अनुलेखन और अनुवादन
DNA कभी कोशिका केंद्रक से बाहर नहीं निकलता। फिर भी यह कोशिका में होने वाली हर गतिविधि को नियंत्रित करता है। कैसे? यह संदेशवाहक भेजता है। इसके पीछे का सिद्धांत जितना सुरुचिपूर्ण है, उतना ही दूरगामी — और यह बताता है कि सभी जीव आपस में क्यों संबंधित हैं।
मूल प्रति तिजोरी में ही रहती है
DNA की कल्पना किसी पुस्तकालय के अभिलेखागार की तरह करें: इसमें सभी महत्वपूर्ण मूल दस्तावेज़ होते हैं, लेकिन उन्हें बाहर नहीं दिया जा सकता। जिसे कुछ जानना है, उसे एक प्रतिलिपि मिलती है — एक ऐसी कॉपी जिसे वह साथ ले जा सकता है और इस्तेमाल कर सकता है, जब तक वह घिस न जाए।
कोशिका ठीक इसी तरह काम करती है। DNA कोशिका केंद्रक में रहता है और प्रोटीन निर्माण के लिए इसे कभी सीधे नहीं पढ़ा जाता। इसके बजाय, हर आवश्यक जीन की एक अस्थायी कार्य-प्रति बनाई जाती है: दूत RNA, संक्षेप में mRNA। एंजाइम RNA-पॉलीमरेज़ DNA को पढ़ता है और साथ ही एक पूरक RNA स्ट्रैंड संश्लेषित करता है — न्यूक्लियोटाइड दर न्यूक्लियोटाइड। इस प्रक्रिया को अनुलेखन (ट्रांसक्रिप्शन) कहा जाता है।
RNA-पॉलीमरेज़ इस दौरान डबल हेलिक्स को चरण दर चरण खोलता है: एक स्ट्रैंड टेम्पलेट के रूप में काम करता है, पूरक राइबोन्यूक्लियोटाइड जुड़ते जाते हैं — और तुरंत बढ़ती हुई mRNA श्रृंखला से जोड़ दिए जाते हैं। जब पॉलीमरेज़ जीन के अंत तक पहुँचता है, तो तैयार प्रति अलग हो जाती है और विशेष केंद्रक-छिद्रों से होकर कोशिका केंद्रक छोड़ देती है। कोशिकाद्रव्य में राइबोसोम mRNA पर बैठ जाता है और कोडोन — क्षारों A, U, G, C के त्रिक समूह — को एक के बाद एक पढ़ता है। हर कोडोन पर एक स्थानांतरण-RNA (tRNA) उपयुक्त अमीनो अम्ल लाता है और उसे बढ़ती हुई श्रृंखला को सौंप देता है। जब स्टॉप कोडोन आता है, तो श्रृंखला राइबोसोम से अलग हो जाती है — और तुरंत मुड़ना शुरू कर देती है। इसके बाद जो होता है वह विशुद्ध रसायन है: अमीनो अम्लों का क्रम तय करता है कि कौन-से हिस्से एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं और कौन-से प्रतिकर्षित। श्रृंखला अनिवार्य रूप से उसी एकमात्र स्थिर त्रि-आयामी आकार को अपना लेती है जो इस अनुक्रम के लिए संभव है — तैयार प्रोटीन।
mRNA कोशिका केंद्रक छोड़कर कोशिकाद्रव्य में जाता है — और वहाँ राइबोसोम द्वारा पढ़ा जाता है। राइबोसोम mRNA के अक्षर-क्रम को अमीनो अम्ल श्रृंखला में परिवर्तित करता है। इस दूसरे चरण को अनुवादन (ट्रांसलेशन) कहा जाता है। अंत में यह श्रृंखला मुड़कर एक तैयार प्रोटीन बन जाती है।
यह चक्कर क्यों? DNA और mRNA को अलग रखने का एक निर्णायक लाभ है: DNA सुरक्षित रहता है। अगर यह सीधे प्रोटीन के लिए टेम्पलेट का काम करता, तो हर बार पढ़े जाने पर यह यांत्रिक तनाव झेलता। इसके बजाय एक mRNA को हज़ारों बार पढ़ा जा सकता है और फिर आसानी से नष्ट किया जा सकता है — DNA अछूता रहता है।
तीन अक्षर मिलकर एक अमीनो अम्ल बनाते हैं
mRNA चार अक्षरों की एक श्रृंखला है: A, U, G और C — RNA के क्षार। राइबोसोम इस श्रृंखला को तीन-तीन के समूहों में पढ़ता है: हर त्रिक, तथाकथित कोडोन, ठीक एक अमीनो अम्ल के अनुरूप होता है। चार अक्षरों और तीन स्थानों के साथ 4³ = 64 संभावित कोडोन बनते हैं — लेकिन केवल 20 भिन्न अमीनो अम्ल होते हैं। इसलिए यह कोड अनावश्यक रूप से दोहराव वाला (रिडंडेंट) है: कई कोडोन एक ही अमीनो अम्ल को कोड कर सकते हैं।
पहली नज़र में यह फिज़ूलखर्ची लग सकता है। लेकिन यह एक सुरक्षा तंत्र है: यदि किसी उत्परिवर्तन (म्यूटेशन) से कोई एक न्यूक्लियोटाइड बदल जाता है, तो अक्सर राइबोसोम फिर भी सही बिल्डिंग ब्लॉक तक पहुँच जाता है — क्योंकि नया कोडोन अब भी उसी अमीनो अम्ल को दर्शाता है। ऐसे परिवर्तनों को मूक उत्परिवर्तन (साइलेंट म्यूटेशन) कहा जाता है। प्रोटीन ऐसे बनता है मानो कुछ हुआ ही न हो।
अंदर → बाहर: पहला क्षार · दूसरा क्षार · तीसरा क्षार · अमीनो अम्ल। mRNA में T की जगह U होता है।
इस कोड को इतना आकर्षक क्या बनाता है: यह लगभग सभी ज्ञात जीवों में एक जैसा है। आंत के जीवाणु से लेकर मनुष्य तक, यीस्ट से लेकर ब्लू व्हेल तक — वही कोडोन उसी अमीनो अम्ल को कोड करता है। यह इस बात का सबसे मज़बूत आणविक प्रमाण है कि इस ग्रह पर सारा जीवन एक साझा उत्पत्ति से जुड़ा है। (हालाँकि माइटोकॉन्ड्रियल DNA या कुछ सिलिएट्स जैसे कुछ अपवाद ज़रूर मौजूद हैं।)
20,000 जीन — 100,000 से अधिक प्रोटीन
जब 2003 में मानव जीनोम का 99% से अधिक अनुक्रमण पूरा हुआ (शेष अंतराल केवल 2022 में टेलोमेयर-टू-टेलोमेयर संघ द्वारा भरे गए), तो शोधकर्ताओं को लगभग 100,000 जीन मिलने की उम्मीद थी। असली संख्या निराशाजनक थी: लगभग 20,000 — एक सूत्रकृमि (राउंडवर्म) से मुश्किल से ज़्यादा। और फिर भी मानव शरीर 100,000 से कहीं अधिक भिन्न प्रोटीन बनाता है। यह कैसे संभव है?
इसका जवाब एक प्रक्रिया में छिपा है जिसे वैकल्पिक स्प्लाइसिंग कहा जाता है। mRNA के कोशिका केंद्रक छोड़ने से पहले, इसे काटा और फिर से जोड़ा जाता है। जीन कोडिंग खंडों (एक्सॉन) और गैर-कोडिंग बीच के हिस्सों (इंट्रॉन) से बने होते हैं। इंट्रॉन को काट दिया जाता है — लेकिन इसके बाद कौन-से एक्सॉन आपस में जोड़े जाते हैं, यह कोशिका के प्रकार, विकास चरण या बाहरी संकेत के अनुसार बदलता है।
इस तरह एक ही आनुवंशिक बिल्डिंग ब्लॉक्स से बिल्कुल अलग-अलग प्रोटीन बनते हैं। कोई जीन कोई अटल नुस्खा नहीं है, बल्कि एक तरह का निर्माण-सेट है: कोशिका चुनती है कि उसे अभी किन हिस्सों की ज़रूरत है। यही बात जीन नियमन को अपने आप में एक आकर्षक विषय बनाती है — और यह बताती है कि लिवर की कोशिका और तंत्रिका कोशिका इतनी अलग क्यों होती हैं, जबकि दोनों में बिल्कुल एक जैसा DNA होता है।
कोड में छुपा जीवन का मूल स्रोत: अगर वही आनुवंशिक कोड जीवाणुओं में और मानव कोशिकाओं में काम करता है — और अगर किसी मानव जीन को यीस्ट कवक में डाला जाए तो वहाँ भी उसे सही ढंग से पढ़ा जा सकता है —, तो इसका मतलब है कि आज के सभी जीवों का कभी न कभी एक साझा पूर्वज रहा है। आनुवंशिक कोड सबसे पुराना आणविक जीवाश्म है जो मौजूद है।
जब सूचना उल्टी दिशा में बहती है
केंद्रीय सिद्धांत कहता है: सूचना DNA से RNA की ओर और फिर प्रोटीन की ओर बहती है — कभी वापस नहीं। लेकिन प्रकृति में अपवाद भी हैं। HIV जैसे रेट्रोवायरस अपनी वंशानुगत सामग्री RNA के रूप में रखते हैं और अपने साथ रिवर्स ट्रांसक्रिप्टेज़ नामक एक एंजाइम लाते हैं, जो RNA को वापस DNA में बदल देता है। यह DNA फिर मेज़बान कोशिका के गुणसूत्र में स्थायी रूप से जुड़ जाता है — बिना हटाए जाने की किसी संभावना के।
यह सिर्फ चिकित्सकीय दृष्टि से ही महत्वपूर्ण नहीं है: मानव जीनोम का एक अच्छा-खासा हिस्सा — अनुमानतः 8 प्रतिशत — लाखों साल पहले हमारे पूर्वजों में बस गए पुराने रेट्रोवायरस से आया है। हम अपने DNA में बीती हुई संक्रमणों के निशान लेकर चलते हैं। इसमें से कुछ खामोश सामान है। बाकी को विकास ने पुनः उपयोग में ला दिया है और आज ये वास्तविक कार्य निभाते हैं।