सरलीकृत प्रोटीन शोधकर्ताओं को जीवन की सबसे शुरुआती रसायनिकी की नई झलक दे रहे हैं

एक बड़े सवाल के लिए एक छोटी वर्णमाला

विज्ञान की सबसे कठिन समस्याओं में से एक, सबसे पुरानी समस्याओं में भी है: प्रारंभिक पृथ्वी पर निर्जीव रसायनिकी कैसे जीवविज्ञान में बदली। Universe Today द्वारा उजागर की गई एक नई समीक्षा इस प्रश्न को एक आश्चर्यजनक रूप से व्यावहारिक तरीके से देखती है। आधुनिक प्रोटीनों की सारी जटिलता को फिर से गढ़ने की कोशिश करने के बजाय, शोधकर्ता यह जांच रहे हैं कि क्या कहीं अधिक सरल संस्करण पूर्व-जैविक परिस्थितियों में मुड़कर संरचना बना सकते थे, काम कर सकते थे और टिक सकते थे।

The borderlands of foldability: lessons from simplified proteins शीर्षक वाली यह समीक्षा, जो Trends in Chemistry में प्रकाशित हुई है, तथाकथित सरलीकृत प्रोटीनों पर केंद्रित है। मूल विचार सीधा है। आधुनिक प्रोटीन 20 अलग-अलग अमीनो अम्लों से बनते हैं, लेकिन संभवतः प्रारंभिक पृथ्वी पर यह पूरा औज़ार-संग्रह उपलब्ध नहीं था। यदि पहले पेप्टाइड्स और प्रोटीनों के पास केवल एक छोटा उपसमूह था, तो जीवन का उद्भव आधुनिक जीवों की तुलना में कहीं कम जैवरासायनिक जानकारी पर निर्भर रहा होगा।

आधुनिक जीवविज्ञान क्यों भ्रामक हो सकता है

आज जीवित प्रणालियों में प्रोटीन अत्यंत जटिल अणु हैं, जिनकी आकृति उनकी कार्यक्षमता का केंद्रीय हिस्सा होती है। वे त्रि-आयामी संरचनाओं में मुड़ते हैं, जो उत्प्रेरण से लेकर संरचनात्मक सहारे तक सब कुछ संभव बनाती हैं। इस जटिलता से पीछे की ओर देखने पर यह गलत धारणा बन सकती है कि पहले कदम कितने कठिन रहे होंगे।

समीक्षा का तर्क है कि सबसे शुरुआती पेप्टाइड संभवतः छोटे और सरल थे, और वे उन अमीनो अम्लों से बने थे जो या तो वातावरण में स्वाभाविक रूप से मौजूद थे या अत्यंत आदिम चयापचय से बने थे। प्राचीन प्रोटीनों के जीवाश्म सीधे तौर पर प्राप्त नहीं किए जा सकते, लेकिन यह पेपर इसे प्रयोगात्मक काम के लिए एक उचित आरंभिक बिंदु मानता है।

यहीं “वर्णमाला में कमी” की अवधारणा आती है। वैज्ञानिक लगभग 7 से 14 अमीनो अम्लों की सीमित वर्णमालाओं का उपयोग करके प्रोटीनों को फिर से बनाते हैं, जबकि मानक संख्या 20 है। उद्देश्य आधुनिक जीवविज्ञान का मोटा-मोटा अनुकरण करना नहीं है। उद्देश्य यह जांचना है कि क्या एक सरल रासायनिक शब्दावली फिर भी व्यवस्थित, कार्यात्मक संरचनाएँ बना सकती है।

कम घटकों के साथ मुड़ना

समीक्षा में वर्णित परिणाम उल्लेखनीय हैं। वैज्ञानिक ऐसे प्रोटीन बनाने में सफल रहे हैं जो अधिक जटिल निर्माण खंडों की पूरी श्रेणियों को हटाने के बावजूद स्थिर 3D संरचनाओं में मुड़ जाते हैं। दूसरे शब्दों में, प्रोटीन निर्माण के लिए आवश्यक वास्तु-तर्क का बड़ा हिस्सा आधुनिक अमीनो अम्लों के पूरे सेट पर निर्भर नहीं दिखता।

यह खोज महत्वपूर्ण है क्योंकि यह जीवन के उद्भव की प्रतीत होने वाली बाधा को कम करती है। यदि लगभग दस अमीनो अम्लों की एक “पूर्व-जैविक” वर्णमाला संरचित प्रोटीनों को शुरू करने के लिए पर्याप्त है, तो प्रारंभिक पृथ्वी को आधुनिक प्रोटीन समस्या को एक ही बार में हल करने की आवश्यकता नहीं थी। उसे केवल इतना रसायन चाहिए था कि वह ऐसे अणु बना सके जो अपने-आप उपयोगी रूपों में व्यवस्थित हो सकें।

समीक्षा इसे इस बात के प्रमाण के रूप में प्रस्तुत करती है कि जीवविज्ञान के लिए आवश्यक मूल संरचनाएँ आश्चर्यजनक रूप से सीमित जानकारी से उभर सकती हैं। यह रसायन से जीवन में पूर्ण परिवर्तन की व्याख्या नहीं करता, लेकिन यह उस अंतराल के सबसे डरावने आयामों में से एक को संकुचित करता है।

एक पुरानी परिकल्पना को प्रयोगात्मक समर्थन

स्रोत पाठ 1966 में रिचर्ड एक और मार्गरेट डेहॉफ के एक प्रसिद्ध प्रस्ताव की ओर इशारा करता है, जिसमें सुझाव दिया गया था कि प्राचीन सममित प्रोटीन छोटे, सरल पेप्टाइड्स के दोहराव और संलयन से बन सकते थे। अब आधुनिक कार्य व्यवहार में उस विचार का समर्थन करता दिखता है।

शोधकर्ताओं ने देखा है कि सरल पेप्टाइड “होमो-ओलिगोमराइज़” करते हैं, यानी प्रभावी रूप से आपस में जुड़कर सममित और कार्यात्मक प्रोटीन बनाते हैं। यह छवि महत्वपूर्ण है क्योंकि सममिति एक संभावित शॉर्टकट देती है। प्रारंभिक प्रणालियों को शुरुआत से लंबे, अत्यंत सटीक कोडित अनुक्रमों की आवश्यकता नहीं रही होगी। छोटे मॉड्यूलों की पुनरावृत्ति पर्याप्त हो सकती थी ताकि ऐसी संरचनाएँ बनें जिनमें वास्तविक क्षमता हो।

यह दृष्टिकोण जीवन की उत्पत्ति पर शोध को एक अधिक क्रमिक मॉडल देता है। यादृच्छिक रसायन से अत्यंत परिष्कृत प्रोटीनों तक एक अचानक छलांग की कल्पना करने के बजाय, वैज्ञानिक यह देख सकते हैं कि छोटे पेप्टाइड्स की मामूली संयोजन समय के साथ कैसे कार्यशीलता जमा कर सकते थे।

पर्यावरण मशीनरी का हिस्सा हो सकता था

समीक्षा इस बात पर भी ज़ोर देती है कि प्रारंभिक प्रोटीन अलग-थलग होकर नहीं उभरे होंगे। आसपास का वातावरण उन्हें जीवित रहने और मुड़ने में सक्रिय रूप से मदद कर सकता था। यह दृष्टिकोण में एक महत्वपूर्ण बदलाव है। आधुनिक जीवविज्ञान में कोशिकाएँ आंतरिक परिस्थितियों को कड़ाई से नियंत्रित करती हैं। इसके विपरीत, प्रारंभिक पृथ्वी पर खनिज, लवण, सतहें और स्थानीय रासायनिक स्थितियाँ मचान या स्थिरीकारक की तरह काम कर सकती थीं।

यदि यह सही है, तो पहले उपयोगी प्रोटीन केवल इसलिए सरल नहीं थे कि उनकी अमीनो अम्ल वर्णमाला छोटी थी, बल्कि इसलिए भी कि वातावरण स्वयं कुछ काम कर रहा था। आधुनिक प्रयोगशाला संदर्भ में सीमांत दिखने वाला कोई पेप्टाइड, सहायक पूर्व-जैविक वातावरण में बहुत अलग तरह से व्यवहार कर सकता था।

यह पर्यावरणीय पहलू सरलीकृत प्रोटीन अध्ययनों के महत्व को और व्यापक बनाता है। वे सिर्फ इस बात के बारे में नहीं हैं कि किस क्रम-सूचना की आवश्यकता है। वे इस बारे में भी हैं कि अणुओं और परिवेश को एक ही प्रणाली मानने पर कौन-सा रसायन संभव हो जाता है।

यह पृथ्वी से आगे क्यों मायने रखता है

इस तरह का शोध स्पष्ट रूप से खगोलजीवविज्ञान के लिए मूल्यवान है। यदि जीवन एक ऐसे छोटे जैवरासायनिक औज़ार-संग्रह से शुरू हो सकता है, जितना पहले माना जाता था, तो जाँच के योग्य दुनियाओं की सीमा भी बढ़ सकती है। जैव-चिह्नों या रहने योग्य वातावरणों की तलाश करने वाले वैज्ञानिकों को अनिवार्य रूप से ऐसी जगहों की खोज करने की आवश्यकता नहीं है जो आधुनिक स्थलीय जीवविज्ञान का हर विवरण दोहराती हों।

इसके बजाय, वे यह पूछ सकते हैं कि क्या अन्य दुनिया ऐसी परिस्थितियाँ प्रदान करती हैं जहाँ सरल पेप्टाइड बन सकें, जुड़ सकें और बने रह सकें। जीवन तक पहुँचने का मार्ग समकालीन कोशिकाओं में दिखने वाली पूरी जटिलता की माँग नहीं कर सकता। यह सीमांत क्षेत्रों में शुरू हो सकता है, जहाँ सीमित रसायन भी व्यवस्था पैदा करने के लिए पर्याप्त है।

इसीलिए सरलीकृत प्रोटीन इतना उपयोगी विचार हैं। वे विज्ञान के सबसे बड़े प्रश्नों में से एक को ऐसे प्रयोगों में बदल देते हैं जो अभी किए जा सकते हैं। जीवविज्ञान को एक छोटी वर्णमाला तक सीमित करके, शोधकर्ता यह पता लगा रहे हैं कि रसायन और जीवन के बीच की दूरी वर्तमान दृष्टि से दिखने की तुलना में कम रही होगी।

• शोधकर्ता लगभग सात से 14 निर्माण खंडों वाले घटाए गए अमीनो अम्ल समूहों से बने प्रोटीनों का परीक्षण कर रहे हैं।
• समीक्षा का तर्क है कि लगभग दस अमीनो अम्ल प्रारंभिक प्रोटीन संरचनाओं को सहारा देने के लिए पर्याप्त हो सकते थे।
• प्रयोग दिखाते हैं कि सरल पेप्टाइड सममित, कार्यात्मक प्रोटीनों में स्वयं-संयोजित हो सकते हैं।
• प्रारंभिक पृथ्वी का पर्यावरण आदिम प्रोटीनों को मुड़ने और बने रहने में मदद कर सकता था।

यह लेख Universe Today की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें.