কোষ জীববিজ্ঞান/জিন/জিনের প্রকাশ
জিনের বহিঃপ্রকাশ হলো এমন একটি প্রক্রিয়ার প্রথম ধাপ যার মাধ্যমে কোশের ডিএনএতে সংরক্ষিত তথ্যের পাঠোদ্ধার করা হয়। মূলত জিনের বহিঃপ্রকাশের মাধ্যমেই প্রোটিন সংশ্লেষিত হয়।
জিনের বহিঃপ্রকাশ কীভাবে ঘটে?
জিনের বহিঃপ্রকাশ একটি জটিল প্রক্রিয়া। এটি ধারাবাহিকভাবে বেশ কিছু কার্যপ্রণালীর মাধ্যমে নিয়ন্ত্রিত হয়।
জিনের বহিঃপ্রকাশ শুরু হয় ডিএনএর প্রতিলিপিকরণ বা ট্রান্সক্রিপশন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে, যা মেসেঞ্জার আরএনএ (এমআরএনএ) তৈরি করে। 'আরএনএ পলিমারেজ' নামক এনজাইম বা উৎসেচক এই এমআরএনএ তৈরি করে। প্রোক্যারিওট বা আদিকোষী জীবে এমআরএনএ কতগুলো রাইবোসোমের সাথে যুক্ত থাকে, যা প্রোটিন অনুবাদন বা ট্রান্সলেশন সম্পন্ন করে।
প্রকৃতকোষী জীবে (ইউক্যারিওট) ডিএনএ থেকে তৈরি হওয়া এমআরএনএ প্রাথমিক অবস্থায় অপরিপক্ক থাকে, যাকে 'প্রি-এমআরএনএ' বলা হয়। প্রি-এমআরএনএ থেকে অ-কোডিং অংশগুলো (যাকে ইনট্রন বলা হয়) অপসারিত হয় এবং এটি পরিপক্ক এমআরএনএতে রূপান্তরিত হয়। এরপর এই এমআরএনএ অমসৃণ এন্ডোপ্লাজমিক রেটিকুলামে (আরইআর) থাকা রাইবোসোমের সাথে যুক্ত হয় এবং সেখানে ট্রান্সলেশন ঘটে। নতুন পলিপেপটাইড তৈরি হওয়ার মাধ্যমেই ট্রান্সলেশন সম্পন্ন হয়। জেনেটিক কোড মূলত পলিপেপটাইডের ক্রম নির্ধারণ করে, তবে এটি এর ত্রিমাত্রিক গঠন সম্পর্কে কোনো ধারণা দেয় না। ট্রান্সলেশন পরবর্তী বিভিন্ন প্রক্রিয়ার মাধ্যমেই এই ত্রিমাত্রিক গঠন তৈরি হয়।
ট্রান্সক্রিপশনের পরেই ট্রান্সলেশন ঘটে যেখানে প্রোটিন তৈরির মূল যন্ত্রপাতি সক্রিয় হয় এবং আরএনএতে থাকা সংকেত বা বার্তা পড়তে শুরু করে।
এমন কিছু জিন রয়েছে যারা প্রোটিন কোড করে না। তবুও তারা কোশের নিয়ন্ত্রক হিসেবে কাজ করে। এক্ষেত্রে এই সিকোয়েন্স বা বিন্যাসগুলো প্রোটিন তৈরির হার বাড়িয়ে দিতে পারে (যাকে "এনহ্যান্সার" বলা হয়) অথবা কমিয়ে দিতে পারে (যাকে "রিপ্রেসর" বলা হয়)। যখন একটি প্রোটিন, সাবস্ট্রেট বা হরমোন এই জিনগুলোর সাথে যুক্ত হয়, তখন তারা সম্মিলিতভাবে কাজ করে।
বহুকোষী জীবে কেবল নির্দিষ্ট কোশগুলোই বিশেষ ধরনের প্রোটিন তৈরি করে। উদাহরণস্বরূপ: স্তন্যপায়ী প্রাণীর (মানুষসহ) প্রতিটি কোশেই হিমোগ্লোবিনের জেনেটিক কোড থাকে, কিন্তু কেবল লোহিত রক্তকণিকার পূর্বসূরী কোশগুলোই এটি প্রকাশ করতে পারে (পূর্ণাঙ্গ লোহিত রক্তকণিকা এটি পারে না কারণ তারা নিউক্লিয়াস হারিয়ে ফেলে)। তবে এনহ্যান্সার এবং রিপ্রেসরগুলো স্তন্যপায়ী প্রাণীর প্রতিটি কোশেই উপস্থিত থাকে।
জেনেটিক তথ্য
প্রকৃতিতে সকল জীবন্ত কোশেই তথ্য বিদ্যমান। বিভিন্ন সংস্কৃতিতে প্রায়ই এই তথ্য নিয়ে গবেষণা করা হয়েছে এবং তা নথিভুক্ত করার জন্য নানা কৌশল ব্যবহৃত হয়েছে। বিশেষ করে প্রাচীন মিশরীয়রা এই তথ্য এবং এর রেকর্ডগুলোকে "বৈশিষ্ট্য প্রদানকারী" হিসেবে অভিহিত করত। মানুষের তথ্য সংরক্ষণের ইতিহাসের শুরুর দিকেই প্রকৃতি সম্পর্কে এমন কিছু জানা গিয়েছিল যা বহুমাত্রিক অর্থ বহন করত।
মিশরীয় লেখনিতে এই "জীবনের তথ্য চাবিকাঠির" উৎসের সাথে আরও কিছু চিহ্ন দেখা যেত। সেগুলোর মধ্যে ছিল জোড়া জল এবং পাকানো শণের সলতে। তবে আধুনিক বিজ্ঞানের জন্য সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ হলো সাপের মতো চিহ্নটি, যা জীবনের সীমানায় একটি কৃমি বা সর্পকে বোঝাত। এই সীমানা বা জল ছিল "N", যার অর্থ কোনো কিছুর অস্তিত্ব থাকা; গ্রিকরা যাকে বলত "esse" বা "ens" এবং আধুনিক ইংরেজিতে যা "essence" বা সারসত্তা হিসেবে পরিচিত।
নৃবিজ্ঞানে জিনের বহিঃপ্রকাশের ভাষাটি জ্ঞানের এমন কিছু উৎসের সাথে জড়িত যাকে কেনিয়ার ওধিয়াম্বো সিয়াংলা "রিয়েকো" এবং সুইজারল্যান্ডের জেরেমি নার্বি "কসমিক সার্পেন্ট" বা মহাজাগতিক সর্প বলে অভিহিত করেছেন। সিয়াংলা এবং নার্বি উভয়ই কেবল সংস্কৃতির বিশেষজ্ঞ নন, বরং তারা যোগাযোগ ও ভাবপ্রকাশের ওপর বিশেষভাবে প্রশিক্ষিত। উভয়ের মতেই মূল চাবিকাঠি হলো এই "তিন অক্ষরের শব্দ"।
কোশীয় জীববিজ্ঞানে পাওয়া এই তিন অক্ষরের শব্দের বর্ণমালায় রয়েছে কিছু জৈব ক্ষারক: অ্যাডেনিন (A), গুয়ানিন (G), সাইটোসিন (C) এবং থাইমিন (T)। এই ক্ষারকগুলোর 'ট্রিপলেট রেসিপি' বা তিনটির বিন্যাসই সেই 'অভিধান' তৈরি করে যাকে আণবিক জীববিজ্ঞানে আমরা 'জেনেটিক কোড' বলি।
এই সংকেত পদ্ধতি জেনেটিক তথ্যের সঞ্চারণকে বিধিবদ্ধ করে, যা আণবিক স্তরে জিনের মাধ্যমে বাহিত হয়।
জিন কী? জিন হলো ডিএনএর একটি নির্দিষ্ট অংশ যা একটি কার্যকরী আরএনএ অণু তৈরি করে। যদি ডিএনএর কোনো অংশ কার্যকরী না হয়, তবে সেই অংশটি প্রোটিন সংশ্লেষণের জন্য তথ্য আদান-প্রদানে সক্ষম নয়। আর তথ্য আদান-প্রদানে অক্ষম হওয়ার কারণে এটি তাৎক্ষণিকভাবে কার্যকর হয় না। জিনের আকার বিভিন্ন রকম হতে পারে। অতিক্ষুদ্র কিছু কল্পনা করার প্রথম রেকর্ডকৃত প্রচেষ্টা ছিল 'আই অফ হোরাস', যা সীমানার একটি আদিম ধারণা। বর্তমানে আমরা ক্ষারক বা বেস নিয়ে আলোচনা করি। উদাহরণস্বরূপ, ইনসুলিন জিনে প্রায় ১,৭০০ () নিউক্লিওটাইড থাকে। আবার লো-ডেনসিটি লিপোপ্রোটিন (এলডিএল) নামক একটি রিসেপ্টর জিন রয়েছে। এই প্রোটিনে প্রায় ৪৫,০০০ () নিউক্লিওটাইড থাকে। আবার ডিস্ট্রোফিক জিনের ক্ষেত্রে আমরা দেখি নিউক্লিওটাইডের সংখ্যা প্রায় ২০ কোটি ()।
এবার ইনট্রন প্রসঙ্গে আসা যাক। ডিএনএর যে নন-কোডিং অঞ্চলগুলো রয়েছে, সেগুলোকে ইনট্রন বলা হয়, যার আক্ষরিক অর্থ হলো "মধ্যবর্তী ক্রম" । একটি জিনের নিউক্লিওটাইড ক্রমের বেশিরভাগ অংশই ইনট্রন দ্বারা গঠিত। অন্যদিকে, কোডিং অঞ্চলগুলোকে এক্সন বলা হয়, যার অর্থ "প্রকাশিত ক্রম"। এগুলো ডিএনএর নিউক্লিওটাইড বিন্যাসের ক্ষুদ্র অংশ গঠন করে এবং অ্যামিনো অ্যাসিডের মাধ্যমে প্রোটিন তৈরির জন্য কোষীয় কর্মশালাকে নির্দেশনা প্রদান করে।
প্রোটিনের মাধ্যমেই জেনেটিক তথ্যের প্রকাশ ঘটে। এর মধ্যে অন্যতম হলো এনজাইম বা উৎসেচক। এমনকি প্রাচীনকালেও এনজাইম সম্পর্কে ধারণা ছিল এবং এর যথাযথ ব্যবহার করা হতো। এনজাইমগুলো অ্যানাবোলিক (উপচিতি) ধরনের রাসায়নিক বিক্রিয়াকে ত্বরান্বিত করে, অর্থাৎ কোষীয় খাদ্য গঠন করে; আবার ক্যাটাবোলিক (অপচিতি) প্রক্রিয়ায় খাদ্য ভাঙতে সাহায্য করে। এই দুটি প্রক্রিয়াকে একত্রে বিপাক বা মেটাবলিজম বলা হয়। প্রোটিন সম্পর্কে আমরা আরও কী বলতে পারি?
আমরা আরও বলতে পারি যে, প্রোটিন হলো অ্যামিনো অ্যাসিড থেকে তৈরি হেটেরোপলিমারের ঘনীভূত রূপ। প্রাকৃতিক প্রোটিন সংশ্লেষণে ২০টি অ্যামিনো অ্যাসিড ব্যবহৃত হয়। এটা স্পষ্ট যে, একটি প্রোটিন অনেকগুলো, এমনকি কয়েকশ অ্যামিনো অ্যাসিড অবশিষ্টাংশ নিয়ে গঠিত হতে পারে। অ্যামিনো অ্যাসিডের সমন্বয়ে আমরা কত ভিন্ন ভিন্ন প্রোটিন তৈরি করতে পারি, তার সংখ্যা মূলত অসীম। গণিতের সাহায্যে এটি খুব ভালোভাবে ব্যাখ্যা করা যায়। তাই প্রোটিনের একটি বৈচিত্র্যময় সেট রয়েছে, যার গঠন এবং কাজ নিচে বর্ণিত একটি কোডিং পদ্ধতির মাধ্যমে সম্পন্ন হয়।
জেনেটিক তথ্যের প্রবাহ একমুখী, ডিএনএ থেকে প্রোটিন পর্যন্ত এবং মাঝখানে মেসেঞ্জার এমআরএনএ মধ্যস্থতাকারী হিসেবে কাজ করে। প্রথমে, ডিএনএ একটি আরএনএ অণুতে জেনেটিক তথ্য এনকোড করে। তথ্যের এই প্রক্রিয়াকে ট্রান্সক্রিপশন বলা হয়। এরপর সেই তথ্য প্রোটিনে রূপান্তরিত হয়, যাকে এখানে ট্রান্সলেশন নামে অভিহিত করা হয়েছে। তথ্য প্রবাহের এই ধারণাকেই আণবিক জীববিজ্ঞানের 'সেন্ট্রাল ডগমা' বলা হয়। জিনের অভিব্যক্তি বা প্রকাশের অন্বেষণে সেন্ট্রাল ডগমা হলো একটি মৌলিক বিষয়।
পুরো চিত্রটি পূর্ণ করতে আমরা তথ্য প্রবাহের আরও দুটি দিক যোগ করতে পারি। আমরা জেনেটিক উপাদানের অনুলিপি বা ডুপ্লিকেশন যোগ করতে পারি, যা কোষ বিভাজনের আগে ঘটে। এক্ষেত্রে একটি ডিএনএ অনুলিপি তৈরির প্রক্রিয়া, অর্থাৎ ডিএনএ স্থানান্তরকে প্রতিনিধিত্ব করে। একারণে একে ডিএনএ রেপ্লিকেশন বলা হয়। তবে কিছু ভাইরাসের ক্ষেত্রে ডিএনএর পরিবর্তে আরএনএ তাদের জেনেটিক উপাদান হিসেবে কাজ করে, সেখানে আমরা রিভার্স ট্রান্সক্রিপশন (আরটি) এর কথা বলি। এই ট্রান্সক্রিপশনের মাধ্যমে আমরা ভাইরাল আরএনএ জিনোমের একটি অনুলিপি হিসেবে একটি ডিএনএ অণু পাই।
অন্য কথায়, জেনেটিক তথ্যের প্রবাহে জিনের অভিব্যক্তি জড়িত, তা ঐতিহাসিকভাবে বিশ্বব্যাপী (নারবি, ১৯৯৮) অনুসন্ধান করা হোক বা নির্দিষ্টভাবে প্রাচীন আফ্রিকায় (সিয়াংলা, ১৯৯৭) চিহ্নিত করা হোক। ডিএনএ এবং আরএনএ উভয়ই হলো পলিনিউক্লিওটাইড, যেখানে নিউক্লিওটাইড হলো মনোমার বা গাঠনিক একক। এগুলো নাইট্রোজেনঘটিত ক্ষারক , শর্করা এবং ফসফরিক অ্যাসিড নামক তিনটি মৌলিক উপ-একক দ্বারা গঠিত। জেনেটিক তথ্য ডিএনএর মধ্যে সংরক্ষিত থাকে। ডিএনএতে থাকা জেনেটিক কোড চারটি ক্ষারকের পলিনিউক্লিওটাইড বর্ণমালা এবং ২০টি অ্যামিনো অ্যাসিডের মধ্যে সম্পর্ক প্রকাশ করে। মাতৃ ডিএনএ অণুর একটি তন্তুতে প্রোটিন তৈরির জন্য একটি সুনির্দিষ্ট অ্যামিনো অ্যাসিড ক্রম নির্ধারিত থাকে।
আমরা পরবর্তী কয়েকটি আলোচনায় মেসেঞ্জার আরএনএর বেস সিকোয়েন্স বা ক্ষারক ক্রম দ্বারা পরিচালিত অ্যামিনো অ্যাসিড ক্রমের পলিমারাইজেশন সম্পর্কে বিস্তারিত জানব।
আপাতত এটি জেনে রাখা ভালো যে, প্রোটিন সংশ্লেষণ হলো জেনেটিক তথ্যের একটি প্রকাশ। প্রোটিন সংশ্লেষণ হলো প্রোটিন তৈরির একটি কোষীয় প্রক্রিয়া এবং এতে প্রধানত দুটি প্রক্রিয়া জড়িত: ট্রান্সক্রিপশন এবং ট্রান্সলেশন। এই দুটি প্রক্রিয়ার অর্থ হলো সংশ্লেষণের দিক যথাক্রমে ডিএনএ থেকে আরএনএ এবং তারপর আরএনএ থেকে প্রোটিন। এটি কি সব জীবের জন্য সত্য?
হ্যাঁ। মাইটোকন্ড্রিয়ায় থাকা কিছু ব্যতিক্রম এবং উপরে উল্লিখিত কিছু ভাইরাস ছাড়া এটি সবার জন্য প্রযোজ্য। এই ভাইরাসগুলো ব্যতিক্রম কারণ তাদের জেনেটিক উপাদানে প্রাথমিক তথ্যের উৎস হিসেবে ডিএনএর পরিবর্তে আরএনএ থাকে। তবে এটি সত্য যে সমস্ত জীবে মেসেঞ্জার আরএনএর নিউক্লিওটাইড ক্রমকে প্রোটিনের অ্যামিনো অ্যাসিড ক্রমের সাথে সম্পর্কিত করার পদ্ধতি (প্রকৃত জেনেটিক কোড) একই থাকে। কারণ উক্ত ব্যতিক্রমগুলোর ক্ষেত্রে রিভার্স ট্রান্সক্রিপশন (আরটি) ঘটে। ভাইরাসের ট্রান্সক্রিপশনের সেই উদাহরণ থেকে আমরা দেখতে পাই যে, ভাইরাল আরএনএর জিনোম থেকে ডিএনএ আণবিক তথ্য অনুলিপি করা হচ্ছে।
ট্রান্সক্রিপশন প্রক্রিয়ার এই সূত্র ধরে আমরা সহজেই দেখতে পাই যে, একটি তিন-নিউক্লিওটাইড বিশিষ্ট 'সেন্স কোডন' প্রতিটি অ্যামিনো অ্যাসিডকে নির্দেশ করে। উদাহরণস্বরূপ, ইউইউইউ ফিনাইলঅ্যালানিনকে নির্দেশ করে, ইউসিইউ সেরিনকে এবং জিসিএ অ্যালানিনকে নির্দেশ করে। কিন্তু ইউএসি এবং ইউএইউ উভয়ই টাইরোসিনকে নির্দেশ করে। মেলানিন নিয়ে আলোচনার সময় আমরা এই টাইরোসিন সম্পর্কে আরও বিস্তারিত জানব।
জেনেটিক কোডের বাকি তিনটি বৈশিষ্ট্য বোঝার জন্য আরও কিছু উপায় রয়েছে। একটি হলো সংলগ্ন বৈশিষ্ট্য। এই বৈশিষ্ট্য অনুযায়ী কোডনগুলো একে অপরের ওপর আপতিত হয় না এবং একই সাথে এগুলো কোনো স্পেসার বা ফাঁকা অংশ দ্বারা বিচ্ছিন্ন থাকে না। অন্যটি হলো ডিজেনারেট বৈশিষ্ট্য, যেখানে কিছু অ্যামিনো অ্যাসিডের জন্য একের বেশি কোডন থাকে, যা উপরের অনুচ্ছেদে টাইরোসিনের উদাহরণে দেখা গেছে। এবং সবশেষে রয়েছে দ্ব্যর্থহীন বৈশিষ্ট্য। এই দ্ব্যর্থহীন জেনেটিক কোডের কারণে প্রতিটি কোডন কেবল একটি নির্দিষ্ট অ্যামিনো অ্যাসিডকেই নির্দেশ করে।