नैसर्गिक आण्विक अब्जांश यंत्राच्या समन्वित कार्यप्रणालीमुळेच विविध जैविक प्रक्रिया सुसंगतपणे चालविल्या जातात. निसर्गात विविध अब्जांश यंत्रे सूक्ष्मजीव, आदिजीव, विविध प्राणी आणि वनस्पती यांमध्ये आढळतात. अशा अब्जांश यंत्रांची निर्मिती ही गरजेनुसार सजीवांच्या उत्क्रांतीच्या विविध टप्प्यांवर झाली असावी, असे दिसते. अशा विशिष्ट अब्जांश यंत्रांच्या रचना व कार्ये खाली दिलेली आहेत :
(१) पुच्छयंत्रे (कशाभिका; Flagella) : साधी संरचना व कार्य असलेल्या आणि सूक्ष्मदर्शकाशिवाय दिसू न शकणाऱ्या असंख्य प्रकारच्या जीवांच्या मोठ्या गटाला सूक्ष्मजीव (Micro-organism) म्हणतात. सूक्ष्मजीव हे एकपेशीय जीव असून ते ज्ञात अशा सर्वांत लहान सजीवांपैकी आहेत. त्यांमध्ये विविध अब्जांश यंत्रे कार्यरत असतात. सूक्ष्मजंतूंच्या (Bacteria) चलनवलनासाठी उपयुक्त चाबकासारख्या धाग्यास पुच्छयंत्रे (कशाभिका) म्हणतात. पुच्छयंत्रे ही सर्वांत जुनी अब्जांश यंत्रे समजली जातात. पुच्छयंत्रे सूक्ष्मजंतू पेशींच्या बाह्य पडद्यावर घट्ट बसवलेली असतात. कशाभिका हे फिरणारे यंत्र असून सूक्ष्मजंतूंना हालचालीची दिशा व शक्ती देण्याचे काम करते. कशाभिका हे फ्लाजेलीन नावाच्या लवचिक प्रथिनांपासून बनलेले असते. हे यंत्र तीन भागांमध्ये विभागलेले असते : मूळ यंत्र (Basal body), जोड (Hook) व धागा (Filament) असून ते अनुक्रमे द्वि-दिशा फिरणारे यंत्र, पेच असलेला खिळा (Screw) आणि सांध्याचे काम करते. पहिला भाग मूळ यंत्र हे शरीरामध्ये, दुसरा भाग सांधा शरीराच्या आवरणामध्ये व तिसरा भाग म्हणजे धागा (शेपटी) शरीराच्या बाहेर असतो (आ. १).
शरीराच्या बाहेरील भाग हा लवचिक प्रथिनांनी बनलेला धागा आहे. मूळ संयंत्राशी संलग्न असलेल्या दांड्यामध्ये २ किंवा ४ चकत्या असतात. त्यांतील काही पेशी-आवरणावर, तर काही पेशीच्या आत असतात. हे मूळ संयंत्र अत्याधुनिक धारव्याप्रमाणे काम करते. त्याचा आकार ४० नॅनोमीटर (१ नॅनोमीटर = १०-९ मीटर) इतका असतो. त्यात धातूच्या छऱ्याप्रमाणे ‘माँट’ नावाच्या प्रथिनांची बांधणी असते, तर आतील बाजूस गती देणाऱ्या गोल वलयासारख्या ‘फ्ली’ नावाच्या प्रथिनरचना असतात. धन विद्युत् भारित अणुकेंद्रीय चालक प्रेरणेमुळे (Proton Motive Force) ‘माँट’ प्रथिनांना गती दिली जाते व तीच गती पुढे ‘फ्ली’ प्रथिनांना कार्यान्वित करते. ह्याच ‘फ्ली’ प्रथिनरचनेच्या केंद्रस्थानी असलेला मूळ दांडा व त्याभोवतीच्या चकत्यांना ही गतिज ऊर्जा अनुक्रमे कार्यान्वित करते व लवचिक प्रथिनांच्या विविध हालचालीस कारणीभूत ठरते.
(२) केसतंतू (Pilus / Pili) : पुच्छयंत्राबरोबरच केसतंतू महत्त्वाची अब्जांश यंत्रे आहेत. ती मुख्यत: सूक्ष्मजंतू पेशींना पृष्ठभागावर स्थिर होण्यासाठी जोड (सांधा) देण्याचे काम करतात. ही सूक्ष्मजंतू पेशींवर केसांसारखी प्रथिनरचना आहे. केसतंतू हे यजमान पेशींच्या पृष्ठभागावर चिकटून बसण्यासाठी, इतर सूक्ष्मजीव पेशींना चिकटण्यासाठी आणि आनुवंशिक घटक व विषारी घटक एका पेशीतून दुसऱ्या पेशीत नैसर्गिकपणे पोहोचविण्यासाठी एखाद्या बोगद्याप्रमाणे किंवा पोकळ नलिकेप्रमाणे काम करतात. केसतंतू हे ‘पिलीन’ प्रथिनांपासून बनलेल्या दांड्याप्रमाणे असतात.
अतिरिक्त जनुकीय घटक (Plasmid) विशिष्ट केसतंतूंसाठी संकेत देतात. उदा., प्रजननक्षमता गुणक हे लिंग पिलायसाठी (Sex Pili) संकेत देतात. ते पेशींमध्ये २-४ संख्येत उपस्थित असतात. फ (F) पिलाय हे सूक्ष्मजंतू संयोगामध्ये सहभागी असतात. त्यामुळे दोन सूक्ष्मजंतू एकत्र जोडले जाऊन त्यांच्या जीवद्रव्यामध्ये एक पूल तयार होतो व त्या माध्यमाद्वारे एकमार्गी हस्तांतरण होते ते एकसूत्र डीऑक्सिरियबोन्यूक्लिइक आम्ल (Single strand DNA) व काही प्रथिनांचे या संयोगामुळे सूक्ष्मजंतूंमध्ये अतिरिक्त जनुकीय घटकांचे गमन होण्यासाठी उपयोग होतो (आ. २). या प्रकारच्या देवाणघेवाणीमुळे स्वीकारणाऱ्या पेशीत काही वैशिष्ट्यपूर्ण गुणधर्म निर्माण होतात. उदा., प्रतिजैविक प्रतिकार, रंगद्रव्यनिर्मिती इत्यादी.
(३) जटिल ऊर्जा संश्लेषक यंत्रे (ATP Synthase) : ही यंत्रे म्हणजे आण्विक जगाचे एक आश्चर्य आहे. एटीपी (ॲडिनोसिन ट्रायफॉस्फेट) सिंथेस हे एक जटिल प्रथिन विकर (एंझाइम) आहे. एक आण्विक गतियंत्र (F0) आयन पंपाद्वारे दुसऱ्या आण्विक गतियंत्रासोबत (F१) अब्जांश मापनी प्रमाणात एकत्र जोडले जाऊन पेशीमध्ये अनिवार्य भूमिका पार पाडतात. जटिल ऊर्जा संश्लेषक संयुगे (एटीपी) ह्या यंत्रात बनविली जातात व शरीरात पेशीसंबंधी सर्व प्रक्रियांना बळ देतात. जटिल ऊर्जा संश्लेषण दोन फिरणाऱ्या गतिशील यंत्रांमुळे होते, जे प्रत्येकी एका वेगळ्या इंधनाद्वारे चालविले जाते. यांपैकी खालील बाजूचे गतियंत्र (F0) हे विद्युत् यंत्र आहे. ते आवरणामध्ये खोल रुतून असते व त्याला प्रवाहित हायड्रोजन विद्युत् भारित कणांमुळे बळ मिळते. धन विद्युत् भारित अणुकेंद्रीय कण ह्या गतियंत्राद्वारे (F0) वाहतात व गतियंत्रणा गोल फिरतात. हे गतियंत्र दुसऱ्या गतियंत्राला (F१) जोडलेले असतात. दुसरे गतियंत्र (F१) हे रासायनिक यंत्र आहे. त्याला जटिल ऊर्जा संयुगे (एटीपी) यामुळे बळ मिळते. ही दोन्ही गतियंत्रे (F0 व F१) स्थाता या अचल भागामुळे (Stator) एकमेकांना जोडलेली असतात (आ. ३). म्हणून जेव्हा F0 गतियंत्र फिरतात तेव्हा F१ गतियंत्रेसुद्धा फिरू लागतात. अशा प्रकारे एक गतियंत्र दुसरे गतियंत्र फिरण्यासाठी बळ देतात. F0 गतियंत्रांना धन विद्युत् भारित कणांच्या ढालीमुळे (Gradient) क्रमिकता (Gradient) बळ मिळते. ते जटिल ऊर्जा संयुगे तयार करण्यासाठी F१ गतियंत्रांना देतात. आपल्या पेशीमध्ये अन्नाचे ज्वलन होऊन ते धन विद्युत् भारित कणांना पंप करण्यासाठी सूत्रकणिका (Mitochondria / ऊर्जा केंद्र) आवरणामध्ये उपयोगात आणले जाते. F0 गतियंत्र ह्या धन विद्युत् भारित कण हेतूशक्ती प्रवाहित कणांना परत करण्यासाठी गतियंत्राला वळवते. जसे हे घूर्णक (फिरता भाग) वळते तसे ते ऊर्जानिर्मिती केंद्र बनते आणि प्रत्येक वळणाबरोबर जटिल ऊर्जा संयुगे तयार करते.
(४) रोटिफर (Rotifer) : हे जलीय बहुपेशीय विस्मयकारी सूक्ष्मदर्शी प्राणी आहेत. लॅटिन भाषेत रोटी म्हणजे चक्र व फर म्हणजे धारण करणारे म्हणजेच चक्र धारण करणारे प्राणी असा अर्थ होतो. रोटिफर हे पक्ष्माभिकामय (Ciliated) प्राणी असून त्यांच्या शिरोभागावर पापणीच्या केसांसारख्या तंतूंचा झुबका असतो त्याला लॅटिन भाषेत मुकुट (कोरोना / क्राऊन) असे संबोधिले जाते (आ.४). पहिल्यांदा सूक्ष्मदर्शकाखाली हा प्राणी चक्र धारण केलेला असा आढळून आला. ही चक्ररचना दोन एककेंद्री वलयांची बनलेली असते (त्रोचस व एन्गुलूम). ही चक्रे म्हणजे फिरणारी गतिशील रचना नाही, तर तालबद्ध कंप पावणाऱ्या पक्ष्माभिका आहेत. त्या रोटिफरला पुढे ढकलण्याच्या क्रियेत व भक्ष्य शोधण्यास मदत करतात. ही कंप प्रक्रिया खूप जलद होत असते. त्यामुळे ते चक्राकार गतीप्रमाणे भासतात. या कंपनांमुळे अन्न तोंडात ढकलले जाते.
अशा प्रकारे निसर्गातील प्राणी, वनस्पती, सूक्ष्मजीव यांमध्ये अनेक प्रकारची अब्जांश यंत्रे कार्यान्वित आहेत. प्रगत व आदिजीवांमध्ये प्रथिननिर्मिती यंत्रे, विविध प्रकारची विकरे, विविध घटक वाहून नेणारी वाहक प्रथिने, ऊर्जानिर्मितीचे घटक इ. अब्जांश यंत्रे कार्यरत आहेत. जसे प्रथिनांची निर्मिती ही रायबोसोम व तंतुकणिका यांसारख्या सूक्ष्म यंत्रणेत होते, जेथे विविध प्रकारची ॲमिनो अम्ले व विविध प्रकारची प्रथिने तयार होतात. आरएनए (रिबोन्यूक्लिइक अम्ल; RNA) व विविध प्रकारची प्रथिने असलेला हा घटक म्हणजे आण्विक जुळवणी करण्याचे अब्जांश यंत्रच आहे. अशा प्रकारच्या विविध अब्जांश यंत्रांच्या कार्यपद्धतीचा अभ्यास व त्यांची कृत्रिम अब्जांश यंत्रनिर्मिती यासाठी विविध स्तरावर प्रयत्न सुरू आहेत. त्यातूनच अब्जांश रोबॉटिक्स, अब्जांश वैद्यक, अब्जांश शस्त्रक्रिया इत्यादींसारख्या विज्ञान शाखा विकसित होत आहेत.
संदर्भ :
- Erhardt, M., Namba, K., & Hughes, K. T. Bacterial Nanomachines : The flagellum and type III injectisome. Cold Spring Harbor perspectives in biology, 2(11), a000299, 2010.
- Feynman, R. P. The pleasure of finding things out : The best short works of Richard P. Feynman, Helix Books, 2005.
समीक्षक – वसंत वाघ
