ഡി. എൻ. എ.

Simple Science Technology

Intelligent Designer ആയ D N A 

thesimplesciences.com

മാതാപിതാക്കളുടെ വിശേഷലക്ഷണങ്ങൾ അടുത്ത തലമുറകൾക്കും പകർന്നു കിട്ടാറുണ്ടെന്നത് നമുക്കെല്ലാം അറിയാവുന്നതാണ്. എങ്ങനെയാണ് ഈ സ്വഭാവങ്ങൾ തലമുറകളിലൂടെ കടന്നുപോവുന്നത് എന്നുള്ളത് പണ്ടുമുതലേ മനുഷ്യരെ ചിന്തിപ്പിച്ചിരുന്ന കാര്യമാണ്. നമ്മുടെയൊക്കെ ബാഹ്യമായി നമ്മൾ കാണുന്ന സ്ഥൂലരൂപം നിശ്ചയിക്കുന്നത് മാതാവിൽ നിന്നും പിതാവിൽ നിന്നും ഓരോന്ന് വീതം നമുക്ക് ലഭിക്കുന്ന ചില ഘടകവസ്തുക്കൾ (factors) ആണെന്ന് തെളിയിച്ചത് പത്തൊൻപതാം നൂറ്റാണ്ടിൽ ആസ്ട്രിയൻ പുരോഹിതനും ആധുനിക ജനിതകശാസ്ത്രത്തിന്റെ പിതാവും എന്നറിയപ്പെടുന്ന ഗ്രിഗർ മെൻഡൽ ആണ്. തന്റെ ആശ്രമത്തിലെ തോട്ടത്തിൽ 28000-ത്തോളം പയറുചെടികളെ നട്ടുവളർത്തിയും ക്രോസ്സ് ചെയ്തുമാണ് വർഷങ്ങൾ എടുത്തു അദ്ദേഹം ഈ നിഗമനത്തിൽ എത്തിയത്. മാതാപിതാക്കളിൽ നിന്നും ലഭിച്ചു നമ്മുടെ സ്വഭാവങ്ങൾ നിർണയിക്കുന്ന ഈ ഘടകവസ്തുക്കൾ പിന്നീട് ജീൻ (gene) എന്ന പേരിൽ അറിയപ്പെട്ടു. ഈ ഘടകവസ്തുക്കൾ നമ്മുടെ കോശങ്ങളിലെ ന്യൂക്ലിയസ്സിൽ ഉള്ള ക്രോമസോമുകളിൽ ആണ് സ്ഥിതിചെയ്യുന്നത് എന്ന് 1910-ൽ തോമസ് മോർഗൻ ഫ്രൂട്ട് ഫ്ലൈകളിൽ (Fruit fly) നടത്തിയ പരീക്ഷണത്തിലൂടെ തെളിയിച്ചു. 1944-ൽ ആവെറി, മാക് ലിയോഡ്, മക്കാർത്തി എന്നീ ശാസ്ത്രജ്ഞമാർ നമ്മുടെ ശരീരത്തിൽ ജനിതക സ്വഭാവങ്ങൾ അടുത്ത തലമുറയിലേക്കു കൈമാറ്റം ചെയ്യുന്നത് ക്രോമസോമുകളിലെ ഡി എൻ എ (DNA, ഡിയോക്സി റൈബോ ന്യൂക്ളിക് ആസിഡ്) എന്ന തന്മാത്രകൾ ആണെന്ന് കണ്ടുപിടിച്ചു.

1953-ൽ കേംബ്രിഡ്ജ് യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിലെ ജെയിംസ് വാട്ട്സനും ഫ്രാൻസിസ് ക്രിക്കും ആണ് ഡി എൻ എ തന്മാത്രകൾക്ക്  ഡബിൾ ഹെലിക്സ് (double helix) ആകൃതി ആണെന്ന് കണ്ടുപിടിച്ചത്. അതായത് സ്പൈറൽ ആയി പോവുന്ന ഒരു ഗോവണിയുടെ ആകൃതി. ഡബിൾ ഹെലിക്സ് ഗോവണിയുടെ കൈപ്പിടികൾ ഉണ്ടാക്കിയിരിക്കുന്നത് ഷുഗർ, ഫോസ്ഫേറ്റ് എന്നീ തന്മാത്രകൾ കൊണ്ടാണ്. ചവിട്ടുപടികൾ (rung) ഉണ്ടാക്കിയിരിക്കുന്നത് അഡനൈൻ (adenine, A), തൈമിൻ (thymine, T), ഗ്വാനിൻ (guanine, G), സൈറ്റൊസിൻ (cytosine, C) എന്നീ നാല് രാസവസ്തുക്കളാലും. ഈ നാല് രാസവസ്തുക്കളെ ബേസുകൾ (bases) എന്ന പേരിൽ ആണ് വിളിക്കുന്നത്. ഡി എൻ എ തന്മാത്ര വിപരീത ദിശയിൽ പോവുന്ന രണ്ടു ഇഴകൾ ചേർന്നത് ആണ് (double stranded). ഓരോ ഇഴയിലും ഷുഗറും ഫോസ്ഫേറ്റും ബേസുകളും കാണും. ഡബിൾ ഹെലിക്സ് ഗോവണിയുടെ ചവിട്ടുപടികൾ ഉണ്ടായിരിക്കുന്നത് ഒരു ഇഴയിലെ ബേസുകൾ മറ്റേ ഇഴയിലെ ബേസുകളുമായി യോജിക്കുമ്പോൾ ആണ്. അഡനൈൻ തൈമിനുമായി മാത്രമേ യോജിക്കത്തുള്ളൂ. അത് പോലെ ഗ്വാനിൻ സൈറ്റൊസിനുമായും. അപ്പോൾ ചവിട്ടുപടിയുടെ ഒരു പകുതി A ആണെങ്കിൽ മറ്റേ പകുതി T ആയിരിക്കും. അതുപോലെ ഒരു ഒരു പകുതി G ആണെങ്കിൽ മറ്റേ പകുതി C ആയിരിക്കും. അപ്പോൾ നാല് തരം ചവിട്ടുപടികൾ ഉണ്ടാകാം- A-T, T-A, G-C, C-G എന്നിങ്ങനെ. A-T, T-A, G-C, C-G എന്നിവയെ ബേസ് പെയറുകൾ (base pairs) എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഈ വിന്യാസത്തിന് ഒരു പ്രത്യേക ഗുണം ഉണ്ട്. എന്തെങ്കിലും കാരണവശാൽ ഒരു വശത്തെ അഡനൈൻ നഷ്ടപ്പെട്ടു എന്ന് കരുതുക. അപ്പോൾ ശരീരത്തിന് ആ കേടുപാട് തീർക്കാൻ എളുപ്പമാണ്. കാരണം അഡനൈനുമായി തൈമിൻ മാത്രമേ ചേരത്തുള്ളൂ. അതുപോലെ തന്നെ ഒരു വശം (strand, ഇഴ) ഉണ്ടെങ്കിൽ മറ്റേ വശവും ഉണ്ടാക്കി എടുക്കാൻ ശരീരത്തിന് എളുപ്പമാണ്. ഒരു വശത്ത് അഡനൈൻ ഉണ്ടെങ്കിൽ എതിർ വശത്ത് തൈമിൻ കൊണ്ട് വെക്കുക. ഗ്വാനിൻ ആണെങ്കിൽ എതിർവശത്ത് സൈറ്റൊസിനും വെക്കുക. അങ്ങനെ ഒരു ഇഴ ഉണ്ടെങ്കിൽ മറ്റേ ഇഴയും ശരീരത്തിന് നിര്മിക്കാൻ കഴിയുന്നു (replication of DNA).  

ഡി എൻ എയെ ഹിസ്റ്റോൺ (histone) എന്ന പ്രോട്ടീനുകൾക്കു ചുറ്റുമായി ചുരുട്ടി, നീണ്ട നാരുകളായി കോശങ്ങൾക്കുള്ളിലെ ന്യൂക്ളിയസിനകത്ത് സൂക്ഷിച്ചിരിക്കുന്നു. ഡി എൻ എയാൽ നിർമിതമായിരിക്കുന്ന ഈ നാരുകളെ ക്രോമോസോമുകൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. മനുഷ്യന് 23 ജോഡി അഥവാ 46 ക്രോമസോമുകൾ ആണുള്ളത്. 44 എണ്ണത്തെ ഓട്ടോസോമുകൾ (autosomes) എന്നും ബാക്കി രണ്ടെണ്ണത്തെ സെക്സ് ക്രോമസോമുകൾ (X, Y) എന്നും വിളിക്കുന്നു. സെക്സ് ക്രോമസോമുകൾ ആണ് കുട്ടികൾ ആണ് ആകണോ (XY) അതോ പെണ്ണ് (XX) ആകണോ എന്നത് നിശ്ചയിക്കുന്നത്. പിതാവിൽ സ്പേം ഉണ്ടാകുമ്പോൾ അതിൽ ക്രോമസോമുകളുടെ എണ്ണം 23 അഥവാ പകുതി ആകുന്നു. അതുപോലെ മാതാവിൽ അണ്ഡം ഉണ്ടാവുമ്പോഴും ക്രോമസോമുകളുടെ എണ്ണം 23 അഥവാ പകുതി ആകുന്നു. എന്നാൽ സ്പെമും അണ്ഡവും ചേർന്ന് ഭ്രൂണം ഉണ്ടാവുമ്പോൾ ക്രോമസോമുകളുടെ എണ്ണം 23+23 =46 ആവുന്നു

നമ്മുടെ ശരീരം എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കണം എന്നുള്ള നിർദ്ദേശം A, T, G, C എന്നീ നാല് അക്ഷരങ്ങൾ കൊണ്ട് ഡി എൻ എയിൽ എഴുതിവെച്ചിരിക്കുന്നു. നമ്മുടെ ശരീരം പ്രവർത്തിക്കുന്നതിനു ഏറ്റവും ആവശ്യമായ രാസവസ്തുക്കളാണ് പ്രോട്ടീനുകൾ. നമ്മുടെ ശരീരത്തിലെ വിവിധ കോശങ്ങളുടെ ( ഉദാ. ഹൃദയകോശങ്ങൾ , ന്യൂറോണുകൾ, വെളുത്ത രക്താണുക്കൾ, തൊലിയിലെ കോശങ്ങൾ, കരളിലെ കോശങ്ങൾ) വിശേഷഗുണം നിർണയിക്കുന്നത് ആത്യന്തികമായി ആ കോശങ്ങൾ നിർമിക്കുന്ന പ്രോട്ടീനുകൾ ആണ്. നമ്മൾ നടക്കാനും ഇരിക്കാനും ഓടാനും പേശികളിൽ ആക്ടിൻ, മയോസിൻ തുടങ്ങിയ പ്രോട്ടീനുകൾ വേണം. രക്തത്തിലെ ചുവന്ന അണുക്കൾക്ക് ഓക്സിജൻ കൊണ്ടുപോകാൻ ഗ്ലോബിൻ എന്ന പ്രോട്ടീൻ വേണം. ശരീരത്തിലെ വിവിധ രാസപ്രവർത്തനങ്ങൾക്ക് വേഗത കൂട്ടുന്ന എൻസൈമുകൾ പ്രോട്ടീനുകളാണ്. ഈ പ്രോട്ടീനുകളെ നിർമിക്കാനുള്ള വിവരമാണ് അഥവാ നിർദ്ദേശമാണ് ഡി എൻ എയിൽ ഈ നാല് അക്ഷരങ്ങൾ കൊണ്ട് എഴുതിയിരിക്കുന്നത്. പ്രോട്ടീനുകൾ നിർമിക്കാനുള്ള വിവരം അടങ്ങിയ ഡി എൻ എ യിലെ ഭാഗങ്ങളെ അഥവാ A, T, G, C എന്നീ അക്ഷരങ്ങളുടെ സീക്വൻസുകളെ (sequence) ആണ് ജീനുകൾ (genes) എന്ന് പറയുന്നത്.  

ഒരു പ്രത്യേക പ്രോട്ടീൻ നിർമിക്കേണ്ട ആവശ്യം വരുമ്പോൾ ആ പ്രോട്ടീന് കോഡ് ചെയ്യുന്ന ഡി എൻ എ യുടെ ഭാഗത്തെ (ജീനിനെ) ആർ എൻ എ പോളിമറേസ് ( RNA polymerase) എന്ന എൻസൈം കോപ്പി ചെയ്യുന്നു. ഈ കോപ്പിയെ മെസ്സഞ്ചർ ആർ എൻ എ (mRNA) എന്ന് പറയുന്നു. ഡി എൻ എ രണ്ടു ഇഴകൾ ഉള്ളത് ആണെങ്കിൽ മെസ്സഞ്ചർ ആർ എൻ എക്ക് ഒരു ഇഴയേ കാണുകയുള്ളൂ. തൈമിന് പകരം യുറാസിൽ ആയിരിക്കും കാണുക. അതായത് അഡനൈൻ ജോഡി ചേരുന്നത് യുറാസിലുമായി ആയിരിക്കും. ഡി എൻ എയിൽ നിന്നും മെസ്സഞ്ചർ ആർ എൻ എയെ ഉണ്ടാക്കുന്ന പ്രക്രിയയെ ട്രാൻസ്ക്രിപ്ഷൻ (transcription) എന്ന് വിളിക്കുന്നു. മെസ്സഞ്ചർ ആർ എൻ എ ന്യൂക്ലിയസിനു പുറത്തെത്തി ട്രാൻസ്ഫർ ആർ എൻ എയുടെ (tRNA) സഹായത്തോടെ റൈബോസോമിൽ പ്രവേശിക്കുകയും അവിടെ വെച്ചു പ്രോട്ടീൻ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. മെസ്സഞ്ചർ ആർ എൻ എ യിൽ നിന്നും പ്രോട്ടീൻ ഉണ്ടാക്കുന്ന പ്രക്രിയയെ ട്രാൻസ്ലേഷൻ (translation) എന്ന് പറയുന്നു.

20 വിവിധ അമിനോ ആസിഡുകൾ പല കൂട്ടുകെട്ടിൽ യോജിപ്പിച്ചുകൊണ്ടാണ് പ്രോട്ടീനുകൾ നിർമ്മിക്കപ്പെടുന്നത്. മൂന്നു ബേസുകളുടെ കോംബിനേഷൻ (combination) ആണ് ഒരു അമിനോ ആസിഡ് നിർമിക്കുന്നതിനായി ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ഉദാഹരണത്തിന് ആദ്യം കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ട കോംബിനേഷൻ ആയ UUU (uracil-uracil-uracil) എന്നത് ഫീനൈൽ അലനീൻ (phenylalanine) എന്ന അമിനോആസിഡിനാണ് കോഡ് ചെയ്യുന്നത്. ഈ മൂന്നു ബേസുകളുടെ കോംബിനേഷനെ കോഡോൺ (codon) എന്ന് വിളിക്കുന്നു. നാല് ബേസുകൾ ഉള്ളതിനാൽ (A, T, G, C) മൂന്നിന്റെ കോമ്പിനേഷൻ ആവുമ്പോൾ മൊത്തത്തിൽ 64 കോഡോണുകൾ ഉണ്ടാവും. ഇവിടെ 20 അമിനോആസിഡുകളെ ഉണ്ടാക്കാൻ 61 കോഡോണുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. അതായത് ഒന്നിൽപരം കോഡോണുകളെ ഒരു അമിനോ ആസിഡ് ഉണ്ടാക്കാനായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഇത് വഴി പ്രകൃതി ജനിതകമാറ്റങ്ങൾക്കെതിരെ നമ്മെ സംരക്ഷിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന് ഗ്ലൈസിൻ (glycine) എന്ന അമിനോആസിഡ് ഉണ്ടാക്കാനായി GGA, GGC, GGG, GGU എന്നിങ്ങനെ നാല് കോഡോണുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഇതിൽ GGA എന്നതിലെ അവസാനത്തെ ബേസ് ആയ A മ്യൂട്ടേഷൻ സംഭവിച്ച് C ആയെന്നു കരുതുക. അപ്പോൾ കോഡോൺ GGA എന്നത് GGC ആവും. എന്നാലും അത് ഗ്ലൈസിൻ തന്നെ ഉണ്ടാക്കും. അങ്ങനെ മ്യൂട്ടേഷന്റെ ദോഷത്തിൽ നിന്നും പ്രകൃതി തന്നെ നമ്മെ സംരക്ഷിക്കുന്നു. 64 കോഡോണുകളിൽ 20 അമിനോആസിഡുകളെ ഉണ്ടാക്കാൻ 61 കോഡോണുകൾ ഉപയോഗിക്കുകയും മിച്ചം വരുന്ന മൂന്നു കോഡോണുകൾ സ്റ്റോപ്പ് കോഡോണുകൾ ( stop codon) ആയി ഉപയോഗിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. അതായത് ആവശ്യമുള്ള പ്രോട്ടീന്റെ ഉത്പാദനം കഴിഞ്ഞാൽ ആ പ്രക്രിയ നിർത്തിവെക്കാനുള്ള നിർദ്ദേശം സ്റ്റോപ്പ് കോഡോണുകൾ റൈബോസോമിന് നൽകുന്നു.

കോശത്തിന്റെ മാസ്റ്റർ പ്രോഗ്രാമായ ഡിഎൻഎ-യിൽ നടക്കുന്ന വിവരക്കൈമാറ്റങ്ങൾ ഒരു എഞ്ചിനീയറിങ്ങ് വിസ്മയം തന്നെയാണ്. ഒരു 100 GB ഫ്ലാഷ് ഡ്രൈവ് എന്നത് നമ്മൾ ഒരു വികസിതമായ ഒരു ടെക്നോളജി ആയി കരുതുന്നു. എന്നാൽ ഒരു സൂചിത്തുമ്പിൻറെ വലുപ്പം മാത്രമുള്ള ഡി എൻ എ യുടെ ഭാഗത്തിന് ഒരു 100 GB ഫ്ലാഷ് ഡ്രൈവിൽ കൊള്ളുന്നതിന്റെ 40 മില്യൺ മടങ്ങ് വിവരം ഉൾക്കൊള്ളാൻ കഴിയും എന്നത് നമ്മെ തീർച്ചയായും അമ്പരപ്പിക്കും. ഘടികാര നിർമാതാവ് അന്ധൻ അല്ല എന്ന് ഇത് നമ്മെ ചിന്തിക്കാൻ പ്രേരിപ്പിക്കുന്നു. പിന്നെയോ, ഓരോ ഘട്ടവും സൂക്ഷ്മം ആയി പ്ലാൻ ചെയ്ത അതീവ ബുദ്ധിശാലിയായ ഒരു രൂപസംവിധായകനെ (intelligent designer) ആണ് നമുക്ക് ഇവിടെ കാണാൻ കഴിയുന്നത്.