सुलभ केलेली प्रथिने संशोधकांना जीवनाच्या सर्वात आरंभीच्या रसायनशास्त्रावर नवे दार उघडून देत आहेत

मोठ्या प्रश्नासाठी लहान वर्णमाला

विज्ञानातील सर्वात कठीण समस्यांपैकी एक हीच सर्वात जुनीही आहे: प्रारंभिक पृथ्वीवरील निर्जीव रसायनशास्त्र जीवशास्त्रात कसे रूपांतरित झाले? Universe Today ने अधोरेखित केलेल्या एका नव्या पुनरावलोकनात हा प्रश्न आश्चर्यकारकपणे व्यावहारिक मार्गाने हाताळला आहे. आधुनिक प्रथिनांची सगळी गुंतागुंत पुन्हा उभी करण्याचा प्रयत्न करण्याऐवजी, संशोधक हे तपासत आहेत की त्यापेक्षा बरीच साधी रूपे पूर्वजैविक परिस्थितीत वळू, कार्य करू आणि टिकू शकली असती का.

The borderlands of foldability: lessons from simplified proteins या शीर्षकाचा आणि Trends in Chemistryमध्ये प्रकाशित झालेल्या या लेखात तथाकथित सुलभ केलेल्या प्रथिनांवर लक्ष केंद्रित केले आहे. मूळ गृहितक सरळ आहे. आधुनिक प्रथिने 20 वेगवेगळ्या अमिनो आम्लांपासून बनलेली असतात, पण प्रारंभिक पृथ्वीवर कदाचित एवढे पूर्ण साधनसंच उपलब्ध नव्हते. पहिल्या पेप्टाइड्सना आणि प्रथिनांना जर फक्त कमी उपसंच मिळाला असता, तर जीवनाचा उदय आधुनिक जीवांना लागणाऱ्या तुलनेत खूपच कमी जैवरासायनिक माहितीवर अवलंबून राहिला असता.

आधुनिक जीवशास्त्र का दिशाभूल करू शकते

आजच्या सजीव प्रणालींतील प्रथिने अत्यंत गुंतागुंतीची रेणू आहेत, ज्यांच्या आकारावरच त्यांचे कार्य अवलंबून असते. ती त्रिमितीय संरचनांमध्ये वळतात, ज्यामुळे उत्प्रेरणापासून ते संरचनात्मक आधारापर्यंत सगळे काही शक्य होते. त्या गुंतागुंतीकडे मागे वळून पाहताना, सुरुवातीची पावले किती कठीण असतील याची दिशाभूल करणारी प्रतिमा तयार होऊ शकते.

समीक्षा असा युक्तिवाद करते की सर्वात सुरुवातीची पेप्टाइड्स कदाचित लहान आणि साधी असावीत, आणि ती अशा अमिनो आम्लांपासून बनलेली असावीत जी पर्यावरणात नैसर्गिकरीत्या अस्तित्वात होती किंवा अतिशय आदिम चयापचयातून निर्माण झाली होती. प्राचीन प्रथिनांचे जीवाश्म संशोधक थेट मिळवू शकत नाहीत, पण हा लेख त्याला प्रयोगात्मक कामासाठी वाजवी प्रारंभबिंदू मानतो.

इथेच “वर्णमाला कमी करणे” ही कल्पना येते. शास्त्रज्ञ मानक 20 ऐवजी सुमारे 7 ते 14 अमिनो आम्लांच्या मर्यादित वर्णमालांचा वापर करून प्रथिने पुन्हा तयार करतात. उद्दिष्ट आधुनिक जीवशास्त्राची ढोबळ नक्कल तयार करणे नाही. उद्दिष्ट असे की एक साधी रासायनिक शब्दसंपदा तरीही सुव्यवस्थित, कार्यक्षम संरचना निर्माण करू शकते का, हे तपासणे.

कमी घटकांसह वळणे

समीक्षेत वर्णन केलेले निष्कर्ष लक्षवेधी आहेत. शास्त्रज्ञांनी जटिल बांधकाम घटकांचे संपूर्ण वर्ग वगळूनही स्थिर 3D संरचनांमध्ये वळणारी प्रथिने तयार केली आहेत. म्हणजेच, प्रथिन निर्मितीसाठी आवश्यक असलेले बरेचसे स्थापत्य-तर्क आधुनिक अमिनो आम्लांच्या पूर्ण संचावर अवलंबून नसल्याचे दिसते.

हा निष्कर्ष महत्त्वाचा आहे कारण तो जीवनाच्या उदयासाठीची दिसणारी अडथळा-रेषा कमी करतो. जर सुमारे दहा अमिनो आम्लांची “पूर्वजैविक” वर्णमाला रचनात्मक प्रथिने सुरू करण्यासाठी पुरेशी असेल, तर प्रारंभिक पृथ्वीला आधुनिक प्रथिनांच्या समस्येचे एकाच वेळी निराकरण करावे लागले नसते. तिला इतकेच रसायनशास्त्र हवे होते की जे उपयोगी रूपांमध्ये स्वतःला संघटित करू शकणारे रेणू निर्माण करेल.

समीक्षा हे जीवशास्त्रासाठी आवश्यक असलेल्या मूलभूत वास्तुरचनाही आश्चर्यकारकपणे मर्यादित माहितीतून उदयास येऊ शकतात, याचा पुरावा म्हणून मांडते. हे रसायनशास्त्रातून जीवनात झालेल्या संपूर्ण संक्रमणाचे स्पष्टीकरण देत नाही, पण त्या दरीचा सर्वात भीषण भाग नक्कीच कमी करते.

जुन्या गृहितकाला प्रयोगात्मक आधार

मूळ मजकूर 1966 मधील Richard Eck आणि Margaret Dayhoff यांच्या सुप्रसिद्ध प्रस्तावाकडे निर्देश करतो, ज्यात प्राचीन सममित प्रथिने लहान, साध्या पेप्टाइड्सच्या द्विगुणन आणि संलयनातून तयार झाली असावीत, असे सुचवले होते. आधुनिक संशोधन आता प्रत्यक्षात त्या कल्पनेला पाठिंबा देत असल्याचे दिसते.

संशोधकांनी निरीक्षण केले आहे की साधी पेप्टाइड्स “होमो-ऑलिगोमराइझ” होऊन प्रत्यक्षात एकत्र जुळून सममित आणि कार्यक्षम प्रथिने बनतात. ही प्रतिमा महत्त्वाची आहे कारण सममिती एक संभाव्य शॉर्टकट देते. सुरुवातीच्या प्रणालींना कदाचित सुरुवातीपासूनच लांब, अत्यंत अचूकपणे सांकेतिक केलेल्या अनुक्रमांची गरज नव्हती. लहान घटकांची पुनरावृत्ती ही खऱ्या क्षमतेच्या संरचना तयार करण्यासाठी पुरेशी असू शकली असती.

हा दृष्टिकोन जीवनाच्या उगमाच्या संशोधनाला अधिक टप्प्याटप्प्याचा नमुना देतो. यादृच्छिक रसायनशास्त्रातून अत्यंत परिष्कृत प्रथिनांकडे अचानक झेप घेण्याऐवजी, शास्त्रज्ञ पाहू शकतात की लहान पेप्टाइड्सच्या साध्या एकत्रीकरणांनी काळानुसार कार्यक्षमता कशी साठवली असावी.

पर्यावरण यंत्रणेचा भाग असू शकते

समीक्षा हेही अधोरेखित करते की प्रारंभिक प्रथिने एकाकीपणे उदयास आली नसतील. सभोवतालचे पर्यावरण त्यांना टिकून राहण्यास आणि वळण्यास सक्रियपणे मदत करत असावे. हा दृष्टीकोनातील महत्त्वाचा बदल आहे. आधुनिक जीवशास्त्रात पेशी अंतर्गत परिस्थिती कडकपणे नियंत्रित करतात. याउलट, प्रारंभिक पृथ्वीवर खनिजे, मीठे, पृष्ठभाग आणि स्थानिक रासायनिक अवस्था आधाररचना किंवा स्थिरीकारक म्हणून काम करत असाव्यात.

ते खरे असेल, तर पहिली उपयुक्त प्रथिने केवळ त्यांच्या अमिनो आम्ल वर्णमालेचा आकार लहान असल्यामुळेच साधी नव्हती, तर पर्यावरणही कामाचा काही भाग करत होते म्हणूनही ती साधी होती. आधुनिक प्रयोगशाळेच्या संदर्भात सीमारेषेवरची वाटणारी एखादी पेप्टाइड पूर्वजैविक अनुकूल अधिवासात खूप वेगळ्या पद्धतीने वागली असती.

हा पर्यावरणीय दृष्टिकोन सुलभ प्रथिनांच्या अभ्यासाचे महत्त्व वाढवतो. हे केवळ कोणती अनुक्रम-सूचना आवश्यक आहे, एवढ्यापुरते मर्यादित नाही. रेणू आणि परिस्थिती एकाच प्रणालीचा भाग मानल्यास कोणती रसायनशास्त्र शक्य होते, याबद्दलही आहे.

पृथ्वीपलीकडे याचे महत्त्व

अशा प्रकारच्या संशोधनाचे स्पष्ट खगोलजीवशास्त्रीय मूल्य आहे. जर जीवन एकेकाळी मानले गेले त्यापेक्षा लहान जैवरासायनिक साधनसंचाने सुरू होऊ शकत असेल, तर तपासण्याजोग्या जगांची व्याप्ती वाढू शकते. जैवचिन्हे किंवा राहण्यायोग्य वातावरण शोधणाऱ्या शास्त्रज्ञांना आधुनिक पृथ्वीवरील जीवशास्त्राच्या प्रत्येक तपशीलाची पुनरावृत्ती करणारी ठिकाणेच शोधावी लागतील असे नाही.

त्याऐवजी ते विचारू शकतात की इतर जगांमध्ये साधी पेप्टाइड्स तयार होऊन, एकत्र येऊन आणि टिकून राहतील अशा परिस्थिती आहेत का. जीवनाकडे जाणाऱ्या मार्गाला आजच्या पेशींमध्ये दिसणाऱ्या संपूर्ण परिष्करणाची गरज नसावी. तो कदाचित सीमाभागांमध्ये सुरू झाला असेल, जिथे मर्यादित रसायनशास्त्रही व्यवस्था निर्माण करण्यास पुरेसे असते.

म्हणूनच सुलभ केलेली प्रथिने ही इतकी उपयुक्त कल्पना आहे. ती विज्ञानातील सर्वात मोठ्या प्रश्नांपैकी एकाला आजच करता येतील अशा प्रयोगांमध्ये रूपांतरित करतात. जीवशास्त्राला छोट्या वर्णमालेपर्यंत खाली आणून संशोधक शोधत आहेत की रसायनशास्त्र आणि जीवन यांतील अंतर वर्तमानाच्या दृष्टीकोनातून दिसते तितके कदाचित कमी होते.

• संशोधक सुमारे 7 ते 14 बांधकाम घटकांच्या कमी केलेल्या अमिनो आम्ल संचांपासून बनलेल्या प्रथिनांची चाचणी घेत आहेत.
• समीक्षा असा युक्तिवाद करते की सुमारे दहा अमिनो आम्ले प्रारंभिक प्रथिन संरचनांना आधार देण्यासाठी पुरेशी असू शकतात.
• प्रयोग दाखवतात की साधी पेप्टाइड्स कार्यक्षम सममित संरचनांमध्ये स्वयं-संयोजित होऊ शकतात.
• या कामाचे जीवन-उगम संशोधन आणि खगोलजीवशास्त्र या दोन्हींवर परिणाम आहेत.

हा लेख Universe Today च्या वार्तांकनावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.