Photosynthesis : प्रकाश संश्‍लेषणाची सांकेतिक भाषा ओळखण्यात यश

संशोधकांना प्रकाश संश्‍लेषणाच्या (Photosynthesis) प्रक्रियेतील गुप्त संकेत व संदेशाच्या देवाणघेवाणीची भाषा समजून घेण्यात यश आले आहे. केंद्रकाकडून पेशींच्या अन्य अवयवापर्यंत संदेश वहनाचे काम करणारी चार प्रथिने संशोधकांनी शोधली आहेत. संशोधनाचे हे निष्कर्ष ‘नेचर कम्युनिकेशन्स’ (Nature Communication) या संशोधनपत्रिकेमध्ये प्रकाशित करण्यात आले आहे.

प्रकाश संश्‍लेषणाच्या प्रक्रियेमध्ये सूर्यप्रकाशाच्या ऊर्जेचे रूपांतर हे शर्करेमध्ये केले जाते. या प्रक्रियेमध्ये वनस्पतीतील वेगवेगळ्या यंत्रणा एकमेकाशी समन्वयाने काम करत असतात. हा समन्वय ठेवण्यासाठी वेगवेगळ्या घटकांमध्ये अनेक संदेश पाठवले किंवा स्वीकारले जातात. त्यांची भाषा जाणून घेण्याचा प्रयत्न शास्त्रज्ञांकडून गेल्या पाच दशकांपासून सुरू आहे.

तेव्हापासूनच वनस्पतिशास्त्रज्ञांना वनस्पती पेशीतील केंद्रक हे पेशीतील अन्य घटकांना प्रकाश संश्‍लेषणासाठी संदेश पाठवत असल्याचे माहीत आहे. असे संदेश घेऊन जाण्याचे काम प्रथिने करत असतात. या प्रथिनांशिवाय वनस्पती वाढूच शकणार नाही. या प्रक्रियेविषयी माहिती देताना वनस्पतिशास्त्राचे प्रोफेसर मेंग चेन यांनी सांगितले, की वनस्पती पेशीचे केंद्रक शेकडो प्रथिनांच्या साह्याने अन्य घटकांना संदेश पाठवण्याचे काम करत असते. त्यातील नेमक्या कोणत्या प्रथिनांमुळे प्रकाश संश्‍लेषणाची प्रक्रिया कार्यान्वित होते, हे शोधणे आव्हानात्मक काम होते. हे गवताच्या गंजीमध्ये एखादी सुई शोधण्याइतकेच अवघड काम होते.

चेन यांच्या प्रयोगशाळेतील शास्त्रज्ञांनी प्रकाश संश्‍लेषणाच्या प्रक्रियेला कार्यान्वित करणाऱ्या चार प्रथिनांची ओळख पटवली आहे. या पूर्वी केलेल्या संशोधनामध्ये चेन यांच्या गटाने वनस्पती केंद्रकातील प्रकाशामुळे कार्यरत होणाऱ्या काही प्रथिनांचा शोध लावला होता. प्रकाश पडताना या प्रथिनामुळे प्रकाश संश्‍लेषणाची प्रक्रिया सुरू केली जात होती. नुकत्याच केलेल्या संशोधनामध्ये या प्रक्रियेतील चार प्रथिनांची ओळख पटवली. या प्रथिनाद्वारे नेल्या जाणाऱ्या संदेशामुळे पेशीतील काही घटकांचे रूपांतर हे हरितद्रव्यांमध्ये (क्लोरोप्लास्ट) होते. हीच हरितद्रव्ये पुढे प्रकाश संश्लेषणामध्ये महत्त्वाची भूमिका निभावतात.

प्रकाश संश्‍लेषण नव्हे एखादी सिंफनी

चेन यांनी संपूर्ण प्रकाश संश्लेषण प्रक्रियेची तुलना एखाद्या सुनियोजित संगीत रचनेसारखी (सिंफनी) केली आहे. ‘‘संगीत संरचनेच्या संयोजकाप्रमाणे केंद्रकातील प्रकाश ग्रहण करणारी (फोटो रिसेप्टर) प्रथिने काम करतात. त्यातही प्रकाशातील लाल आणि निळ्या रंगाच्या प्रकाशासाठी संवेदनशील असलेले फोटो रिसेप्टर ही प्रकाश संश्‍लेषणाच्या प्रक्रियेला सुरुवात करतात. ही प्रथिने प्रकाश संश्‍लेषणाचे मूळ असलेल्या हरितद्रव्याच्या ब्लॉक्स तयार करणाऱ्या जनुकांना कार्यान्वित करतात.’’

मात्र ही प्रकाश संश्‍लेषणाच्या संगीतरचनेतील वादक पेशीतील दोन वेगवेगळ्या खोल्यांमध्ये बसलेले असतात. त्यातील एक स्थानिक म्हणजे केंद्रकातील, तर दुसरे वादक दूरवर पानामध्ये कोठेतरी आपले काम करत असतात. हे संगीत संयोजक म्हणजेच फोटो रिसेप्टर्स केंद्रकातील आपल्या जागेवरूनच दोन्ही ठिकाणच्या वादकांना म्हणजेच वनस्पतीतील अवयवांना सूचना देत असतात. ही शेवटची संदेश वहनाची पायरी आम्ही नव्याने शोधलेल्या चार प्रथिनांमार्फत पार पाडली जाते. ही प्रथिने केंद्रकापासून हरितद्रव्यापर्यंत प्रवास करून आपले काम पार पाडतात.

मानवी कर्करोगाच्या नियंत्रणासाठीही होऊ शकतो उपयोग

वनस्पती पेशीतील क्लोरोप्लास्ट आणि मानवी पेशींमधील मायटोकोन्ड्रिया हे दोन्ही पेशींच्या वाढ आणि जनुकीय घटकांना आवश्यक ती ऊर्जा पुरवण्याचे काम करतात. या त्यांच्यामधील समानतेमुळे मानवामध्ये होणाऱ्या कर्करोगाच्या उपचारामध्ये या संशोधनाचा फायदा होईल, अशी संस्थेला आशा वाटते. म्हणून या संशोधनासाठी राष्ट्रीय आरोग्य संस्थेने आर्थिक निधी दिला होता. ही संस्था कर्करोगाच्या उपचारामध्ये कार्यरत आहे.

सध्या पेशींच्या विविध घटकांकडून केंद्रकापर्यंत होणाऱ्या विविध समन्वयाविषयी खूप संशोधन होत आहे. जर पेशीतील एखाद्या घटकाबाबत काही बिघडले, तर ते केंद्रकाला त्वरित एक संदेश पाठवतात. मात्र केंद्रकाकडून पेशींच्या घटकांपर्यंत पाठवल्या जाणाऱ्या संदेशाबाबतच फारशी माहिती उपलब्ध नव्हती.

चेन म्हणाले, की केंद्रक मानवी पेशीतील मायटोकोन्ड्रिया आणि वनस्पती पेशीतील क्लोरोप्लास्ट विषयक जनुकांचे नियंत्रण एकाच पद्धतीने करते. त्यामुळे वनस्पतीमध्ये केंद्रक ते हरितद्रव्य या दरम्यान होणाऱ्या संदेश वहनाचा मार्ग समजल्यामुळे मानवी पेशीतील केंद्रक आणि मायटोकोन्ड्रिया यातील संदेश वहनाविषयी आपल्याला बऱ्यापैकी ज्ञात झाले आहे. या संदेशवहनामधील अडचणीमुळे तर कर्करोगासारखी पेशींची विकृती निर्माण होते.

महत्त्व

प्रकाश संश्‍लेषणाची प्रक्रिया कशा प्रकारे नियंत्रित होते, हे जाणून घेणे केवळ रोग नियंत्रणच नव्हे, तर अनेक दृष्टीने महत्त्वाचे ठरणार आहे.

भविष्यामध्ये मानवी संस्कृती ही अन्य ग्रहावर स्थिरावण्यासाठी संपूर्ण नियंत्रित शेती पद्धती अत्यंत महत्त्वाची ठरणार आहे.

वातावरण बदलामुळे भविष्यातील वातावरणाविषयी अनिश्‍चितता निर्माण होत आहे. अशा वातावरणाच्या कोणत्याही स्थितीमध्ये आपल्या अन्नाची निर्मिती करण्यासाठी वनस्पती आणि त्यातील प्रकाश संश्लेषणाची क्रिया आवश्यक ठरणार आहे.

पृथ्वीवरील बहुतांश सर्व जीवसृष्टी ही प्रत्यक्ष अप्रत्यक्षरीत्या वनस्पतींनी प्रकाश

संश्लेषणाद्वारे केलेल्या अन्ननिर्मितीवर अवंलबून आहे.

हरितद्रव्य (क्लोरोप्लास्ट)

कार्य ःप्रकाश संश्‍लेषणातून ऊर्जा निर्मिती, ऑक्सिजन उत्सर्जन केले जाते.

एन्डोप्लास्मिक रेटिक्युलम

कार्य ः पेशीमध्ये कॅल्शिअम साठवण, प्रथिनावरील प्रक्रिया आणि लिपीडचे चयापचय या अनेक गोष्टीमध्ये महत्त्वाची भूमिका निभावते.

केंद्रक (न्युक्लियस)

कार्य ः पेशीतील डीएनएची साठवण, पेशींच्या सर्व कामांमध्ये एकात्मता साधणे, पेशींच्या आवृत्त्या निर्मितीला मदत करणे इ. अनेक

मायटोकोन्ड्रिया

कार्य ः पेशीच्या वेगवेगळ्या प्रक्रियांना आवश्यक ती ऊर्जा पोहोचवणे, वापरणे इ.

रायबोसोम : इथे पेशीतील प्रथिनांची संश्‍लेषणाची प्रक्रिया पार पडते.

सायटोप्लाझ्म : पेशिभित्तिका आणि पेशिप्रतलामधील जागेतील घटक असून, यामुळे पेशींना एक विशिष्ट आकार प्राप्त होतो.

गोल्गी कॉम्प्लेक्स : येथे प्रथिने व लिपीड - मेदाची निर्मिती करून पेशीअंतर्गत व बाह्य ठिकाणी त्यांचा वापर केला जातो.

व्हॅक्युल : कार्य ः वनस्पती पेशीमध्ये पाण्याचे संतुलन ठेवते. पेशीचा मोठा भाग यानेच व्यापलेला असतो. तर प्राणी पेशींमध्ये आकाराने लहान असून, टाकाऊ घटकाच्या नियोजनामध्ये मदत करतो.

लायसोसोम : ही पेशीची पचनसंस्था आहे.