प्रत्येक जिवंत पेशीच्या जीवद्रव्यामध्ये (Protoplasm) हजारो प्रकारची विकरे (Enzymes) सर्वत्र विखुरलेली असतात. यातील प्रत्येक विकराचा पेशीमधील बाकी सार्‍या गोष्टी वेगऴ्या करून प्रत्यक्ष अभ्यास करणे हे शास्त्रज्ञांपुढे मोठे आव्हान असते. अलीकडे झालेल्या तंत्रज्ञानातील प्रगतीमुळे हे काम सोपे झाले असले तरी पेशीमधील असंख्य विकरांपैकी काही थोड्या विकरांचेच समग्र स्वरूप ज्ञात झालेले आहे; त्यापैकी ‘रिब्युलोज बायफॉस्फेट कार्बोक्सिलेझ- ऑक्सिजनेज’ (Ribulose Biphosphate Carboxylase Oxygenase) हे एक विकर आता ‘रुबिस्को’ (RuBisCO) या नावाने वनस्पतिशास्त्रामध्ये परिचित आहे.
‘क्लोरेला ’(Chlorella) या सूक्ष्म एकपेशीय हरितशैवलात सूर्यप्रकाश ऊर्जेच्या साहाय्याने चालणारे कार्बनचे रूपांतरणचक्र डॅा. केल्व्हिन व डॅा. बाशाम (Calvin and Basham) या अमेरिकन शास्त्रज्ञांनी सर्वप्रथम जगासमोर आणले, म्हणून ते ‘केल्व्हिन चक्र’(Calvin Cycle) या नावाने सुपरिचित झाले. सर्व हरित वनस्पती मूलत: या मार्गानेच हवेतील कार्बन डाय-ऑक्साइडचे अन्य रासायनिक संयुगात रूपांतरण करतात. केल्व्हिन यांच्या सहकारी ‘क्वाएल ’(Quale) यांनी इ.स. १९४५ मध्ये ‘रुबिस्कोचा’ शोध लावला. हे विकर वनस्पतीच्या पर्णपेशीतील हरितलवकात असते आणि आठ मोठया आणि तेवढ्याच लहान घटकांपासून तयार झालेले असते. मोठ्या घटकांची निर्मिती हरितलवकांमध्ये होते, तर छोटे घटक हे हरितलवकाबाहेर असलेल्या पेशीद्रव्यात तयार होतात. छोटे घटक त्यानंतर हरितलवकात प्रवेश करतात आणि मोठ्या घटकांशी बद्ध होऊन रुबिस्कोचे पूर्ण स्वरूप निर्माण होते.
सूर्यप्रकाशात हवेतील कार्बन डाय-ऑक्साइड शोषून घेऊन त्याचे अन्य संयुगात रूपांतर करण्याची क्षमता ही सर्व हिरव्या वनस्पतींची या वसुंधरेस मिळालेली मौल्यवान देणगी आहे. भूतकाळातील वनस्पतींनी लक्षावधी वर्षांपूर्वी प्रकाशसंश्लेषणाद्वारे साठविलेल्या कार्बनचे साठे आज आपण पेट्रोलच्या स्वरूपात ज्वलनासाठी वापरतो, तर वर्तमानातील वनस्पती या प्रक्रियेद्वारे आपणासाठी सर्व प्रकारचे अन्न निर्माण करतात. प्रकाशसंश्लेषणाच्या क्रियेत ‘रुबिस्को’ हे विकर अतिशय महत्त्वाची भूमिका बजाविते. हवेतील कार्बन डाय-ऑक्साइड वायू हा पर्णरंध्रांद्वारे पानांच्या अंतर्भागात प्रवेश करतो. ही महत्त्वाची रासायनिक क्रिया घडवून आणण्याचे कार्य रुबिस्को या विकराद्वारे होते. या पंचकार्बनी संयुगाच्या एका रेणुपासून ‘फॅास्फोग्लिसरेट’ (Phosphoglycerate) या त्रिकार्बनी संयुगाचे दोन रेणू तयार होतात. हरितलवकांमध्ये अन्य विकरांच्या साहाय्याने या त्रिकार्ब संयुगांपासून शर्करा तयार होते. म्हणून यास ‘C3’अथवा ‘केल्व्हिन चक्र’ (Calvin Cycle) असे म्हणतात.
केल्व्हिन चक्रातील पहिल्याच क्रियेत ‘रुबिस्को’ असल्यामुळे ‘रुबिस्कोच्या’ गुणधर्माचा अभ्यास गेल्या २५ वर्षांत अधिक वेगाने झाला. ‘रुबिस्कोला’ कार्यान्वित करण्यासाठी मॅग्नेशियम या धातूची नितांत आवश्यकता असते. सूर्यप्रकाशात कार्यरत असलेले ‘रुबिस्को’ अंधारात मात्र पूर्णपणे निष्क्रीय अवस्थेत असते. जलअभाव, जलातिरेक, रोग प्रादुर्भाव अशा विविध प्रतिकूलतेने वनस्पतींना घेरले तर त्याचा थेट परिणाम रुबिस्को विकराच्या कार्यावर होतो आणि वनस्पतींची उत्पादनक्षमता कमी होते.
बहुतेक सार्‍या विकरामध्ये एका सेकंदात सु. २५०० जैवरासायनिक क्रिया घडवून आणण्याची क्षमता असते. याउलट वनस्पतींच्या जीवनात अत्यंत महत्त्वाची भूमिका बजावणारे ‘रुबिस्को’ मात्र एका सेकंदात फक्त दोन अथवा तीनच जैवरासायनिक क्रिया घडवून आणू शकते. जैव- तंत्रज्ञांच्या मते ‘रुबिस्को’ या विकराची ही सर्वात दुबळी बाजू आहे, म्हणून गेली कित्येक वर्षे सारे वनस्पतिविश्व हे जैवतंत्र अधिक कार्यक्षम ‘रुबिस्को’ विकराचा शोध घेत होते. १९९७ सालामध्ये असे अधिक कार्यक्षम ‘रुबिस्को’ त्यांना काही लाल शैवलात (Red Algae) आढळून आले. हे ‘रुबिस्को’ विकर, भात, गहू, सूर्यफूल, सोयाबीन, भुईमूग इ. वनस्पतींतील रुबिस्कोपेक्षा तिपटीने अधिक कार्यक्षम आहेत. जपानी जैवतंत्रज्ञ लाल शैवलातील रुबिस्कोच्या निर्मितीचे नियंत्रण करणारी जनुके सध्या अन्य वनस्पतीच्या डी.एन.ए.(डीऑक्सिरिबोन्यूक्लिइक अम्ल) मध्ये समाविष्ट करण्याच्या प्रयत्नात आहेत. भात आदि पिकांत असे अधिक कार्यक्षम रुबिस्को तयार झाले, तर या पिकांची उत्पादनक्षमता निश्चितच वाढेल. वातावरण बदलामुळे आगामी पन्नास वर्षांत हवेतील कार्बन डाय-ऑक्साइडचे प्रमाण लक्षणीय प्रमाणात वाढणार आहे. अशा परिस्थितीतही हे कार्यक्षम रुबिस्को अधिक मोलाचे कार्य करतील.
रुबिस्को या विकराचे सर्वात महत्त्वाचे वैशिष्ट्य म्हणजे त्याचे हरितलवकामध्ये असणारे विपुल प्रमाण होय. वनस्पतींच्या पानांमध्ये असलेल्या एकूण प्रथिनांच्या साठयांपैकी जवळजवळ पन्नास टक्के भाग केवळ रुबिस्को विकराने व्यापलेला आहे, म्हणजे एका अर्थी हिरव्या वनस्पतीतील सु. २५ % नायट्रोजन एका रुबिस्को विकरासाठी खर्ची पडतो. आधुनिक जनुक अभियांत्रिकीच्या माध्यमातून रुबिस्कोची कार्यक्षमता वाढविली आणि त्याच वेळी त्याचा आकार आणि प्रमाण थोडे कमी केले, तर भविष्यकाळात वनस्पतींना जमिनीतून नायट्रोजनाचा पुरवठा कमी झाला तरी फारसे नुकसान होणार नाही. उलट शेतकर्‍यांचा नायट्रोजन खतावरील होणारा भरमसाठ खर्च वाचू शकेल!
संदर्भ :
- Portis AR.”RUBISCO Activase”, Photosynthetic Research:75 (1) 11-27,2003.
- Spreitzer RJ,Salvucci ME “RUBISCO Structure, Regulatory Interaction and Possibility for a better Enzyme., Annual Review of Plant Biology: 53,449-75,2002.
- RUBISCO :https://www.youtube.com/watch?v=J-XAZyVt_30.
समीक्षक : नागेश टेकाळे