डीएनए की आणविक बिजली: आयन कैसे दो कुंडलियों को प्रतिकर्षण पार करने में मदद करते हैं

दो डीएनए अणु ऋणात्मक रूप से आवेशित होते हैं और स्थिरवैद्युतिकी के नियमों के अनुसार उन्हें एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करना चाहिए। लेकिन कोशिका के भीतर वे लगभग एक-दूसरे से सटकर आ सकते हैं, समानांतर रूप से व्यवस्थित हो सकते हैं और स्थिर संपर्क बना सकते हैं।

अब शोधकर्ताओं को पहली बार ऐसे निकट आने की संरचना को सीधे देखने में सफलता मिली है।

यॉर्क और शेफ़ील्ड विश्वविद्यालयों के वैज्ञानिकों ने द्रव माध्यम में उच्च विभेदन वाली परमाणु-बल सूक्ष्मदर्शिकी का उपयोग किया और उसे आणविक गतिकी के कंप्यूटर मॉडलन के साथ जोड़ा। छवियों में दो द्विकुंडली डीएनए कई आवर्तों तक साथ-साथ स्थित थीं, और उनकी ज्यामिति आश्चर्यजनक रूप से अत्यंत सटीकता से मेल खाती थी: बड़ी खाँचें बड़ी खाँचों के सामने और छोटी खाँचें छोटी खाँचों के सामने संरेखित हो रही थीं।

इससे एक ऐसी संरचना बन रही थी जो आणविक ज़िप जैसी दिखती है।

आयन बनते हैं सेतु बनकर

इस प्रक्रिया में मुख्य भूमिका द्विसंयोजक धातु आयनों की है — सबसे पहले मैग्नीशियम, कैल्शियम और निकल की।

चूँकि डीएनए का फॉस्फेट कंकाल ऋणात्मक आवेश वहन करता है, दो अणु स्वाभाविक रूप से एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं। धनात्मक रूप से आवेशित आयन इस अंतःक्रिया की आंशिक भरपाई करते हैं और पड़ोसी कुंडलियों के बीच एक प्रकार के सेतु बना सकते हैं।

लेकिन यह क्रियाविधि साधारण «आवेश-निराकरण» से अधिक रोचक निकली।

मॉडलन से पता चला कि आयन डीएनए की बड़ी और छोटी खाँचों के भीतर स्थित हो सकते हैं और स्थानिक रूप से संगठित संपर्कों का जाल बना सकते हैं। इसके कारण दो कुंडलियाँ केवल निकट नहीं आतीं — उन्हें एक-दूसरे के सापेक्ष एक निश्चित ज्यामिति में व्यवस्थित होने का अवसर भी मिलता है।

लगभग बीस वर्ष पहले प्रोफ़ेसर अलेक्सी कॉर्निशेव और उनके सहयोगियों ने स्थिरवैद्युतिक «डीएनए-ज़िप» का ठीक ऐसा ही मॉडल प्रस्तावित किया था। अब तक यह काफ़ी हद तक सैद्धांतिक ही बना हुआ था।

अब शोधकर्ताओं को इसका प्रत्यक्ष संरचनात्मक प्रमाण मिल गया है।

सभी आयन एक समान रूप से कार्य नहीं करते

भिन्न धातुएँ भिन्न प्रकार के संपर्क बनाती हैं।

निकल के आयनों ने डीएनए के निश्चित भागों के साथ अधिक स्थानीयकृत अंतःक्रियाएँ दर्शाईं। मैग्नीशियम और कैल्शियम ने अधिक विविध बंधन-जाल बनाए और छोटी तथा बड़ी दोनों खाँचों में संपर्कों में भाग ले सके।

इसका अर्थ है कि रासायनिक परिवेश इस बात को प्रभावित कर सकता है कि दो डीएनए अणु कितनी स्थिरता से पास रहेंगे और वे एक-दूसरे के सापेक्ष किस प्रकार उन्मुख होंगे।

लेकिन यहाँ बहुत आगे बढ़ जाना उचित नहीं है: यह प्रयोग यह नहीं दर्शाता कि डीएनए केवल आयनों के कारण स्वयं और त्रुटिरहित ढंग से समान अनुक्रम को पहचान लेता है।

शोधकर्ताओं ने समान तथा भिन्न दोनों प्रकार के अनुक्रमों के बीच संपर्क देखे। लेखकों का अनुमान है कि अनुक्रमों का मेल सही संरेखण बनाए रखने में और संपर्क को अणु के अनुदिश फैलाने में सहायक हो सकता है, परंतु इस क्रियाविधि का और अधिक विस्तार से अध्ययन होना अभी शेष है।

डीएनए को निकट आने की आवश्यकता ही क्यों होती है?

ऐसी अंतःक्रियाएँ कोशिका के भीतर मूलभूत प्रक्रियाओं के लिए महत्वपूर्ण हो सकती हैं: गुणसूत्रों का संगठन, जीनोम के भागों की परस्पर क्रिया और वे क्रियाविधियाँ जिनमें डीएनए अणुओं को समान अनुक्रमों को खोजना और मिलान करना होता है।

यह कार्य डीएनए-नैनोप्रौद्योगिकियों के लिए भी रोचक है। शोधकर्ता जितना बेहतर यह समझेंगे कि कौन-सी शक्तियाँ दो कुंडलियों को निकट आने पर विवश करती हैं और आयन इस प्रक्रिया को किस प्रकार प्रभावित करते हैं, उतनी ही सटीकता से डीएनए पर आधारित कृत्रिम संरचनाओं की रचना की जा सकेगी — उदाहरण के लिए, डीएनए-ओरिगामी की संरचनाएँ और अन्य प्रोग्रामेबल नैनोसंरचनाएँ।

किंतु संभवतः इस शोध का सबसे रोचक भाग कुछ और ही है।

आणविक स्तर पर जीवन निरंतर ऐसे कार्य हल करता रहता है जो पहली दृष्टि में भौतिक रूप से असंभव प्रतीत होते हैं। दो ऋणात्मक रूप से आवेशित कुंडलियों को अलग-अलग हो जाना चाहिए — लेकिन इसके विपरीत वे पास आ जाती हैं और अपनी खाँचों को ठीक-ठीक मिला लेती हैं।

और कुछ अत्यंत सूक्ष्म आयन प्रतिकर्षण को सुव्यवस्थित संपर्क में बदलने में सहायता करते हैं।