जेम्स ड्यूई वॉटसन (६ एप्रिल १९२८) आणि फ्रॅन्सिस हॅरी कॉम्पटन क्रिक (८ जून १९१६ – २८ जुलै २००४) यांनी १९५३ साली डीएनए संरचनेचा शोध लावला. डीएनए हे आनुवंशिकतेचे रसायन असल्याचे निश्चित झाल्यानंतर अनेक शास्त्रज्ञांनी त्याच्या संरचनेचा शोध लावण्याचा प्रयत्न केला. डीएनएच्या रासायनिक पृथक्करणातून असे निदर्शनास आले की, डीएनएमध्ये फॉस्फेट, शर्करा (डीऑक्सिरायबोज) आणि प्युरीन व पिरिमिडीन प्रकारच्या क्षारकीय संयुगांचे रेणू असतात. क्षारकीय संयुगांचे अडेनीन, ग्वानिन (प्युरीन), थायमिन आणि सायटोसीन (पिरिमिडीन) असे एकूण चार प्रकारचे रेणू आढळतात. शर्करेचा रेणू, फॉस्फेट आणि क्षारकीय संयुगाचा रेणू मिळून एक घटक बनतो, त्याला न्यूक्लिओटाइड म्हणतात. अशा न्यूक्लिओटाइड घटकांपासून डीएनएचे मोठे रेणू तयार होतात. डीएनएमध्ये आढळणाऱ्या चार प्रकारच्या क्षारकीय संयुगांपैकी अडेनीन आणि थायमीन तसेच ग्वानीन आणि सायटोसीन यांचे प्रमाण साधारण सारखे असते.
पेशींच्या सर्व व्यवहारांची माहिती साठविणे, स्वतःच्या माहितीची अचूक प्रत बनविणे आणि आनुवंशिक माहिती पुढच्या पिढीपर्यंत पोचविणे या क्षमता असलेल्या रेणूची संरचना समजणे महत्त्वाचे होते. अमेरिकेन प्राणिशास्त्रज्ञ वॉटसन आणि ब्रिटिश भौतिकशास्त्रज्ञ क्रिक यांनी १९५१ सालापासून डीएनए रेणूची संरचना या विषयावर केंब्रिज येथील कॅव्हेंडिश प्रयोगशाळेत काम केले. या शास्त्रज्ञांखेरीज मॉरिस विल्किन्झ आणि रोझालिंड फ्रँक्लिन (२५ जुलै १९२० – १६ एप्रिल १९५८) या शास्त्रज्ञांचा डीएनए संरचनेच्या शोधात महत्त्वाचा वाटा होता. विल्किन्झ आणि फ्रँक्लिन यांनी लंडन येथील किंग्स कॉलेजमध्ये डीएनएच्या क्ष-किरण विवर्तनावर (X-ray diffraction) संशोधन केले.
क्ष-किरण विवर्तन तंत्रात या किरणांचा मारा ज्या रेणूंचा अभ्यास करावयाचा आहे त्या रेणूंवर होतो. क्ष-किरणांची तरंगलांबी अत्यंत कमी असल्यामुळे हे किरण अणूंच्या मधून निघून जातात किंवा मार्गात आलेल्या अणुमुळे त्यांची दिशा बदलते. रेणूंच्या पलीकडे गेलेल्या किरणांपासून जो पट तयार होतो त्याचा रेणूमध्ये अणूंची संरचना कशी आहे याचा अंदाज बांधण्यासाठी उपयोग होतो. फ्रँक्लिन यांनी डीएनएच्या क्ष-किरण विवर्तनाचे पट बनविले.
वॉटसन आणि क्रिक यांनी त्यांच्या संशोधनासाठी वेगळी पद्धती वापरली होती. रसायनशास्त्राच्या नियमांप्रमाणे अणू आणि रेणू एकमेकांशेजारी मांडून त्यांच्या प्रतिकृती तयार करण्याचा हा मार्ग त्यांनी अवलंबिला होता. स्वतः केलेली प्रतिकृती आणि विल्किन्झ आणि फ्रँक्लिन यांनी तयार केलेल्या क्ष-किरण विवर्तन पटाच्या साहाय्याने, डीएनए रेणूमध्ये उजव्या हाताचे वळण घेत एकमेकांभोवती सर्पिल पद्धतीने गुंडाळलेल्या दोन साखळ्या (Right Handed Double Helix) असतात. साखळ्यांची अभिमुखता विरुद्ध दिशेने (Anti Parallel Orientation) असल्याचा अंदाज वॉटसन आणि क्रिक यांनी बांधला (आकृती १ अ, ब). साखळीच्या कण्यामध्ये प्रत्येक डीऑक्सिरायबोज शर्करेचा रेणू फॉस्फेटच्या साहाय्याने पुढच्या डीऑक्सिरायबोज शर्करेच्या रेणूला जोडलेला असतो. यामध्ये शर्करेच्या एका रेणूचा ५ क्रमांकाचा कार्बन आणि शर्करेच्या दुसऱ्या रेणूचा ३ क्रमांकाचा कार्बन भाग घेतात. यामुळे एका टोकाच्या ५ व्या कार्बनच्या पुढे शर्करा नसते, याला ५ अंत्यस्थ म्हणतात. याच साखळीच्या दुसऱ्या टोकाला शेवटी असलेल्या शर्करेच्या रेणूचा ३ क्रमांकाच्या कार्बनला हायड्रॉक्सिल जोडलेला असतो आणि तिथे साखळी संपते, याला ३ अंत्यस्थ म्हणतात. साखळ्यांची अभिमुखता विरुद्ध दिशेने असते म्हणजे डीएनए रेणूच्या पहिल्या साखळीचा ५ अंत्यस्थ आणि दुसऱ्या साखळीचा ३ अंत्यस्थ एकमेकासमोर येतात. त्या डीएनएच्या दुसऱ्या टोकाला पहिल्या साखळीचा ३ अंत्यस्थ आणि दुसऱ्या साखळीचा ५ अंत्यस्थ एकमेकासमोर येतात. डीएनए रेणूमधील क्षारकीय संयुग आणि डीऑक्सिरायबोज शर्करा या दोन्हींमध्ये कार्बनचे अणू असतात, त्यांना वेगवेगळे ओळखण्यासाठी शर्करेच्या कार्बन अणूंना १’, २’, ३’, ४’, ५’ असे संबोधण्यात आले, त्यामुळे साखळीच्या टोकांना ५’ अंत्यस्थ आणि ३’ अंत्यस्थ असे म्हणतात. सर्पिलाकाराच्या बाहेरील बाजूला फॉस्फेट आणि आतील बाजूला क्षारकीय संयुगे अशी संरचना त्यांनी सुचविली होती. रसायनशास्त्रीय दृष्ट्या सर्व अटींची आणि जैवशास्त्रीय दृष्ट्या सर्व क्षमतांची पूर्तता या संरचनेमध्ये होत होती.
डीएनए रेणूचा प्रत्येक धागा न्यूक्लिओटाइड क्षारकीय संयुगाच्या साखळीचा बनलेला असतो (आकृती २ अ, ब). शर्करा आणि फॉस्फेट यांच्यामध्ये सहसंयुज बंध (Covalent bond) असतो. या बंधामुळे साखळीचा कणा बनतो आणि या कण्याच्या आधाराने क्षारकीय संयुगे बाहेरच्या बाजूला डोकावतात. कणा आणि क्षारकीय संयुगांची एक साखळी आणि अशाच प्रकारची दुसरी साखळी तिच्या जवळ आल्यास दोन्ही साखळ्यांची क्षारकीय संयुगे एकमेकांसमोर येऊन त्यांच्यात आपोआपच हायड्रोजन बंध निर्माण होऊ शकतात. रसायनशास्त्राच्या नियमाप्रमाणे क्षारकीय संयुगे अडेनीन (A) आणि थायमीनमध्ये (T) दोन आणि ग्वानीन (G) आणि सायटोसीनमध्ये (C) तीन हायड्रोजन बंध निर्माण होऊ शकतात. रेणूंची संरचना अशी असते की, विशिष्ट क्षारकीय संयुगे एकमेकासमोर आल्यासच ते एकमेकाच्या जवळ येऊन हायड्रोजन बंध निर्माण होऊ शकतात. या सर्व अटींची पूर्तता करण्यासाठी दोन साखळ्यांमधील क्षारकीय संयुगांचा अनुक्रम हा परिपूरक (Complementary) असावा लागतो. तो असल्यास दोन साखळ्यांच्या क्षारकीय संयुगांमध्ये हायड्रोजन बंध तयार होऊन या साखळ्या एकमेकाला चिकटून राहतात. पेशीतील सामान्यपणे असणाऱ्या परिस्थितीत या साखळ्या चिकटलेल्या स्थितीत राहू शकतात. अशा तऱ्हेने डीएनए हा दोन साखळ्यांच्या द्विसर्पिल स्थितीत स्थिरपणे राहू शकतो. डीएनएचा रेणू नियमित सर्पिलाकार वळण घेणारा आणि दर वळणाची लांबी ३४ अँगस्ट्रॉम असलेला, तसेच एक समान २० अँगस्ट्रॉम इतकी जाडी असलेला आहे असे त्यांनी सुचविले (आकृती २ अ). दोन्ही साखळ्या स्थिरपणे एकत्र राहणे आणि आवश्यक तेव्हा विलग होणे (Strand Separation) ही आवश्यकता वॉटसन आणि क्रिक यांनी सुचविलेल्या संरचनेत शक्य होती.
डीएनए संरचनेचा शोध लागताच पेशी स्तरांवरील डीएनए प्रतिरूपण ( DNA replication), जनुकांची संरचना (Gene structure) आणि जनुक मांडणी (Gene arrangement), जनुकांचे कार्य, डीएनएची दुरुस्ती अशा अनेक घटना ज्यांमध्ये डीएनएची भूमिका होती त्यांचा काही वर्षांमध्ये खुलासा झाला.
वॉटसन, क्रिक आणि विल्किन्झ यांना त्यांच्या डीएनए संरचनेसंबंधीच्या संशोधनाबद्दल शरीरशास्त्र आणि वैद्यक शास्त्रासाठीचे नोबेल पारितोषिक १९६२ साली देण्यात आले. या संशोधनामध्ये महत्वाच्या ठरलेल्या क्ष-किरण विवर्तन पटाच्या निर्मात्या रोझालिंड फ्रँक्लिन यांना मात्र – त्यांच्या निधनामुळे – पारितोषिक मिळू शकले नाही.
संदर्भ :
- https://www.exploratorium.edu/origins/coldspring/printit.html
- https://www.sciencehistory.org/historical-profile/james-watson-francis- crick-maurice- wilkins-and-rosalind-franklin
समीक्षक : शरद चाफेकर
