DNA-র একটি অক্ষর কীভাবে অতিবেগুনি রশ্মির আঘাত সামলায়

DNA-র ক্ষারকগুলো অতিবেগুনি আলো জোরালোভাবে শোষণ করে, তবু এরা আশ্চর্যরকম স্থিতিশীল: মুহূর্তের মধ্যে শক্তি থেকে মুক্তি পায়, কোনো আলো না ছড়িয়েই। এই ক্ষমতা জিনগত উপাদানকে রক্ষা করে। গবেষণাপত্রটি ব্যাখ্যা করে, থাইমিন বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ, কারণ অতিবেগুনি আলোয় তার উত্তেজনা DNA-র সবচেয়ে সাধারণ ধরনের অতিবেগুনি ক্ষতির সূচনা করতে পারে, যা সাইক্লোবিউটেন পিরিমিডিন ডাইমার নামে পরিচিত। এই ক্ষতি মুহূর্তের মধ্যে তৈরি হতে পারে, অথবা পরে, দীর্ঘস্থায়ী ট্রিপলেট অবস্থার মধ্য দিয়ে, যা ইলেকট্রনের স্পিনের একটি ভিন্ন বিন্যাস।

তাহলে থাইমিনের শক্তি যায় কোথায়? জলে অধ্যয়ন করলে, উত্তেজিত অণুর প্রায় ৮০% ১০০ ফেমটোসেকেন্ডেরও কম সময়ে (এক সেকেন্ডের দশ লক্ষ কোটি ভাগের এক ভাগ) সরাসরি তাদের বিশ্রাম অবস্থায় ফিরে যায়। গ্যাসে বিচ্ছিন্ন অবস্থায় থাইমিন এই শর্টকাট নেয় না: সমস্ত শক্তি চলে যায় আরেকটি উত্তেজিত অবস্থায়। ১০০ পিকোসেকেন্ডের পরে একটি দীর্ঘস্থায়ী “অন্ধকার অবস্থা” দেখা দেয়, যাকে প্রায়ই ট্রিপলেট বলে ধরা হয় — মূলত এটি কতক্ষণ টেকে তার ভিত্তিতে।

পাঁচটি পরমাণু, পাঁচজন সংবাদদাতা

হামবুর্গের DESY গবেষণাগারের শিয়াওজুন ওয়াং (Xiaojun Wang), মার্কুস গ্যুর (Markus Gühr) ও তাঁদের সহকর্মীরা, দক্ষিণ কোরিয়া (কিয়ংপুক জাতীয় বিশ্ববিদ্যালয়) ও ফ্রান্সের (এক্স-মার্সেই বিশ্ববিদ্যালয় ও CNRS) তাত্ত্বিকদের সঙ্গে মিলে, একটি কৌশল ব্যবহার করেন যাকে তাঁরা বলেন সময়-বিভাজিত বহু-কেন্দ্র এক্স-রে ফটোইলেকট্রন বর্ণালিবীক্ষণ।

নীতিটি এই: একটি অতিবেগুনি ঝলক (২৬৩ ন্যানোমিটার, প্রায় ৮০ ফেমটোসেকেন্ড দীর্ঘ) ১৮০ °C-এর একটি চুল্লি থেকে বাষ্পীভূত থাইমিন অণুকে উত্তেজিত করে। তারপর FLASH ফ্রি-ইলেকট্রন লেজার থেকে নরম এক্স-রের একটি ছোট স্পন্দ একটি কার্বন পরমাণু থেকে একটি ভেতরের ইলেকট্রন ছিটকে বের করে। সেই ইলেকট্রনের শক্তি পরমাণুটির ইলেকট্রনীয় পরিবেশের ওপর নির্ভর করে, তাই থাইমিনের পাঁচটি কার্বন পরমাণুর প্রতিটি — চারটি বলয়ে, একটি তার ছোট মিথাইল গ্রুপে — তার চারপাশে কী ঘটছে তার খবর দেয়। বিলম্ব ছিল কয়েক দশ ফেমটোসেকেন্ড থেকে এক ন্যানোসেকেন্ড পর্যন্ত, প্রায় ছয়টি মাত্রার ক্রম, আর উচ্চ স্পন্দ-হার মাত্র দুই ঘণ্টায় পরিচ্ছন্ন তথ্য দিয়েছে। প্রতিটি অবস্থার প্রত্যাশিত বর্ণালির কোয়ান্টাম-রসায়ন হিসাব সেগুলো পড়ার চাবি হিসেবে কাজ করেছে।

পথ, ধাপে ধাপে

চারটি ক্রমিক অবস্থা দিয়ে মেলালে পাওয়া যায়:

1. প্রথম উত্তেজিত অবস্থা টেকে ৯২ ± ১৮ ফেমটোসেকেন্ড।
2. একটি দ্বিতীয়, “অন্ধকার” সিঙ্গলেট অবস্থা অণুটিকে আটকে রাখে ৬.৩ ± ০.২ পিকোসেকেন্ড। হিসাব দেখায় কেন: সেখান থেকে বিশ্রাম অবস্থায় ফেরার পথ প্রায় ১.৬ ইলেকট্রন-ভোল্ট চড়াই।
3. তারপর আসে দীর্ঘস্থায়ী অন্ধকার অবস্থা — আর এখানেই চমক। প্রথম প্রায় ২৪০ পিকোসেকেন্ড ধরে তার সংকেত বিশুদ্ধ ট্রিপলেট নয়, বরং আরও শিথিল একটি সিঙ্গলেট অবস্থা ও ট্রিপলেটের মিশ্রণ।
4. কেবল তার পরেই জনসংখ্যা হয় বিশুদ্ধ ট্রিপলেট, যা এক ন্যানোসেকেন্ডের জানালার বাইরেও টেকে। ১.৩৩ ইলেকট্রন-ভোল্টের একটি বাধা একে বিশ্রাম অবস্থায় ফিরতে দেয় না।

হিসাব আরও দেখায় যে সিঙ্গলেট থেকে ট্রিপলেটে লাফ সরাসরি সর্বনিম্ন ট্রিপলেটে যেতে পারে, একটি ক্রসিং বিন্দুর মধ্য দিয়ে যা আটকে থাকা সিঙ্গলেটের চেয়ে মাত্র প্রায় ০.৫ ইলেকট্রন-ভোল্ট ওপরে, কোনো মধ্যবর্তী ট্রিপলেটে না থেমে। লেখকেরা উল্লেখ করেন, এই মিশ্রণ একটি ধাঁধার সমাধান করে: আগের একটি গবেষণায় প্রায় ৮৬% ট্রিপলেট উৎপাদন মাপা হয়েছিল, আর অনুপস্থিত অংশটি তাঁদের শনাক্ত করা সিঙ্গলেট শাখার সঙ্গে মেলে।

শ্বাস নেওয়া বলয়

প্রথম ২০০ ফেমটোসেকেন্ডে সংকেতটি প্রায় ৭৩০ cm⁻¹-এ দোলে — ৪৬ ফেমটোসেকেন্ড পর্যায়কালের একটি কম্পন, থাইমিনের বলয়ের “শ্বাস নেওয়া”। এটি উত্তেজিত অবস্থাগুলোর মধ্যে প্রথম লাফের পরও টিকে থাকে, আর সিমুলেশন বলে কম্পনটি প্রায় ৭৫০ ফেমটোসেকেন্ড পর্যন্ত ছন্দে থাকে। এক্স-রে যেহেতু কয়েকটি পরমাণুর দিকে তাকায়, দলটি দেখতে পেয়েছে যে ভিন্ন ভিন্ন পরমাণু বিপরীত দশায় সাড়া দেয়: বলয় প্রসারিত হলে একটি কার্বনের সংকেত বাড়ে, অন্য দুটির কমে।

মিথাইল গ্রুপের দুটি কাজ

সবচেয়ে চমকপ্রদ আবিষ্কারটি মিথাইল গ্রুপ নিয়ে, যা বলয়ের সঙ্গে যুক্ত তিনটি হাইড্রোজেনবাহী একটি কার্বন। প্রথম, সিঙ্গলেট ধাপগুলোতে এটি ইলেকট্রনীয়ভাবে কোনো অংশ নেয় না: এটি একটি “জাড্য দর্শক”, যার ভর বলয়ের একটি মোচড়ানো গতিকে ধীর করে দেয়, যা না হলে অণুটিকে সরাসরি বিশ্রাম অবস্থায় ফিরে যেতে দিত। ট্রিপলেট তৈরি হলে এর ভূমিকা উল্টে যায়। এর ইলেকট্রনগুলো হাইপারকনজুগেশন নামের একটি প্রভাবে বলয়ের সঙ্গে যুক্ত হয়, এর এক্স-রে সংকেত প্রায় ২ ইলেকট্রন-ভোল্ট সরে যায়, এবং এটি হয়ে ওঠে ট্রিপলেট আবির্ভাবের সবচেয়ে সংবেদনশীল চিহ্ন।

গ্যাস, কোষ নয়

এই পরিমাপগুলো করা হয়েছে গ্যাসে বিচ্ছিন্ন থাইমিন অণুর ওপর, যা জলে বা DNA-র ভেতরের থাইমিনের থেকে ভিন্ন আচরণ করে। মধ্যবর্তী সিঙ্গলেট অবস্থার সঠিক প্রকৃতি এখনো অমীমাংসিত; লেখকেরা একে আলাদা করতে দীর্ঘ বিলম্বে অক্সিজেন পরমাণুতে এক্স-রে পরিমাপের প্রস্তাব দেন। তাঁরা আরও জানান যে পাণ্ডুলিপির পাঠযোগ্যতা ও ভাষা উন্নত করতে AI ব্যবহৃত হয়েছে।