अनुसंधान: क्वांटम यांत्रिकी समझा सकता है कि DNA अनायास क्यों उत्परिवर्तित होता है

भले ही डीएनए आश्चर्यजनक सटीकता के साथ प्रतिकृति बनाता है, लेकिन यह गलतियों से प्रतिरक्षित नहीं है और इससे उत्परिवर्तन हो सकता है। परिष्कृत कंप्यूटर मॉडलिंग का उपयोग करते हुए, सरे विश्वविद्यालय में भौतिकविदों और रसायनज्ञों की एक टीम ने दिखाया है कि नकल में ऐसी त्रुटियां क्वांटम दुनिया के अजीब नियमों के कारण उत्पन्न हो सकती हैं।

निष्कर्ष प्रकृति संचार भौतिकी पत्रिका में प्रकाशित किए गए थे।

प्रसिद्ध डीएनए डबल हेलिक्स के दो स्ट्रैंड एक साथ प्रोटॉन नामक उप-परमाणु कणों से जुड़े होते हैं - हाइड्रोजन के परमाणुओं के नाभिक - जो गोंद प्रदान करते हैं जो बंधन अणुओं को एक साथ कहते हैं। ये तथाकथित हाइड्रोजन बॉन्ड एक मुड़ी हुई सीढ़ी के पायदान की तरह हैं जो 1952 में जेम्स वॉटसन और फ्रांसिस क्रिक द्वारा खोजे गए डबल हेलिक्स संरचना को रोसलिंड फ्रैंकलिन और मौरिस विल्किंस के काम पर आधारित बनाते हैं।

आम तौर पर, ये डीएनए बेस (जिन्हें ए, सी, टी और जी कहा जाता है) सख्त नियमों का पालन करते हैं कि वे एक साथ कैसे बंधते हैं: ए हमेशा टी से और सी हमेशा जी से बंधे होते हैं। यह सख्त जोड़ी अणुओं के आकार से निर्धारित होती है, उन्हें एक साथ फिट करती है जैसे एक आरा में टुकड़े, लेकिन अगर हाइड्रोजन बांड की प्रकृति थोड़ा बदल जाती है, तो यह युग्मन नियम को तोड़ने का कारण बन सकता है, जिससे गलत आधार जुड़े हुए हैं और इसलिए एक उत्परिवर्तन हो सकता है। हालांकि क्रिक और वॉटसन द्वारा भविष्यवाणी की गई थी, यह अब केवल परिष्कृत कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग प्रक्रिया को सटीक रूप से निर्धारित करने में सक्षम है।

क्वांटम जीव विज्ञान के रोमांचक नए क्षेत्र में सरे के शोध कार्यक्रम का हिस्सा टीम ने दिखाया है कि डीएनए स्ट्रैंड्स के बीच के बंधनों में यह संशोधन अब तक की तुलना में कहीं अधिक प्रचलित है। प्रोटॉन आसानी से एक ऊर्जा अवरोध के एक तरफ अपने सामान्य स्थान से दूसरी तरफ उतरने के लिए कूद सकते हैं। यदि यह प्रतिलिपि बनाने की प्रक्रिया के पहले चरण में दो स्ट्रैंड्स को अनज़िप करने से ठीक पहले होता है, तो त्रुटि सेल में प्रतिकृति मशीनरी से गुजर सकती है, जिससे डीएनए बेमेल कहा जाता है और संभावित रूप से एक उत्परिवर्तन होता है।

लीवरहल्मे क्वांटम बायोलॉजी डॉक्टरेट ट्रेनिंग सेंटर में स्थित सरे टीम ने भौतिक तंत्र को निर्धारित करने के लिए ओपन क्वांटम सिस्टम नामक एक दृष्टिकोण का उपयोग किया जो प्रोटॉन को डीएनए स्ट्रैंड के बीच कूदने का कारण बन सकता है। लेकिन, सबसे दिलचस्प बात यह है कि यह एक प्रसिद्ध लेकिन लगभग जादुई क्वांटम तंत्र के लिए धन्यवाद है जिसे टनलिंग कहा जाता है - एक ठोस दीवार से गुजरने वाले प्रेत के समान - जिसे वे पार करने का प्रबंधन करते हैं।

पहले यह सोचा गया था कि एक जीवित कोशिका के गर्म, गीले और जटिल वातावरण के अंदर ऐसा क्वांटम व्यवहार नहीं हो सकता है। हालाँकि, ऑस्ट्रियाई भौतिक विज्ञानी इरविन श्रोडिंगर ने अपनी 1944 की पुस्तक व्हाट इज़ लाइफ़ में सुझाव दिया था? कि क्वांटम यांत्रिकी जीवित प्रणालियों में एक भूमिका निभा सकते हैं क्योंकि वे निर्जीव पदार्थ से अलग व्यवहार करते हैं। यह नवीनतम कार्य श्रोडिंगर के सिद्धांत की पुष्टि करता प्रतीत होता है।

अपने अध्ययन में, लेखक यह निर्धारित करते हैं कि स्थानीय सेलुलर वातावरण प्रोटॉन का कारण बनता है, जो फैलने वाली तरंगों की तरह व्यवहार करता है, ऊर्जा अवरोध के माध्यम से थर्मल रूप से सक्रिय और प्रोत्साहित किया जाता है। वास्तव में, प्रोटॉन दो स्ट्रैंड के बीच लगातार और बहुत तेजी से आगे और पीछे सुरंग बनाते हुए पाए जाते हैं। फिर, जब डीएनए को उसके अलग-अलग स्ट्रैंड में विभाजित किया जाता है, तो कुछ प्रोटॉन गलत साइड में फंस जाते हैं, जिससे एक त्रुटि हो जाती है।

डॉ लूई स्लोकोम्बे, जिन्होंने अपनी पीएचडी के दौरान ये गणनाएं कीं, बताते हैं, "डीएनए में प्रोटॉन डीएनए में हाइड्रोजन बांड के साथ सुरंग बना सकते हैं और उन आधारों को संशोधित कर सकते हैं जो आनुवंशिक जानकारी को एन्कोड करते हैं। संशोधित आधारों को "टॉटोमर्स" कहा जाता है और जीवित रह सकते हैं डीएनए दरार और प्रतिकृति प्रक्रियाएं, जिससे "प्रतिलेखन त्रुटियां" या उत्परिवर्तन होता है।