मद्रास के जी. एन. रामचंद्रन ने 1954 में कोलैजन की त्रिक कुंडली का प्रस्ताव रखा और 1963 के उस चार्ट के सह-लेखक रहे जिसे क्रिस्टलविज्ञानी आज भी प्रोटीन संरचनाओं की जाँच में इस्तेमाल करते हैं

7 अगस्त 1954 को पत्रिका नेचर ने मद्रास विश्वविद्यालय के भौतिकी विभाग से आया दो पन्नों का एक पत्र छापा। जी. एन. रामचंद्रन और गोपीनाथ कार्था ने प्रस्ताव रखा कि कोलैजन, जो ज़्यादातर जानवरों के सारे प्रोटीन का लगभग चौथाई हिस्सा है, तीन कुंडलाकार शृंखलाओं से बना है जो साथ-साथ बँधी हैं। नौ साल बाद, जुलाई 1963 में, रामचंद्रन, सी. रामकृष्णन और वी. ससिसेखरन ने उन कोणों का एक चार्ट छापा जो प्रोटीन की शृंखला अपने परमाणुओं को टकराए बिना ले सकती है। उसे अब रामचंद्रन प्लॉट कहते हैं, और क्रिस्टलविज्ञानी आज भी उसे अपनी सुलझाई प्रोटीन संरचनाओं की जाँच के रूप में इस्तेमाल करते हैं।

दोनों काम मद्रास (अब चेन्नई) में हुए। प्लॉट की गणना 1960 से 1962 में एक बिजली से चलने वाले डेस्क कैलकुलेटर पर की गई, क्योंकि प्रयोगशाला के पास कंप्यूटर नहीं था।

कैम्ब्रिज डॉक्टरेट वाला एर्नाकुलम का एक भौतिकविद्

गोपालसमुद्रम नारायण रामचंद्रन का जन्म 8 अक्टूबर 1922 को एर्नाकुलम में हुआ। भौतिकी में ऑनर्स डिग्री के बाद वे सी. वी. रमन के साथ काम करने बेंगलुरु के भारतीय विज्ञान संस्थान गए, एन. यतीन्द्र के एक्टा क्रिस्टलोग्राफ़िका में छपे श्रद्धांजलि-लेख के अनुसार। उनकी शोध द्वारा मास्टर डिग्री मिश्रित पदार्थों के प्रकाशिकी पर थी, और उनकी डीएससी मद्रास विश्वविद्यालय से आई। यतीन्द्र उन्हें एक्स-रे टोपोग्राफ़ दर्ज करने वाला पहला व्यक्ति भी बताते हैं, जो क्रिस्टलों की सतह की विशेषताओं का अध्ययन करने का एक तरीक़ा है।

1947 से 1949 तक वे कैम्ब्रिज की कैवेंडिश प्रयोगशाला में थे, जिसके प्रमुख तब लॉरेंस ब्रैग थे, 1851 एग्ज़िबिशन छात्रवृत्ति पर। वहाँ डब्ल्यू. ए. वूस्टर के निर्देशन में उनका डॉक्टरेट शोध इस पर था कि एक्स-किरणें क्रिस्टलों से कैसे विसरित रूप से बिखरती हैं और वह उनके प्रत्यास्थ गुणांकों के बारे में क्या बताता है। 1952 में, बेंगलुरु में सहायक प्रोफ़ेसर के रूप में थोड़े समय बाद, वे मद्रास में भौतिकी के प्रोफ़ेसर और प्रमुख बने। यतीन्द्र लिखते हैं कि यहीं उन्होंने जैविक अणुओं पर एक्स-रे विवर्तन के इस्तेमाल की ओर ध्यान मोड़ा।

शार्क रे, चूहे और कंगारू से कोलैजन

उनकी आख़िरी स्नातक छात्रा मंजू बंसल रेज़ोनेंस में लिखती हैं कि रामचंद्रन के समूह ने कोलैजन के रेशों की एक्स-रे तस्वीरें 1952 में लेना शुरू किया, मद्रास आए क्रिस्टलविज्ञानी जे. डी. बर्नाल के सुझाव पर। 1954 का पत्र स्रोतों के नाम बताता है: एक शार्क रे, चूहे की पूँछ का कंडरा और कंगारू की पूँछ का कंडरा। अंतरराष्ट्रीय क्रिस्टलविज्ञान संघ के लिए लिखते हुए एम. विजयन जोड़ते हैं कि कोलैजन का मूल नमूना सेंट्रल लेदर रिसर्च इंस्टीट्यूट से आया, जो प्रयोगशाला के बिलकुल बगल में था।

बंसल ध्यान दिलाती हैं कि विलियम ऐस्टबरी और लाइनस पॉलिंग तथा रॉबर्ट कोरी के पहले के मॉडल एक्स-रे पैटर्न से मेल नहीं खाते थे। रासायनिक रूप से भी कोलैजन अटपटा था। उसके लगभग एक तिहाई अमीनो अम्ल ग्लाइसीन हैं, जो सबसे छोटा है, और उसमें प्रोलीन तथा हाइड्रॉक्सीप्रोलीन बहुत हैं, ऐसे छल्ले जो शृंखला के मुड़ने की गुंजाइश सीमित करते हैं।

तीन शृंखलाएँ, और हर तीसरी जगह ग्लाइसीन

बंसल 1954 के पत्र का अपना वर्णन उद्धृत करती हैं: मॉडल में “प्रति इकाई कोष्ठिका नौ अमीनो-अम्ल अवशेष हैं”, जो तीन कुंडलाकार शृंखलाओं में सजे हैं, हर एक की पिच 9.5 ऐंगस्ट्रॉम और प्रति फेरा तीन अवशेष। शृंखलाओं को हाइड्रोजन बंध थामे रखते हैं। हर पेप्टाइड बंध “ट्रांस” रूप में है, और हर फेरे के तीन कार्बन परमाणुओं में से एक के पास पार्श्व समूह के लिए बिलकुल जगह नहीं है, इसलिए वह केवल ग्लाइसीन का हो सकता है।

उस आख़िरी बात ने संरचना को रसायन से जोड़ा। बंसल रामचंद्रन को पहला बताती हैं जिन्होंने देखा कि कोलैजन में ग्लाइसीन और प्रोलीन तथा हाइड्रॉक्सीप्रोलीन का असामान्य रूप से ऊँचा हिस्सा किसी संरचनात्मक कारण से होना चाहिए। बंसल नोट करती हैं कि 2001 तक अलग-अलग कोलैजनों में 400 से ज़्यादा उत्परिवर्तन मानव रोग से जुड़ चुके थे, और भारी बहुमत एक ग्लाइसीन को बदल देता है, जो ठीक वही है जिसकी भविष्यवाणी वह मॉडल करता है जिसमें त्रिक शृंखला के केंद्र में ग्लाइसीन है कि वह उसे बिगाड़ेगा।

1955 में समूह ने मॉडल को संशोधित किया। खिंचे हुए रेशों ने तीन फेरों में दस अवशेषों की ओर इशारा करता पैटर्न दिया, इसलिए रामचंद्रन और कार्था ने, नेचर में 24 सितंबर 1955 को, तीनों शृंखलाओं को एक साझा अक्ष के गिर्द रस्सी जैसी लिपटी कुंडली में लपेटा। बंसल लिखती हैं कि रामचंद्रन ने एक व्याख्यान के श्रोताओं से कहा कि विचार चंद्रमा से आया, जो पृथ्वी की परिक्रमा करते हुए अपनी धुरी पर घूमता है और इसलिए हमेशा एक ही चेहरा दिखाता है।

रिच और क्रिक के साथ बहस

12 नवंबर 1955 को अलेक्ज़ेंडर रिच और फ़्रांसिस क्रिक ने कोलैजन पर अपना पर्चा नेचर में छापा। उन्होंने मद्रास मॉडल की एक विशेषता पर आपत्ति की: उसमें हर तीन अवशेषों पर शृंखलाओं के बीच दो हाइड्रोजन बंध थे, और परमाणु उस पास तक आ जाते थे जो रिच और क्रिक को असंभव लगता था। श्रीनिवासन और साथी, रामकृष्णन के प्रोटीन साइंस श्रद्धांजलि-लेख में, रिच की अपनी स्मृति उद्धृत करते हैं कि बुरे संपर्कों के कारण “संरचना ग़लत थी”। रिच और क्रिक ने, और अलग से कोवान, मैकगेविन और नॉर्थ ने, हर तीन अवशेषों पर एक हाइड्रोजन बंध वाला रूप प्रस्तावित किया।

रामचंद्रन ने दूसरे बंध वाली बात मान ली। बाद में उन्होंने आर. चंद्रशेखरन के साथ सुझाया कि अतिरिक्त बंध जल अणुओं के ज़रिये शृंखलाओं को जोड़ सकते हैं, और बारबरा ब्रॉड्स्की ने 1999 में लिखा कि कोलैजन-जैसे पेप्टाइडों की उच्च-विभेदन क्रिस्टल संरचनाओं ने तब से ऐसे जल-मध्यस्थ बंध दिखाए हैं। शोल्डर्स और रेन्स, एनुअल रिव्यू ऑफ़ बायोकेमिस्ट्री में, कहते हैं कि 1955 में रिच और क्रिक ने संरचना को आज मान्य रूप में सुधारा, जिसमें हर त्रय पर शृंखलाओं के बीच एक हाइड्रोजन बंध और तीन फेरों में दस अवशेषों की पुनरावृत्ति है। बंसल की नेशनल मेडिकल जर्नल ऑफ़ इंडिया में 2006 की समीक्षा अलग ज़ोर लेती है, यह कहते हुए कि हाल के काम ने रामचंद्रन और कार्था की त्रिक कुंडली को हाइड्रोजन बंधों के ब्योरों को छोड़कर मूलतः सही पुष्ट किया है। ब्रॉड्स्की जोड़ती हैं कि रिच और क्रिक ने, और किंग्स कॉलेज लंदन के एक अलग समूह ने, 1955 में स्वतंत्र रूप से संबंधित त्रिक-कुंडलीय संरचनाएँ प्रस्तावित कीं। पश्चिम के वैज्ञानिक समुदाय ने इस संरचना को “मद्रास त्रिक कुंडली” कहा, बंसल लिखती हैं।

नज़दीकी संपर्कों के विवाद से प्लॉट कैसे निकला

आलोचना का एक दूसरा नतीजा भी निकला। श्रीनिवासन और साथी, रामकृष्णन के अपने विवरण के आधार पर, कहते हैं कि कैम्ब्रिज की आपत्ति ने रामचंद्रन को उन दूरियों पर लौटा दिया जिन पर परमाणु क्रिस्टलों में असल में बैठते हैं। तब के युवा संकाय सदस्य वी. ससिसेखरन और तब के स्नातक छात्र रामकृष्णन ने इसे उठाया। उनका पहला प्रयास हर परमाणु के पाठ्यपुस्तकी आकार को निकटतम अनुमत पहुँच मानता था, और परिणामी नक्शे में कोणों का कोई अनुमत संयोजन था ही नहीं। छोटे अणुओं की क्रिस्टल संरचनाओं ने दिखाया कि असली परमाणु उससे ज़्यादा क़रीब आ जाते हैं: कार्बन और नाइट्रोजन के लिए पाठ्यपुस्तकी त्रिज्याएँ 3.25 ऐंगस्ट्रॉम जुड़ती हैं, फिर भी छोटे अणुओं के क्रिस्टलों में देखी गई निकटतम पहुँच आम तौर पर 2.9 है। प्रोटीन साइंस का श्रद्धांजलि-लेख जोड़ता है कि रिच और क्रिक ने जो दूरियाँ मानी थीं वे पॉलिंग की अल्फ़ा कुंडली तक को ख़ारिज कर देतीं।

गणना दो पेप्टाइड इकाइयों के लिए तैयार की गई, यानी प्रोटीन की रीढ़ की समतल कड़ियाँ, जो एक कार्बन परमाणु पर जुड़ी हों। फाई और साई नाम के दो कोण हर जोड़ पर मरोड़ का वर्णन करते हैं। रामकृष्णन का रेज़ोनेंस लेख कहता है कि माइनस 180 से 180 डिग्री तक के हर मान-युग्म को निश्चित अंतराल पर परखा गया और पूर्णतः अनुमत, आंशिक अनुमत या अननुमत के रूप में नामांकित किया गया, 1960 से 1962 में। श्रीनिवासन और साथी जोड़ते हैं कि रामकृष्णन के पास सिर्फ़ एक मार्चेंट कैलकुलेटर था, जो चार बुनियादी संक्रियाएँ करता है, और छपी हुई त्रिकोणमितीय तालिकाएँ, और उनके अपने कथनानुसार काम में रोज़ की मेहनत से पूरा एक साल लगा।

पर्चा, “स्टीरियोकेमिस्ट्री ऑफ़ पॉलीपेप्टाइड चेन कॉन्फ़िगरेशंस”, जर्नल ऑफ़ मॉलिक्यूलर बायोलॉजी के खंड 7, पृष्ठ 95 से 99 पर, जुलाई 1963 में छपा, लेखकों के रूप में रामचंद्रन, रामकृष्णन और ससिसेखरन के साथ। श्रीनिवासन और साथी लिखते हैं कि चार्ट ने फाई और साई के केवल लगभग 30 प्रतिशत संयोजनों को त्रिविम-रासायनिक रूप से सुलभ दिखाया। वे जोड़ते हैं कि नक्शे को यह नाम पहली बार डिकर्सन और गीस की पाठ्यपुस्तक द स्ट्रक्चर एंड ऐक्शन ऑफ़ प्रोटीन्स में दिया गया।

एक भविष्यवाणी जिसे प्रोटीन संरचनाओं ने बाद में पुष्ट किया

जब प्लॉट छपा, रामकृष्णन रेज़ोनेंस में लिखते हैं, तब एक भी प्रोटीन संरचना सुलझी नहीं थी, हालाँकि रेशेदार प्रोटीनों के लिए प्रस्तावित अल्फ़ा कुंडली और बीटा शीट के कोण पहले ही अनुमत क्षेत्रों में पड़ते थे। विजयन की आईयूसीआर रिपोर्ट कहती है कि केवल एक गोलाकार प्रोटीन की संरचना ज्ञात थी। जो भी हो, प्लॉट को संरचनाओं के आने का इंतज़ार करना पड़ा। रामकृष्णन नोट करते हैं कि 2001 तक 15,000 से ज़्यादा ज्ञात थीं और प्लॉट हर हल के दौरान और बाद एक जाँच-बिंदु का काम करता था। इस गिनती में एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफ़ी से सुलझी संरचनाएँ शामिल हैं, वही तरीक़ा जो वेंकटरमन रामकृष्णन की राइबोसोम संरचनाओं के पीछे है।

श्रीनिवासन और साथी जॉर्ज रोज़, जैनेट थॉर्नटन और सहकर्मियों को उद्धृत करते हैं कि यह असामान्य क्यों है: यह जीवविज्ञान के बहुत थोड़े मामलों में से एक है जहाँ सिद्धांत और प्रयोग के बीच के बेमेल को प्रायोगिक नतीजे की गुणवत्ता-जाँच के रूप में इस्तेमाल किया जाता है। वही कोण प्रोटीन का आकार पढ़ने में भी इस्तेमाल होते हैं, क्योंकि कुंडलियाँ और पट्टियाँ चार्ट के अपने-अपने हिस्से में गुच्छे बनाती हैं। रामचंद्रन के समूह ने इस विचार को न्यूक्लिक अम्लों और पॉलीसैकेराइडों पर भी लगाया, जैसा यतीन्द्र का श्रद्धांजलि-लेख और रेज़ोनेंस दोनों दर्ज करते हैं।

सम्मान

रामचंद्रन 1977 में रॉयल सोसाइटी के फ़ेलो चुने गए। 1999 में अंतरराष्ट्रीय क्रिस्टलविज्ञान संघ ने उन्हें अपना पाँचवाँ एवाल्ड पुरस्कार दिया, विषम प्रकीर्णन पर काम के लिए, कोलैजन जैसी रेशेदार संरचनाओं पर, और, उसके अपने शब्दों में, “सबसे बढ़कर” वृहदणु संरूपण के काम और प्लॉट के लिए, “जो आज भी सबसे उपयोगी वैधीकरण उपकरण बना हुआ है”। एम. विजयन ने ग्लासगो कांग्रेस में उनकी ओर से पदक स्वीकार किया। रामचंद्रन का निधन चेन्नई में 7 अप्रैल 2001 को हुआ, 78 वर्ष की उम्र में।

7 अगस्त 2004 को, कोलैजन पत्र के 50 साल बाद, नई दिल्ली में एक संगोष्ठी ने वर्षगाँठ मनाई, जिसे वैज्ञानिक एवं औद्योगिक अनुसंधान परिषद और विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विभाग का समर्थन था, और भारत के राष्ट्रपति अब्दुल कलाम ने उसमें भाग लिया। उस पर विजयन की रिपोर्ट रामचंद्रन को “स्वतंत्र भारत में काम करने वाले शायद सबसे उत्कृष्ट वैज्ञानिक” कहती है।