सुर्ख़ियों में क्यों?

रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज ने कम्प्यूटेशनल प्रोटीन डिजाइन के लिए डेविड बेकर को तथा प्रोटीन स्ट्रक्चर प्रेडिक्शन के लिए डेमिस हसबिस और जॉन एम. जम्पर को संयुक्त रूप से रसायन विज्ञान में 2024 का नोबेल पुरस्कार दिया है।

कम्प्यूटेशनल प्रोटीन डिज़ाइन पर डेविड बेकर के कार्य के बारे में

• कम्प्यूटेशनल प्रोटीन डिज़ाइन (CPD) का लक्ष्य नए कार्यों या गुणधर्मों वाले नए प्रोटीन बनाना है, जो प्राकृतिक रूप से नहीं पाए जाते हैं।
  • गौरतलब है कि कम्प्यूटेशन के माध्यम से एक लघु प्रोटीन का पहला सफल डिज़ाइन 1997 में दहियात और मेयो द्वारा प्रकाशित किया गया था।
• डेविड बेकर ने 2003 में अपने पहले डिज़ाइन किए गए प्रोटीन 'टॉप 7' से शुरुआत करते हुए सफलतापूर्वक नए प्रोटीन (सिंथेटिक प्रोटीन) का निर्माण किया है। 
  • यह पूरी तरह से एक नया प्रोटीन था। यह संरचना और अनुक्रम, दोनों के मामले में एकदम नया था, जिसे ऑटोमेटेड कम्प्यूटेशन द्वारा डिजाइन किया गया था।
• 1999 में बेकर और उनकी टीम ने रोसेटा सॉफ्टवेयर विकसित किया था। यह सॉफ़्टवेयर छोटे संरचनात्मक खंडों को जोड़कर प्रोटीन की संभावित संरचनाओं का निर्माण करता है, जिससे वैज्ञानिकों को नए प्रोटीन डिजाइन करने और प्रेडिक्शन करने में मदद मिली।  

प्रोटीन स्ट्रक्चर प्रेडिक्शन पर डेमिस हसबिस और जॉन जम्पर के कार्य के बारे में

• डेमिस हसबिस और जॉन जम्पर ने प्रोटीन की जटिल संरचनाओं के प्रेडिक्शन से संबंधित 50 साल पुरानी पहेली का समाधान करने के लिए आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस (AI) का उपयोग किया है। उन्होंने इस बात का पता लगाया कि प्रोटीन किस प्रकार विभिन्न स्वरूपों में बदल जाते हैं, जो उनके कार्यों को निर्धारित करते हैं।
• इस खोज का महत्त्व: प्रोटीन के आकार को जानना कोशिका के कार्य को समझने की कुंजी है। इसके अलावा, बेहतर प्रोटीन स्ट्रक्चर प्रेडिक्शन दवा बनाने, एंटीबायोटिक रेजिस्टेंट को समझने, प्लास्टिक विखंडन के लिए एंजाइम विकसित करने, क्रॉप रिजिलिएंस आदि जैसे क्षेत्रों के लिए भी महत्वपूर्ण है।

प्रोटीन के बारे में

• प्रोटीन चार प्रमुख प्रकार के बायोमॉलिक्यूल में से एक है। अन्य तीन हैं- कार्बोहाइड्रेट, लिपिड और न्यूक्लिक एसिड।

• ये बायोपॉलीमेरिक संरचनाएं हैं, जो प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले 20 अमीनो एसिड की रैखिक श्रृंखलाओं से बनी होती हैं। ये पेप्टाइड बंधन से जुड़ी होती हैं (इन्फोग्राफिक देखें)।
  • प्रोटीन में अमीनो एसिड का संघटन और उनका क्रम प्रोटीन की संरचना द्वारा निर्धारित होता है।
  • पेप्टाइड बॉन्ड एक प्रकार का रासायनिक बंधन है जो दो अमीनो एसिड्स के बीच बनता है। पेप्टाइड बंधन तब बनता है जब एक अमीनो एसिड का कार्बोक्सिल (-COOH) समूह अगले अमीनो एसिड के अमीनो (-NH2) समूह के साथ अभिक्रिया करता है। इस अभिक्रिया से जल का अंश समाप्त हो जाता है। इस प्रक्रिया को निर्जलीकरण (Dehydration) कहा जाता है।
• प्रोटीन सबसे प्रचुर मात्रा में मौजूद मैक्रोमॉलिक्यूल्स हैं, जो सबसे सरल बैक्टीरिया से लेकर मनुष्यों और पौधों तक सभी की कोशिकाओं में मौजूद होते हैं। 
  • कोलेजन प्राणी जगत यानी जानवरों के शरीर में सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला प्रोटीन है और राइबुलोज बिस्फोस्फेट कार्बोक्सिलेज-ऑक्सीजिनेज (RuBisCO) पूरे जीवमंडल में सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला प्रोटीन है।

प्रोटीन के प्रमुख कार्य 

• संरचनात्मक मजबूती: प्रोटीन कोशिकाओं को संरचना और मजबूती प्रदान करते हैं। उदाहरण के लिए- एक्टिन नामक प्रोटीन मांसपेशियों के तंतुओं में पाए जाते हैं जो कोशिकाओं को यांत्रिक सहायता प्रदान करते हैं और उनके आकार को निर्धारित करने में मदद करते हैं।
• उत्प्रेरक (Catalysts): प्रोटीन एंजाइम के रूप में कार्य करते हैं, जो जैव रासायनिक अभिक्रियाओं को सुगम बनाते हैं। उदाहरण के लिए- एमाइलेज पाचन के दौरान स्टार्च को शर्करा में विखंडित करता है। 
• हार्मोन: कुछ प्रोटीन केमिकल मेसेंजर्स के रूप में कार्य करते हैं जिन्हें हार्मोन कहा जाता है। उदाहरण के लिए- इंसुलिन नामक हार्मोन चयापचय को रेगुलेट करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
• एंटीबॉडी: इम्युनोग्लोबुलिन G (IgG) जैसे प्रोटीन हमारे शरीर में आने वाले बाह्य रोगजनकों जैसे कि वायरस, बैक्टीरिया, कवक आदि से सुरक्षा प्रदान करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। 
• परिवहन/ भंडारण: प्रोटीन परमाणुओं और छोटे अणुओं के मानव शरीर की कोशिकाओं के भीतर और संपूर्ण शरीर में परिवहन और भंडारण के लिए जिम्मेदार होते हैं। उदाहरण के लिए- फेरिटिन कोशिकाओं में आयरन का भंडारण करता है और GLUT-4 कोशिकाओं में ग्लूकोज के परिवहन को सक्षम बनाता है।