ప్రోటీన్‍ ఇంజినీరింగ్‍లో సంచలనం…!! @ రొసెట్టా, ఆల్ఫా ఫోల్డ్ 2

(ప్రొటీన్ల నిర్మాణాలపై పరిశోధనకు గానూ 2024వ సం।।రానికి రసాయన శాస్త్రంలో నోబెల్‍ బహుమతి వచ్చిన సందర్భంగా..!!)

మనిషి జన్మించిన తరువాత నవజాత శిశువు దశ నుండి వయోజన దశ వరకు ప్రతిదశలోనూ, తన శరీర నిర్మాణం ఒక చక్కటి ఆకృతిని, సౌష్ఠవాన్ని పొందడంలో ‘‘ప్రోటీన్లు’’ అనబడే పోషక పదార్థాలు కీలక పాత్ర పోషిస్తాయి. ప్రోటీన్లనె తెలుగులో మాంసకృత్తులు అని కూడా అంటారు. కేవలం శరీర నిర్మాణానికే కాకుండా, యాంటీబాడీస్‍ గానూ, రక్తాన్ని సరఫరా చేయడంలోనూ (హిమోగ్లోబిన్‍), గ్లూకోజ్‍ నియంత్రణలోనూ (ఇన్సులిన్‍), చర్మ సంరక్షణలోనూ (కెరటిన్‍)… ఇలా ప్రోటీన్లు మానవ శరీరానికి బహుళ ప్రయోజనకారులుగా తోడ్పాటునందిస్తున్నాయి. మానవాళి మనుగడలో ఇంతటి ప్రాముఖ్యాన్ని కలిగి ఉన్నాయి కాబట్టే, ప్రోటీన్లపై పరిశోధనకు గానూ 2024 సం।।రానికి రసాయనశాస్త్రంలో నోబెల్‍ బహుమతిని ప్రకటించడం జరిగింది. కంప్యుటేషనల్‍ ప్రోటీన్‍ డిజైన్‍ చేసినందుకుగానూ యూనివర్సిటీ ఆఫ్‍ వాషింగ్టన్‍కు చెందిన డేవిడ్‍ బెకర్‍కు, యునైటెడ్‍ కింగ్‍డమ్‍కు చెందిన డెమిస్‍ హసాబిస్‍, జాన్‍ ఎం. జంపర్‍లు ఆల్ఫా ఫోల్డ్2 అన్న సాఫ్ట్వేర్‍ సహాయంతో ప్రోటీన్ల నిర్మాణాలను అంచనా వేసేందుకు తోడ్పడే పరిశోధనలు చేసినందుకు గానూ.. మొత్తంగా ఈ ముగ్గురికి రసాయనశాస్త్రంలో నోబెల్‍ బహుమతిని ప్రకటించడం జరిగింది. ఈ నేపథ్యంలో ప్రోటీన్లు, వాటిలోని సంక్లిష్టతలు, ప్రయోజనాలు, ప్రాముఖ్యతను అదేవిధంగా ప్రోటీన్లపై ఈ శాస్త్రవేత్తల పరిశోధనా ఫలితాలను గురించి మనమూ తెలుసుకుందాం!!


అసలు ప్రొటీన్లు అంటే..!!
మానవులకు సంబంధించిన సమగ్ర జన్యు సమాచారమంతా కణంలోపల డీఎన్‍ఏలో ఇమిడి ఉంటుంది. ఈ డీఎన్‍ఏ నుండి ట్రాన్స్ క్రిప్షన్‍ అన్న పక్రియ ద్వారా ఆర్‍ఎన్‍ఏ తయారవుతుంది. ఈ ఆర్‍ఎన్‍ఏలోని నత్రజని క్షార అణువుల అమరిక మానవ శరీరంలోని ప్రోటీన్ల నిర్మాణం మరియు వాటి పనితీరును నిర్దేశిస్తుంది. నిర్దిష్టంగా చెప్పాలంటే అమైనో ఆసిడ్‍లతో నిర్మితమైన పాలిమర్‍లనే ప్రోటీన్లు అంటారు. డీఎన్‍ఏ నుండి ఏర్పడిన ఆర్‍ఎన్‍ఏననుసరించి అమైనో ఆమ్లాలు ఒకదాని తరువాత ఒకటి ఒక గొలుసు లాంటి నిర్మాణాలను ఏర్పరుస్తాయి. ఈ గొలుసులాంటి నిర్మాణాలనే పాలిపెఫ్టైడ్‍లు లేదా ప్రోటీన్‍లు అంటారు. ఆంగ్ల వర్ణమాలలోని 26 అక్షరాల ద్వారా అనంతమైన పదాలను, వాక్యాలను ఎలా ఏర్పరుస్తాయో, మానవశరీరంలో కూడా కేవలం 20 అమైనో ఆమ్లాలు అన్ని ప్రోటీన్లను మరియు చాలా జీవరూపాలను ఏర్పరుస్తాయి.


ప్రోటీన్లు- వాటి ప్రాముఖ్యత: మొదట చెప్పుకున్నట్లు ప్రోటీన్లు మన శరీరంలో ఎన్నో సంక్లిష్టమైన విధులను నిర్వర్తిస్తాయి.
i. కణజాలాల నిర్మాణ మద్దతు: కణాల నుండి కణ జాలాలు, కణజాలాల నుండి అవయవాలు ఏర్పడడంలో ప్రోటీన్లు కీలకపాత్ర పోషిస్తాయి.
ఉదా।।కు చర్మం, ఎముకలతో పాటు శారీరక కణాలలో ఉండే కొల్లాజెన్‍ అనే ప్రోటీన్‍ కణాలను అనుసంధా నించడంతో పాటు, కణజాలాల మధ్య తన్యతను, కణజాలాలు పరిస్థితుల కనుగుణంగా సులభంగా వంగేవిధంగా లేదా మార్పు చెందే లక్షణాన్ని పెంపొందిస్తుంది.
ii.ఉత్ప్రేరకాలుగా: ప్రోటీన్లు మానవ శరీరంలో జరిగే అనేక జీవరసాయన చర్యల్లో ఉత్ప్రేరకాలుగా పనిచేస్తూ ఆ జీవరసాయన చర్యల యొక్క వేగాన్ని పెంచుతాయి. ఉదా।।కు ఎంజైమ్‍లు అన్ని ప్రోటీన్లే అమైలేజ్‍ అన్న ఎంజైమ్‍ పిండి పదార్థాలను (starches), చెక్కెరలు( sugars) గా విడగొడబడే పక్రియను వేగవంతం చేస్తుంది.

iii. జీవపదార్థాల రవాణాలో: కొన్ని ప్రోటీన్లు శరీరానికి ఆవశ్యకమైన జీవ పదార్థాలను రవాణా చేయడంలో కీలక పాత్ర పోషిస్తాయి. ఉదా।। హిమోగ్లోబిన్‍ అన్న ప్రోటీన్‍ రక్తం ద్వారా శరీరంలోని అన్ని భాగాలకు ఆక్సిజన్‍ను సరఫరా చేయడంలో కీలకపాత్ర పోషిస్తుంది.
iv. కండర సంకోచాల నియంత్రణ: ప్రోటీన్లు కండరాల సంకోచాన్ని నియంత్రిస్తాయి. తద్వారా ఇవి కండరాల కదలికలోనూ, హృదయ స్పందనలోనూ సహాయపడతాయి. ఉదా।। ఆక్టిన్‍ మరియు మయోసిన్‍
v. గ్లూకోజ్‍ నియంత్రణలో: ప్రోటీన్లు శరీరంలో అధిక మోతాదులో ఉన్న గ్లూకోజ్‍ను నియంత్రిస్తాయి. ఉదా।। ఇన్సులిన్‍
vi. రక్షణలో: ప్రోటీన్లు శరీరంలోకి ప్రవేశించిన వ్యాధికారక జీవులతో పోరాడి వాటిని వెలుపలికి పంపించే యాంటీబాడీలుగా
ఉపయోగపడతాయి. ఉదా।। ఇమ్యునోగ్లోబ్యులిన్‍


vii. నిల్వచేయడంలో: శరీరానికి కావలసిన ఆవశ్యక పోషకాలను నిల్వచేసి, వాటిని శరీరానికి అవసరమైనపుడు అందజేయడంలో ప్రోటీన్లు ఇతోధిక పాత్ర పోషిస్తాయి. ఉదా।। ఫెర్రిటిన్‍ అన్న ప్రోటీన్‍ శారీరక కణాలలో ఐరన్‍ను నిల్వచేస్తుంది.
viii. గ్రాహకాలుగా (Receptors): కొన్ని ప్రోటీన్లు గ్రాహకాలుగా పనిచేస్తాయి. ఉదా।। రొడాప్సిన్‍ అన్న ప్రోటీన్‍ కంటిలోని రెటీనా అన్న భాగంలో కాంతి గ్రాహకంగా పనిచేస్తుంది.
ix. నిర్మాణ పరంగా (Structural): కొన్ని ప్రోటీన్లు నిర్మాణపరంగా ధృఢత్వాన్ని కలిగి, శరీరం బయటి ఒత్తిళ్ళను తట్టుకునేందుకు తోడ్పతాయి. ఉదా।। స్పైడ్రోఇన్‍ (spidroin) లేదా స్పైడర్‍ సిల్క్ అన్న ప్రోటీన్‍ నీటిలో కరగదు. అందువల్ల వాటర్‍ప్రూఫ్‍గా పనిచేస్తుంది. ఇది ప్రోటీన్‍ డీనేచర్‍ కాకుండా తోడ్పాటు నందించడం వల్ల ఈ ప్రోటీన్‍ అత్యధిక ఒత్తిడిని మరియు ఉష్ణోగ్రతను తట్టుకుంటుంది.


ప్రోటీన్లు మరియు వాటి యొక్క విశిష్ఠ అమరిక: సాధారణంగా ప్రోటీన్లు రెండు రకాలు i. ఫైబ్రస్‍ ప్రోటీన్స్ ii. గ్లోబ్యులార్‍ ప్రోటీన్స్ ఫైబ్రస్‍ ప్రోటీన్లు నీటిలో కరగవు మరియు పొడవుగా ఉంటాయి. గ్లోబ్యులార్‍ ప్రోటీన్లు నీటిలో కరుగుతాయి మరియు కుదించబడి ఉంటాయి. ఫైబ్రస్‍ మరియు గ్లోబ్యులార్‍ ప్రోటీన్లు ఒకటి నుండి నాలుగు రకాల ప్రోటీన్‍ నిర్మాణాలను కలిగి ఉండవచ్చు. వాటిలో ప్రాథమిక, ద్వితీయ, తృతీయ మరియు చతుర్థ నిర్మాణాలు ఉంటాయి.
ప్రాధమిక నిర్మాణం: ఇది అమైనో ఆమ్లాల నిర్దిష్టక్రమం. అమైనో ఆమ్లాలు అన్నీ కలిసి ఒక క్రమబద్ధమైన విధానంలో ఏర్పడుతాయి. ఇలా ఏర్పడిన అమైనో ఆమ్లాల నిర్థిష్ట క్రమాన్ని జన్యువులతో నిల్వ చేయబడిన సమాచారం ద్వారా కనుగొనడం జరుగుతుంది.
ద్వితీయ నిర్మాణం: ఇది ప్రోటీన్ల యొక్క స్థానిక విభాగానికి (local segment) త్రిమితీయ (3D) రూపం. అవి పాలీపెప్టైడ్‍ గొలుసులోని అణువుల మధ్య హైడ్రోజన్‍ బంధాల ద్వారా ఏర్పడతాయి.


తృతీయ నిర్మాణం: తృతీయ నిర్మాణం యొక్క నిర్దిష్ట అమరిక ఆర్‍- సమూహాలచే నిర్ణయించబడుతుంది. ఇది కూడా త్రిమితీయ (3D) ఆకారాన్ని కలిగి ఉంటుంది. తృతీయ నిర్మాణం యొక్క అధిక సంఖ్యాక ముడుతలు (FLODS) చతుర్థ నిర్మాణానికి దారితీస్తాయి.
చతుర్థ నిర్మాణం: ఇది బహుళ ఉపవిభాగ సముదాయంలో (Multi Subunit Complex) బహుళ ముడుతలు పడిన ప్రోటీన్‍ సబ్‍ యూనిట్‍ల అమరికగా చెప్పవచ్చు.
కాటన్‍ నుండి చొక్కా తయారవుతుందను కొంటే ముడిపత్తి ప్రాథమిక నిర్మాణం, పత్తి నుండి దారం రావడం ద్వితీయ నిర్మాణం, దారాలతో బ్ట నేయడం తృతీయ నిర్మాణం కాగా, బట్టతో చొక్కా కుట్టడం ప్రోటీన్లలో చతుర్థ నిర్మాణంగా పోల్చి చెప్పవచ్చు.


ప్రోటీన్లు- ముడుతలు పడే విధానం ((The protein Folding pattern):

ప్రోటీన్లు వాటి యొక్క త్రిమితీయ (3D) నిర్మాణం ఆధారంగా విభిన్న పాత్రలను నిర్వర్తిస్తాయి. ప్రోటీన్లు ఎలాంటి విధులు నిర్వర్తించాలనేది వాటిలోని అమైనో ఆమ్లాల అమరిక ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది.
ప్రోటీన్ల ముడుతలు సరైన రీతిలో ముడుచుకున్నట్లయితే ప్రోటీన్లు వాటికి కావలసిన నిర్దిష్ట ఆకృతిని పొందుతాయి. అయితే ఆశించిన ఆకృతిని పొందేందుకు ప్రోటీన్లను ఎలా ముడచాలి అన్నది ఒక జటిల సమస్యగా మారి, దశాబ్దాలుగా శాస్త్రవేత్తలను కలవరపెడుతోంది.
మనం కుర్చీలో సవ్యంగా కూర్చో గలగాలంటే కుర్చీ యొక్క నిర్మాణం సరైనరీతిలో ఉండాలి. పెన్నుతో రాయగలగాలంటే పెన్ను యొక్క నిర్మాణం సక్రమంగా ఉండాలి. ప్రోటీన్లు కూడా శరీరంలోని విభిన్న సంక్లిష్ట పక్రియలను సక్రమంగా నిర్వర్తించాలంటే వాటి యొక్క నిర్మాణం, వాటిలోని ముడుతలు సక్రమంగా ఉండాలి. అలా లేకుండా ప్రోటీన్‍ మిస్‍ ఫోల్డింగ్‍ లేదా అన్‍ ఫోల్డింగ్‍ జరిగినట్లయితే అల్జీమర్స్, పార్కిన్‍సన్స్, హంటింగ్‍టన్‍, సిస్టిక్‍ ఫైబ్రోసిస్‍ లాంటి సంక్లిష్ట వ్యాధులు చుట్టుముట్టే అవకాశం ఉంది.


కాబట్టి ప్రోటీన్లలోని ఈ ముడుతల అమరికను కనుగొనేందుకు శాస్త్రజ్ఞులు విభిన్న రకాల పక్రియలను అభివృద్ధి చేశారు. అందులో భాగంగా 1952లో న్యూక్లియర్‍ మాగ్నటిక్‍ రెజొనెన్స్ స్పెక్టోగ్రఫీ అన్న విధానాన్ని, 1964లో జాన్‍ కెండ్రూ మరియు మాక్స్ పెరుట్జ్ అనే ఇరువురు శాస్త్రవేత్తలు ఎక్స్రే క్రిస్టలోగ్రఫీ అన్న విధానాన్ని కనుగొన్నారు. ఇందుకుగానూ రసాయనశాస్త్రంలో నోబెల్‍ బహుమతి పొందారు. 2017లో ఎలక్ట్రాన్‍ మైక్రోస్కోప్‍ ఆధారిత విధానం ద్వారా ప్రోటీన్ల నిర్మాణాన్ని అంచనా వేసే ప్రయత్నం చేయడం జరిగింది. అయితే పైన పేర్కొన్న విధానాలన్నీ కూడా సాంప్రదాయ పద్ధతులు మరియు ఖర్చు, శ్రమతో కూడుకొన్నవి. అంతే కాకుండా, వీటిద్వారా ప్రోటీన్ల అమరికను అంచనా వేయడానికి సమయం ఎక్కువ పట్టే అవకాశం ఉంది. అది ఒక సం।।రం నుండి ఒక దశాబ్దం వరకూ ఎంతైనా కావచ్చు.
ప్రకృతిలోని మొత్తం 200 మిలియన్ల ప్రోటీన్లలో పైన పేర్కొన్న పద్ధతుల ద్వారా కేవలం 1,70,000 ప్రోటీన్ల నిర్మాణాలను మాత్రమే గుర్తించగలిగారు.
(తరువాయి వచ్చే సంచికలో)


-పుట్టా పెద్ద ఓబులేసు,
స్కూల్‍ అసిస్టెంట్‍, జిల్లా పరిషత్‍ ఉన్నత పాఠశాల
రావులకొలను, సింహాద్రిపురం, కడప,
ఎ : 955029004

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *