

डीएनए लेजिंग दर, एक्सिस रेट से अधिक है, जो अणु की स्थिरता और जीनोम की अखंडता को सुनिश्चित करता है.

सारांश में, टोपियोसोमेरेज़ टाइप I उत्प्रेरित:

  1. एक कतरा का बहाना.
  2. विभाजन के माध्यम से दूसरे स्ट्रैंड का मार्ग.
  3. विभाजन की बाध्यता समाप्त होती है.

-टोपियोसोमेरेज़ेस टाइप II

dimeric

टाइप II टोपियोसोमेरेज़िस डिमेरिक एंजाइम होते हैं, जो डीएनए के दोनों किस्में को साफ़ करते हैं, इस प्रकार प्रतिलेखन और अन्य सेलुलर प्रक्रियाओं के दौरान उत्पन्न होने वाले सुपरकोइल को आराम देते हैं.

मिलीग्राम निर्भरता++ और एटीपी

इन एंजाइमों को मैग्नीशियम (Mg) की आवश्यकता होती है++) और एटीपी ट्राइफॉस्फेट लिंक के टूटने से आने वाली ऊर्जा की भी आवश्यकता होती है, जिसका वे एटीपीस के लिए धन्यवाद का लाभ उठाते हैं.

टायरोसिन के साथ दो सक्रिय साइटें

मानव टोपोईसोमेरासेस II खमीर के समान हैं (सैक्रोमाइसेस सेरेविसिया), जो दो मोनोमर (सबफ्रैगमेंट ए और बी) से बना है। प्रत्येक मोनोमर में एक ATPase डोमेन होता है, और एक सबफ़्रैगमेंट में टायरोसिन सक्रिय साइट 782, जिस पर डीएनए बाँध सकता है। इसलिए, डीएनए के दो किस्में टोपोइज़ोमिरेज़ II में शामिल हो सकते हैं.

क्रिया का तंत्र

टोपोइज़ोमेरेज़ II की क्रिया का तंत्र वही है जो टोपोइज़ोमेरेज़ I के लिए वर्णित है, यह देखते हुए कि दो डीएनए श्रृंखलाएँ क्लीव की जाती हैं और केवल एक.

टोपोइज़ोमेरेज़ II की सक्रिय साइट में, प्रोटीन का एक टुकड़ा स्थिर होता है (टाइरोसिन के साथ सहसंयोजक बंधन के माध्यम से)। डबल हेलिक्स डीएनए का, जिसे "टुकड़ा जी" कहा जाता है। इस टुकड़े को क्लीव किया जाता है और सहसंयोजक बंधों द्वारा सक्रिय स्थल पर बांधा जाता है.

फिर, एंजाइम डीएनए के एक और टुकड़े की अनुमति देता है, जिसे "टी टुकड़ा" कहा जाता है, टुकड़ा "जी" से गुज़रने के लिए, एंजाइम के एक परिवर्तन के लिए धन्यवाद, जो एटीपी के हाइड्रोलिसिस पर निर्भर है.

टोपोइज़ोमेरेज़ II "टुकड़े जी" के दो छोरों को बांधता है और अंत में "प्रारंभिक" को जारी करते हुए, अपनी प्रारंभिक स्थिति को ठीक करता है। फिर, डीएनए मरोड़ तनाव को शांत करता है, जिससे प्रतिकृति और प्रतिलेखन की प्रक्रियाएं होती हैं.

-मानव टोपोईसोमेरासेस

मानव जीनोम में पांच टोपियोसोमरेज़ हैं: top1, top3α, top3 of (प्रकार I); और top2α, top2β (प्रकार II)। सबसे अधिक प्रासंगिक मानव टोपोईसोमरेज़ टॉप 1 (टोपोइज़ोमेरेज़ टाइप आईबी) और 2α (टॉपोइसोमेरेज़ टाइप II) हैं।.

टोपियोसोमेरेज़ इन्हिबिटर्स

-रासायनिक हमले के लिए एक लक्ष्य के रूप में टोपोईसोमेरासेस

क्योंकि टोपियोसोमरेज़ द्वारा उत्प्रेरित प्रक्रियाएं कोशिकाओं के जीवित रहने के लिए आवश्यक होती हैं, ये एंजाइम घातक कोशिकाओं को प्रभावित करने के लिए हमले के अच्छे लक्ष्य हैं। इसके लिए, टोपोईसोमरेज़ को कई मानव रोगों के उपचार में महत्वपूर्ण माना जाता है.

ड्रग जो टोपोसेमोरेसिस के साथ बातचीत करते हैं, वर्तमान में व्यापक रूप से कैंसर कोशिकाओं (शरीर के विभिन्न अंगों में) और रोगजनक सूक्ष्मजीवों के खिलाफ रासायनिक पदार्थ के रूप में अध्ययन किया जाता है।.

-अवरोध के प्रकार

Topoisomerase गतिविधि निरोधात्मक दवाओं कर सकते हैं:

  • डीएनए में सेवन करें.
  • टोपोइसोमेरेस एंजाइम को प्रभावित करें.
  • एंजाइम की सक्रिय साइट के पास एक अणु को इंटरलेव करते हैं जबकि डीएनए-टॉपोइसोमिरेज़ कॉम्प्लेक्स को स्थिर किया जाता है.

डीएनए के बंधन से एंजाइम के उत्प्रेरक साइट के tyrosine के लिए बनाई गई क्षणिक परिसर का स्थिरीकरण, उत्तेजित टुकड़ों के संघ को रोकता है, जिससे कोशिका मृत्यु हो सकती है.

-टोपियोसोमेरेज़ेस के अवरोधक

यौगिकों में से जो टोपोईसोमेरासेस को रोकते हैं, वे निम्नलिखित हैं.

एंटीट्यूमर एंटीबायोटिक्स

एंटीबायोटिक्स का उपयोग कैंसर के खिलाफ किया जाता है, क्योंकि वे ट्यूमर कोशिकाओं के विकास को रोकते हैं, आमतौर पर उनके डीएनए में हस्तक्षेप करके। उन्हें अक्सर एंटीनोप्लास्टिक एंटीबायोटिक (कैंसर के खिलाफ) कहा जाता है। उदाहरण के लिए, एक्टिनोमाइसिन डी, टोपोइज़ोमिरेज़ II को प्रभावित करता है और इसका उपयोग बच्चों में विल्म ट्यूमर और rhabdomyosarcomas में किया जाता है.

anthracyclines

एन्थ्रासाइक्लिन एंटीबायोटिक्स के बीच, सबसे प्रभावी एंटीकैंसर ड्रग्स और व्यापक स्पेक्ट्रम हैं। उनका उपयोग फेफड़ों के कैंसर, अंडाशय, गर्भाशय, पेट, मूत्राशय, स्तन, ल्यूकेमिया और लिम्फैडा के उपचार में किया जाता है। यह डीएनए में अंतःसंक्रमण द्वारा टोपोइज़ोमेरेज़ II को प्रभावित करने के लिए जाना जाता है.

एक्टिनोबैक्टीरिया से पृथक पहला एंथ्रासाइक्लिन (स्ट्रेप्टोमाइसेस पेयूसेटियस) दूनोरूबिसिन था। बाद में, डॉक्सोरूबिसिन को प्रयोगशाला में संश्लेषित किया गया था, और एपिरुबिसिन और इडारुबिसिन का अब उपयोग किया जाता है।.

anthraquinone

एन्थ्राक्विनोन या एन्थ्रेकेनेडियन एंथ्रासाइक्लिन से मिलते-जुलते यौगिक हैं, जो डीएनए में अंतर्संबंध द्वारा टोपोइज़ोमिरेज़ II की गतिविधि को प्रभावित करते हैं। उनका उपयोग मेटास्टैटिक स्तन कैंसर, गैर-हॉजकिन के लिंफोमा (एनएचएल) और ल्यूकेमिया के लिए किया जाता है.

ये औषधियाँ कुछ कीटों, पौधों (फेनुंगुला, सेन्ना, रूबर्ब), लाइकेन और कवक के पिगमेंट में पाई गईं; साथ ही साथ होइलिटा में, जो एक प्राकृतिक खनिज है। उनकी खुराक के आधार पर, वे कार्सिनोजेनिक हो सकते हैं.

इन यौगिकों में, हमारे पास माइटोक्सेंट्रोन और इसके एनालॉग लोसोक्सेंट्रोन हैं। ये घातक ट्यूमर कोशिकाओं के प्रसार को रोकते हैं, डीएनए के लिए अपरिवर्तनीय रूप से बाध्य करते हैं.

epipodophyllotoxins

पॉडोफिलोटॉक्सिन, जैसे कि एपिडोफिलोटॉक्सिन (वीपी -16) और टेनिपोसाइड (वीएम -26), टोपोइज़ोमिरेज़ II के साथ एक जटिल बनाते हैं। वे फेफड़े, वृषण, ल्यूकेमिया, लिम्फोमा, डिम्बग्रंथि के कैंसर, स्तन कार्सिनोमा और घातक इंट्राक्रानियल ट्यूमर के कैंसर के खिलाफ उपयोग किए जाते हैं। वे पौधों से अलग-थलग हैं पोडोफाइलम नोटेटम और पी। पेलटैटम.

कैंप्टोप्सींस एनालॉग्स

कैम्पोटेकिंस यौगिक होते हैं जो टोपोइज़ोमेरेस I को रोकते हैं, और उनमें से इरिनेटोटेकन, टॉपोटेकैन और डिफ्लोमोटेकैन हैं.

इन यौगिकों का उपयोग बृहदान्त्र, फेफड़े और स्तन के कैंसर के खिलाफ किया गया है, और ये प्राकृतिक रूप से छाल और पत्तियों से प्राप्त होते हैं। कैम्पटोथेका एक्यूमिनटा चीनी आड़ू और तिब्बत के.

प्राकृतिक निषेध

टोपियोसोमेरिस I और II के संरचनात्मक परिवर्तन भी पूरी तरह से स्वाभाविक रूप से हो सकते हैं। यह कुछ घटनाओं के दौरान हो सकता है जो इसकी उत्प्रेरक प्रक्रिया को प्रभावित करते हैं.

इन परिवर्तनों के बीच, हम pyrimidine dimers के गठन, नाइट्रोजनस आधारों के बेमेल और ऑक्सीडेटिव तनाव के कारण होने वाली अन्य घटनाओं का उल्लेख कर सकते हैं.

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