மூலக்கூறு உயிரியலில் நவீன இயற்பியலின் பங்களிப்பு: 3 லின்னஸ் பவுலிங்

This entry is part of 47 in the series 20030510_Issue

அரவிந்தன் நீலகண்டன்


வளி மண்டல அணு ஆயுத சோதனைகளை அமெரிக்க அரசு திட்டமிட்டிருந்த போது அமெரிக்க அதிபருக்கு ஒருவர் பின்வருமாறு தந்தி அனுப்புகிறார், ‘உலகில் மிகவும் ஒழுக்க கேடான ஒரு செயலை செய்யபோகும் மிக மோசமான மனிதர் நீங்கள் ‘. இவ்வாறு தந்தி அனுப்பிய அந்த மனிதர் ஒரு சில நாட்களில் வெள்ளை மாளிகைக்கு விருந்துக்கு அழைக்கப்படுகிறார். அமெரிக்க அதிபரின் மனைவியுடன் நடனமும் ஆடுகிறார்.அமெரிக்க அதிபர் ஜான் எஃப் கென்னடி. ஐம்பது வயதை தாண்டிய அந்த மனிதர் லின்னஸ் பவுலிங்.

*****

1919 இல் லின்னஸ் பவுலிங் தன் ஆராய்ச்சியினை வேதி இணைப்புகள் (Chemical bonding) குறித்து தொடங்கியிருந்தார். 1922 இல் படிகங்கள் உருவாகுவதை குறித்த ஆராய்ச்சியில் அவர் ஈடுபட்டார். டைஎலெக்ட்ரிக் மாறிலிகளை க்வாண்டம் பார்வையில் ஆய்வு செய்தது அவரது பெரும் வெற்றிகளில் ஒன்றாக அறியப்படுகிறது. உண்மையில் பவுலிங் வேதியியல் மேல் மோதிய இயற்பியலின் க்வாண்டம் புரட்சியின் அலை முகமாவார். இரட்டை பரிமாண வேதிக்குறியீடுகளிலிருந்து முப்பரிமாண இணைப்பு நீளங்களுடனும், சாய்வு கோணங்களுடனும் வேதியியல் நூல்களில் மாறத் தொடங்கின. (கரிம வேதியியலில் சிறுபந்து நீள் குச்சி கொண்டு உருவாக்கப்பட்ட மூலக்கூறு படங்களை கண்டு எரிச்சல் அடையும் மாணவர்கள் அல்லது தங்கள் கல்லூரி, பள்ளி நாட்களில் எரிச்சல் அடைந்தவர்கள் யார் மீது ஆத்திரம் கொள்வதென தெரிந்து கொள்வார்களாக.) இதற்கு வேதியியலாளர்களிடமிருந்து கடும் எதிர்ப்பு இருந்த போதிலும், ஆராய்ச்சி முடிவுகளால் மீண்டும் மீண்டும் பவுலிங்கின் மூலக்கூறு அமைப்புகள் நிலைநிறுத்தப்பட்டமையால் விரைவில் பவுலிங் புரட்சி வேதியியலின் அடிப்படை தூண்களில் ஒன்றாகிவிட்டது. ‘Coordination theory of complex compounds ‘ இன்று வேதியியலில் அடிப்படை பாடமாகியுள்ளது. இன்று கல்லூரி இளங்கலை அளவிலேயே க்வாண்டம் இயக்கவியல் எளிய அளவில் வேதியியல் மாணவர்களுக்கு வேதி இணைப்புகள் குறித்த அறிமுக பாடங்களில் கற்றுத்தரப் படுகிறது. ஆனால் அன்றோ…உதாரணமாக 1952, ஏப்ரல் 22 அன்று பவுலிங் பின்வருமாறு கூறினார், ‘எனது அறிவியல் கோட்பாடுகள் இன்று சோவியத் நாட்டில் தாக்கப்படுகின்றன. இந்த அறிவியல் அடிப்படையில் (க்வாண்டம் இயற்பியல்) ஆராய்ச்சி நடத்த சோவியத் வேதியியலாளர் களுக்கு அனுமதி மறுக்கப் படுகிறது. எனக்கு அங்கு விரிவுரை ஆற்ற செல்லக்கூட பாஸ்போர்ட் மறுக்கப்பட்டுள்ளது. ஆட்சியாளர்கள் அறிவியலின் முன்னேற்றத்தை தடுப்பதிலும் தனிமனித சுதந்திரத்திற்கு செய்யும் இடையூறுகளிலும் இது ஒரு முறை. ‘

பவுலிங்கின் தொடக்க ஆராய்ச்சிகள் கரிம வேதித்தன்மை அற்ற படிகங்களில் இருந்தாலும், 1930 களில் அவரது ஈடுபாடு உயிர்வேதி மூலக்கூறுகள் பக்கம் திரும்பியது. இதற்கு முக்கிய காரணம் கால்டெக்கின் ‘ஈ மனிதரான ‘ மோர்கன்தான். உதிரத்தின் ஹீமோக்ளோபின் மூலக்கூறின் அமைப்பு குறித்த ஆராய்ச்சியில் பவுலிங் இறங்கினார்.

ஹீமோக்ளோபின் மூலக்கூறின் அமைப்பு அது உயிரினங்களில் ஆற்றும் பணிக்கு தக்கவாறு அமைந்திருக்க வேண்டும். அதாவது ஆக்ஸிஜனை பிணைத்து எடுத்துச் சென்று பின் விடுத்து செல்லும் அதன் பணிக்கு தக்கவாறான அமைப்பினை அது பெற்றிருக்க வேண்டும். ஹீமோக்ளோபினும் சரி மற்ற புரதங்களும் சரி அடிப்படையில் அமினோ அமிலங்களால் அமைக்கப்பட்டவை. அமினோஅமிலம் ஒன்றின் அமினோ-பகுதி, மற்றொரு அமினோ-அமிலத்தின் அமில பகுதியுடன் இணைவதால் ஏற்படும் ‘பெப்டைட் ‘ பிணைப்புகளால் புரத மூலக்கூறு உருவாகிறது. இவ்வாறு ஒரு புரத மூலக்கூறு அமினோஅமில கண்ணிகள் பெப்டைட் பிணைப்புகளால் ஒன்றோடொன்று இணைந்து உருவாகும் சங்கிலி தொடராக விளங்குகிறது. இந்த அமினோஅமிலத் தொடரே புரத மூலக்கூறின் முதன்மை (primary) அமைப்பு எனலாம். ஆனால் உயிரியக்கங்களில் புரத மூலக்கூறின் இம்முதன்மை அமைப்பு மாத்திரமல்ல அதன் உப-முதன்மை (secondary) தன்மையான எவ்வித வடிவில் இச்சங்கிலி அமைக்கப்பட்டுள்ளது என்பது முக்கியமாகிறது. புரத மூலக்கூறில் உள்ள பல்-பெப்டைட் இணைப்புகளில், ஒவ்வொரு பெப்டைட் கண்ணியிலும் இருக்கும் அமினோ பகுதி (அமைட்) மற்றொரு (அடுத்ததோடல்ல) அமில பகுதியின் ஆக்சிஜனுடன் உருவாக்கும் பலவீனமான ஹைட்ரஜன் இணைப்புகள், புரத மூலக்கூறின் பெப்டைட் சங்கிலி தொடரில் ஒரு முப்பரிமாண சுழல் வளைவினை (helical) ஏற்படுத்துவதாக அதுவே புரதத்தின் உபமுதன்மை தன்மையாக விளங்குவதாக லின்னஸ் பவுலிங்கும் அவருடன் இணைந்து ஆய்வு நடத்திய உயிர்வேதியியலாளரான ஆல்பர்ட் மிர்ஸ்கியும் 1936 இல் கூறினர். (ஹிமோக்ளோபினை பொறுத்த வரையில் அதில் ஆக்ஸிஜன் இரும்புடன் ஏற்படுத்தும் தத்தம் மின்னணுக்களின் சுழலறைகளின் அமைப்பு மாற்றம் அதன் இயக்கத்தில் பெரும் பங்கு வகிப்பதை பவுலிங் ஆய்ந்தறிந்தார்.) இந்த பலவீனமான ஹைட்ரஜன் இணைப்புகள் வெப்பத்தால் உடைக்கப்பட முடிந்தவை. புரதங்கள் சூடாக்குகையில் தன்னியல்பு நீர்த்து விடுதலுக்கு (denaturalization) இந்த ஹைட்ரஜன் இணைப்புகள் அழிவதே காரணம் எனவும் அவர்கள் கருதினர்.இக் கருதுகோள்களை மெய்ப்பிக்கும் அல்லது பொய்ப்பிக்கும் ஆராய்ச்சி தகவல்கள் எக்ஸ்கதிர்கள் மூலம் புரத படிகங்களை ஆய்வதன் மூலம் கிடைக்குமென பவுலிங் கருதினார்.

1937 இல் ஆய்வாளர் இராபர்ட் கோரே சிறிய புரத மூலக்கூறுகள் மற்றும் பெப்டைட் தொடர்களின் எக்ஸ் கதிர் ஆய்வு முடிவுகளை வெளியிட்டார். இந்த ஆய்வுத் தகவல்களின் அடிப்படையில் தன் சுழல் வளைவு புரத மூலக்கூறின் சரியான அளவுகளை கண்டுபிடிப்பதில் பவுலிங் தீவிரமானார். ஒவ்வொரு அமைட் (அமினோ பகுதி)டும் தன்னிலிருந்து மூன்றாவது பெப்டைடின் அமில பகுதியின் ஆக்ஸிஜனுடன் ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு(>C=O—ஹைட்ரஜன் பிணைப்பு—H-N<) உருவாக்கியிருப்பதை நிறுவிய பவுலிங் 1950 இல் புரத மூலக்கூறின் அமைப்பில் இந்த ஹைட்ரஜன் இணைப்பால் ஒரு நடு அச்சு சார்ந்த சுழல் வளைவாக வெளிப்படுவதை ஐயம் திரிபற நிறுவினார். பின்னர் பவுலிங் இதற்கு அடுத்த நிலையில் புரத மூலக்கூறுகளிடையேயும் ஹைட்ரஜன் பிணைப்புகள் ஏற்படுவதால் உருவாகும் மடக்கப்பட்ட தாளினை ஒத்த அமைப்பினை நிறுவினார். இதற்கு பீட்டா-மடக்கப்பட்ட தாள் (Beta pleated sheet) என பெயர். இவ்வாறு உயிரின் அதிமுக்கிய அன்றாட செயலியக்கத்தின் அடிப்படையாக விளங்கும் புரதங்களின் மூலக்கூறு வடிவமைப்புகளை சரியாக ஆய்ந்தறிய ஒரு சிறந்த ஆராய்ச்சி மற்றும் கணக்கிடல் முறையை க்வாண்டம் இயற்பியல் அடிப்படையிலான வேதிபிணைப்பு ஆராய்வு மூலம் லின்னஸ் பவுலிங் ஏற்படுத்தினார். இதுவே மூலக்கூறு உயிரியல் ஒரு வெற்றிகர துறையாக, உயிரின் பல அம்சங்களை அதன் மூலக்கூறு அளவிலான இயக்க நிலையில் அறிய உதவிற்று.

இயல்பாகவே பவுலிங் மரபணுவின் மூலக்கூறு இயல்பிலும், DNA யின் வடிவமைப்பினை கண்டறிவதிலும் ஆர்வம் கொண்டிருந்தார். ஒரு மரபணு தன் வெளிப்பாட்டினை புரதங்கள் மூலம் செயலாக்குகிறது. எனவே, புரதங்களின் மூலக்கூறுத் தொடரில் மரபியல் தகவல்கள் வெளிப்பட ஏதுவானதோர் செயலியக்கத்தினை கொண்ட வடிவமைப்பை மரபணுவில் எதிர்பார்க்கலாம். இது எவ்வாறு இருக்கவேண்டும் ? பாஸ்கல் ஜோர்டான் எனும் இயற்பியலாளர் இது குறித்து க்வாண்டம் செயலியக்கம் கொண்டதோர் அணுகுமுறையினை முன்வைத்தார். மூலக்கூறு அளவில் இயற்கை தேர்வும் க்வாண்டம் இணைவதிர்வும் (quantum resonance) கலந்ததோர் விளக்கம் அது. பவுலிங் அதனை நிராகரித்தார். இவ்விஷயத்தில் அவரும் மாக்ஸ் டெல்பர்க்கும் ஒத்த அலைவரிசையில் சிந்தித்தார்கள். மரபணு இரட்டிப்பாகும் செயலியக்கம் உண்மையில் ‘ ஒன்றோடொன்று ஒத்திசைவு கொண்ட இரு பதிப்பு அச்சுகளின் (templates) தன்மை கொண்டு, ஒன்றின் அடிப்படையில் அடுத்தது உருவாக்கவும் அவை இரண்டுமாக இணைந்து தன்னைதானே மீள் உருவாக்கவுமான சாத்தியம் கொண்டிருக்க வேண்டும். ‘ என 1948 இல் இங்கிலாந்த்தில் ஆற்றிய உரைகளில் அவர் கூறினார். ஆனால் பவுலிங் செய்த ஒரு பெரும் தவறு என்னவென்றால் இந்த மரபணுவுக்கான வடிவத்தை செயலியக்க அடிப்படையில் ஊகித்த பவுலிங் இந்த ஊகத்தை DNA வடிவமைப்பை அறிவதில் பயன்படுத்த தவறிவிட்டார். உதாரணமாக கீழ் கண்ட மேற்கோளில் அவர் DNA->புரத உறவினை மிகத்தெளிவாக ஊகித்திருப்பதை காணலாம், ‘பிளாஸ்டிக் பொருட்கள் உருவாக்க பயன்படும் அச்சினை போலவே மரபணு அச்சினால் புரத உயிர்வேதியியக்க ஊக்கிகள் (enzymes) உருவாக்கப்படுகின்றன. இந்த புரதங்களின் செயல்பாடுகளே ஒரு உயிருக்கு அதன் வேதித்தனித்தன்மையை அளிக்கிறது. ‘ இம்மேற்கோளில் ‘மரபணு ‘ என வரும் இடத்தில் ‘DNA ‘ என வார்த்தை மாற்றம் செய்தீர்களானால் இன்று நாம் அறிந்துள்ள மூலக்கூறு உயிரியலின் ‘மைய சித்தாந்தம் ‘ தயார். துரதிர்ஷ்டவசமாக இரண்டு விஷயங்களில் பவுலிங், வாட்ஸன்-கிரிக் அணியினரிலிருந்து பின்னடைவு கொண்டிருந்தார்.

புரத வேதியியலாளர்கள் அனைவருக்குமே இருந்த ஒரு மனத்தடை பவுலிங்கையும் ஆட்கொண்டிருந்தது. அதாவது, உயிரின் மரபுக்கூறுகளின் பன்மையை விளக்க நாலே மாறுபட்ட கண்ணிகளை கொண்ட DNA யை விட பன்மைதன்மை அதிகமான புரத மூலகூறுகளே மிகப் பொருத்தமானவை எனும் எண்ணத்தின் வேரூன்றலால், மரபணு குறித்த தனது மிகச்சிறந்த அறிவார்ந்த ஊகங்களை DNA யின் வடிவமைப்பை கணிப்பதில் இணைக்க பவுலிங் தவறிவிட்டார்.

வாட்ஸன் – கிரிக் அணியினருக்கு சிறந்த எக்ஸ்-கதிர் படிக டிஃப்ராக்ஷன் புகைப்படங்கள் ரோஸாலிண்ட் ப்ராங்க்லின் மூலமாக கிடைத்திருந்தது. அத்தகைய முதல்தர ஆய்வுத்தகவல்கள் இல்லாமலேயே பவுலிங் இம்முயற்சியில் ஈடுபட்டார்.

எனவே மூச்சுழல் வளைவுகள் கொண்ட ஒரு மூலக்கூறு வடிவமைப்பை பவுலிங் அறிவித்தார். விரைவிலேயே ஆராய்ச்சித்தகவல்களை சிறப்பாக விளக்க கூடிய இரு இழைகள் கொண்ட இரு சுழல்வளைவுகள் அமைப்பினை வாட்ஸன் மற்றும் கிரிக் வெளியிட்டனர். பின் நடந்தவை வரலாறாகிவிட்டன. 1971 இல் அமெரிக்க தத்துவ மையத்திற்கு அவர் அளித்த பேட்டியில் லின்னஸ் பவுலிங் அந்த நாட்களை குறித்து பினவருமாறு கூறினார்,

‘கேள்வி: DNA யின் வடிவமைப்பினை அறிவதில் எத்தகைய போட்டி அப்போது நிலவியது ?

பதில்: அப்போது…நாங்கள் அதை அவ்வளவு தீவிரமாக கருதவில்லை. எங்களுக்கு மிக குறைவான ஆராய்ச்சி தகவல்களே இருந்தன. மேலும் எங்களுக்கு கிடைத்த எக்ஸ்-கதிர் ஆய்வு புகைப்படங்களோ மிகத்தரகுறைவானவை. அவர்களுக்கு (வாட்ஸன் & கிரிக்) கிடைத்த வில்கின்ஸின் (உண்மையில் அது ரோஸாலிண்ட்டினால் எடுக்கப்பட்டது -கட்டுரையாளன்) எக்ஸ்-கதிர் ஆய்வுப்படங்கள் கிடைத்திருக்குமெனில் நாங்கள் இருஇழை-இரு சுழல்வளைவுகள் தீர்வுக்கு வந்திருப்போம். ‘

முடிவாக பரிணாம அறிவியலை மூலக்கூறு உயிரியலுடன் இணைத்தது பவுலிங்கின் மிகப்பெரியதோர் சாதனையாகும்.

தன் மூலக்கூறு அளவிலான புரத அறிதலையும், உயிரின் பரிணாம வளர்ச்சியில் புரதங்களின் பன்மை வகிக்கும் முக்கிய பங்கினையும் இணைத்து உயிரின் பரிணாம வளர்ச்சிக்கு ஒரு மூலகூறு அளவிலான கடிகாரத்தை கணித்தமைத்தார். இன்றும் உயிரின் பரிணாமத்தின் மூலக்கூறு வழிப்பாதைகளை அறிய அவர் அமைத்து தந்த இந்த அஸ்திவாரம் இன்று பரிணாம அறிவியலாளர்களால் பயன்படுத்தப்படுகிறது. பரிணாமத்தின்

மூலக்கூறு அளவுகோலாக அறியப்படும் அமினோஅமில அலகு என்பது ஒரு புரத மூலக்கூறு வடிவமைப்பில் ஒரு வருடத்திற்கு 10^-9 அமினோஅமில பதிலியாக்கம் (substitution) என்பதாகும். இந்த அலகு இன்று பவுலிங்கின் ஞாபகார்த்தமாக ‘பவுலிங் ‘ என்றே அழைக்கப்படுகிறது. லின்னஸ் பவுலிங் மற்றும் மாக்ஸ் டெல்பர்க் போல மூலக்கூறு உயிரியலின் பிறப்பிற்கு மிகவும் உதவிய மற்றொரு க்வாண்டம் இயற்பியல் மேதை

எர்வின் ஸ்க்ராட்டிஞ்சர்.

பின்குறிப்பு:

பவுலிங் மேற்கோள்கள் பின்வரும் இணைய தளத்திலிருந்து பெறப்பட்டவை:http://osulibrary.orst.edu/specialcollections/coll/pauling/dna/

DNA வடிவமைப்பை கண்டுபிடிப்பின் வரலாற்றின் ஆவணங்கள் அடங்கிய சிறந்த இணைய தளமிது.)

***

infidel_hindu@rediffmail.com

Series Navigation