உயிர் கனிமவேதியியல்

உயிர் கனிமவேதியியல் (Bioinorganic chemistry) என்பது உயிரியலில் உலோகங்களின் பங்களிப்பைப் பற்றி ஆராயும் அறிவியல் துறையாகும். உயிர் வேதியியல் மற்றும் கனிம வேதியியல் ஆகிய இரண்டு துறைகளின் கலப்பாக இத்துறை விளங்குகிறது. இயற்கை நிகழ்வுகளான உலோகப் புரதங்களின் இயல்புகள் மற்றும் அத்தியாவசியமின்றி மருந்தியல் மற்றும் நஞ்சியல் போன்ற உயிரியல் துறைகளில் செயற்கையாகப் புகுத்தப்பட்ட உலோகங்கள் தொடர்பான ஆய்வுகளையும் இத்துறை உள்ளடக்கியுள்ளது. சுவாசம் போன்ற பல உயிரியல் செயல்முறைகள் கனிம வேதியியலின் அரசாட்சியில் இடம்பெற்றுள்ள மூலக்கூறுகளை நம்பியுள்ளன. உலோகப் புரதங்களின் இயல்புகளைப் பிரதிபலிக்கின்ற கனிம உலோக மாதிரிகளையும் இத்துறை ஆய்வு செய்கிறது.

புரதங்களில் இலத்திரன் பரிமாற்றத்தின் விளைவுகளை தெளிவுபடுத்தவும், தளப்பொருட்கள் எனப்படும் அடிப்படை மூலக்கூறுகளின் பிணைப்புகள் மற்றும் செயல்பாடுகளை அறியவும், அணு மற்றும் குழு பரிமாற்ற வேதியியல் உண்மைகளையும் உயிர்வேதியியலில் உலோகங்களின் பண்புகளை அறியவும்  உயிர் கனிமவேதியியல் ஒர் இன்றியமையாத துறையாக உள்ளது.

உயிரினங்களில் பகுதிப்பொருட்கள்  
99%, பாலூட்டிகளில் கார்பன், நைதரசன், கால்சியம், சோடியம், குளோரின், பொட்டாசியம், ஐதரசன், பாசுபரசு, ஆக்சிசன் மற்றும் கந்தகம் போன்ற உலோகங்கள் உள்ளன. கரிமச் சேர்மங்களான புரதங்கள், கொழுப்பு மற்றும் கார்போவைதரேட்டு போன்ற சத்துக்களில் கார்பனும்  நைட்ரசனும் பெருமளவில் காணப்படுகின்றன. மேலும் ஆக்சிசனும், ஐதரசனும் நீர் வடிவில் இடம் பெற்றுள்ளன. மேற்கண்ட அத்தனை உலோகங்களையும் ஒருங்கே தொகுப்பாக கொண்டுள்ள செல் மூலக்கூறு "உலோகவீடு" (metallome) என்று அழைக்கப்படுகிறது.

வரலாறு 
சிபிலிசு நோய் சிகிச்சைக்கு ஆர்செனிக் மற்றும் கார்பன் இணைந்த ஆர்செனிகல்கள் எனப்படும் கரிம ஆர்செனிக் சேர்மத்தைப் பயன்படுத்தி பவுல் எர்லிச் என்பவர் உலோகங்கள் அல்லது உலோகப்போலிகள் உயிரியலுடன் கொண்டுள்ள தொடர்பை விளக்கினார். இதன் தொடர்ச்சியாகவே உரோசன்பெர்க்கின் கண்டுபிடிப்பான சிஸ்-பிளாட்டின் (cis-PtCl2(NH3)2) என்ற சேர்மத்தின் புற்றுநோய் எதிர்ப்பு செயல்பாடுகள் பற்றிய அறிவு அரும்பத் தொடங்கியது. முதன் முதலாக  சேம்சு பி. சம்னர் படிகமாக்கிய புரதமான யூரிசில் அதன் செயல்படும் தளத்தில் நிக்கல் இருப்பதைப் பின்னர் கண்டறிந்தனர். உயிரைப் போக்கும் இரத்தசோகை நோயைக் குணப்படுத்தும் உயிர்ச்சத்து பி12 மருந்தின் கொர்ரின் பெருவளையத்தில் கோபால்ட் இருப்பது கண்டறியப்பட்டது. டோரதி ஓட்ச்கின் படிகவியல் ஆய்வின் வழியாக இதனை நிருபித்தார். பாசுபேட்டு சேர்மத்தைக் கொண்டுள்ள பலபடிகளின் இன்றியமையாப் பணியை வாட்சன் – கிரிக் விளக்கிய டி. என். ஏ. கட்டமைப்பு விளக்குகிறது.

உயிர் கனிமவேதியியலின் கருப்பொருட்கள் 

பல வேறுபட்ட  தனித்துவமுள்ள கருப்பொருட்கள்  உயிர் கனிமவேதியியலில் அடையாளம் காணப்பட்டுள்ளன. அவற்றின் சில. முக்கியப் பகுதிகள் பின்வருமாறு:

உலோக அயனிகள் சேகரித்தலும் கடத்துதலும் 

அயனித்தடங்கள், அயனிக்குழாய்கள் உதாரணம் (சோடியம்–பொட்டாசியம் அடினோசைன் டிரைபாசுபேட் -ATPase குழாய்கள்) நுண்குமிழ்கள், இரும்பு இடுக்கி இணைப்புகள் பிற புரதங்கள் மற்றும் செல்களில் உலோகங்களின் அடர்த்தியைக் கட்டுப்படுத்தும் சிறிய மூலக்கூறுகள் முதலான அனைத்தையும் இத்தலைப்பு உள்ளடக்கியுள்ளது. ஒரே ஒரு பிரச்சினை என்னவெனில் வளர்சிதை மாற்றத்திற்குத் தேவை என்று கருதப்படும் பல உலோகங்கள் கரையும்தன்மை அல்லது பற்றாக்குறை காரணமாக எளிதாக கிடைப்பதில்லை. உயிரினங்கள் இப்பிரச்சினையை எதிகொள்ள பல உத்திகளை உருவாக்கிக்கொண்டு அவ்வுலோகங்களை சேகரிக்கவும் கடத்தவும் செய்கின்றன.

நொதியியல் 
அன்றாட அறிவியலில் நிகழும் பல வினைகளில் தண்ணீர் மற்றும் உலோக அயனிகள், அதாவது உலோகப் புரதங்கள் பெரும்பாலும் வினையூக்கி மையங்களைப் போல் நொதிகளில் செயல்படுகின்றன. இவ்வகை வினைகளில் நீர் ஓர்  ஈந்தணைவியாக (ligand) செயல்படுகிறது. கார்பானிக் நீரிலிநீராற்பகுப்பி, உலோகபாசுபேட்டீனிகள், மற்றும் உலோகப்புரதமீனிகள் ஆகியவை நீராற்பகுப்பி நொதிகளுக்கு எடுத்துக்காட்டுகளாகும். உலோகப் புரதங்களைப் பற்றியும் அவற்றின் செயல்பாடுகள் பற்றியும் புரிந்து கொள்ள உயிர்கனிம வேதியியலாளர்கள் பெரிதும் முயல்கின்றனர்.

இலத்திரன் பரிமாறும் புரோட்டான்களைக் கொண்ட உலோகங்களைப் பொதுவாக மூன்று பிரதானமான வகுப்புகளாக வகைப்படுத்த முடியும். அவை இரும்பு-கந்தகப் புரதங்கள், (உரூபிரடாக்சின்கள், பெர்ரிடாக்சின்கள், ரியசிகே புரதங்கள் போன்றவை), நீல செப்பு புரதங்கள், சைட்டோகுரோம்கள் என்பனவாகும். இந்த இலத்திரன் கடத்தும் புரதங்கள் அலோக எலக்ட்ரான் கடத்திகளான நிக்கோட்டினமைடு அடினைன் டைநியூக்ளியோட்டைடு மற்றும் பிளாவின் அடினைன் டைநியூக்ளியோடைடு ஆகியவற்றின் நிரப்பிகளாக உள்ளன. ஏற்ற–ஒடுக்க இடைமாற்ற வினைகளில் உலோகங்களின் விரிவான பயன்பாட்டுக்கு நைதரசன் சுழற்சி வழிகாட்டுகிறது.

ஆக்சிசன் கடத்தல் மற்றும் புரதங்கள் இயக்கம் 

இரும்பு, தாமிரம், மற்றும் மாங்கனீசு, போன்ற உலோகங்கள் காற்றுச்சூழலில் பரவலாக  பயன்படுகின்றன. இரத்தச் சிவப்பணுக்கள் ஈமோகுளோபின் வடிவில் ஈமை ஆக்சிசன் கடத்தியாக உபயோகிகின்றன. ஒருவேளை உயிரியலில் உள்ள உறுதியாக அங்கீகரிக்கப்பட்ட உலோகப் பயன்பாட்டு அமைப்பு இதுவாகவும் இருக்கலாம். இதைத்தவிர மையோ குளோபின், ஈமோசயனின் மற்றும் ஈமெரித்திரின் என்பவை பிற ஆக்சிசன் கடத்தும் தன்மையைக் கொண்டுள்ளன. 
இயற்கையெங்கும் நிறைந்திருக்கும் உயிர்கனிம அமைப்பில் ஆக்சிடேசுகள் மற்றும் ஆக்சிசனேசுகள் என்பவையும் அடங்கும். இவை ஆக்சிசனின் இருப்பைச் சாதகமாக்கிக் கொண்டு சைட்டோகுரோம் சி ஆக்சிடேசில் ஆற்றல் உற்பத்தி செய்தல் அல்லது சைட்டோகுரோம் பி450 ஆக்சிடேசுகள் அல்லது மீத்தேன் மோனோ ஆக்சிசனேசில் சிறிய மூலக்கூறு ஆக்சிசனேற்றம் ஆகிய முக்கியமான வினைகளை முன்னெடுக்கின்றன. சில கனிமபுரதங்கள் ஆக்சிசன் மற்றும் வினைத்திறன் மிக்க ஆக்சிசன் மூலக்கூறுகள் கொண்டுள்ள ஐதரசன் பெராக்சைடு போன்றனவற்றின்  தீங்கு  விளைவு களிடமிருந்து  உயிரியல் அமைப்பைப் பாதுகாக்கும் வகையில் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன. பெராக்சிடேசு கள், கேடலேசு கள் மற்றும் மிகைஆக்சைடு டிசுமுடேசு கள் முதலியன இவ்வமைப்புகளுக்கு உதாரணமாகும். ஆக்சிசனுடன்  வினைபுரியக்கூடிய நிரப்பி கனிமப் புரதங்கள் ஆக்சிசன் வெளிப்படுத்தும் கூட்டுத்தொகுதிகளாக தாவரங்களில் காணப்படுகின்றன. தவரங்களின் ஒளிச்சேர்க்கை நிகழ்வின்போது இத்தகைய சிக்கலான புரதக் கூட்டுத்தொகுதி அமைப்புகள் ஆக்சிசனை வெளிப்படுத்தும் கருவிகளாக உள்ளன.

உயிர் கரிமவுலோக வேதியியல் 

உயிர்கரிமவுலோக அமைப்புத் தனிமங்களில் அல்லது உருவாகும் இடைநிலைகளில் உலோகக் – கார்பன் பிணைப்புகள் இருப்பது அவற்றிற்கான சிறப்புத் தன்மையாகும். உயிர்கரிமவுலோக நொதிகள் மற்றும் புரதங்களில் ஐதரசனேசு என்ற நொதியும், நைட்ரசனேசில் FeMoco என்ற கூட்டுக்காரணி மற்றும் உயிர்சத்து மெத்தில்கோபாலமின் ஆகியவை உள்ளன. இவைகள் யாவும் இயற்கையாகத் தோன்றும் கரிமக்கனிம சேர்மங்களாகும்.  ஓரணு உயிரினங்களில் உலோகங்கள் பயன்பாடு மிகுந்து இருப்பதை தெளிவுபடுத்துவதில் இப்பகுதி கவனம் செலுத்தி உள்ளது. சுற்றுச்சூழல் வேதியியலில் கரிமக்கனிமச் சேர்மங்களின் பங்கு முக்கியத்துவம் பெற்றுள்ளது .

மருந்துகளில் உலோகங்கள் 

பல மருந்துகள் உலோகங்களைக் கொண்டிருக்கின்றன. இந்த நம்பிக்கையில்தான் உலோகங்களைக் கொண்டுள்ள மருந்து வகைகள் அவற்றின் செயல்பாடுகள் மற்றும் நொதிகள் வினைபுரியும் தளங்களில் சேர்மங்களின் உலோக அயனிகள் தங்களுக்குள் இடைவினை புரிதல் ஆகியசெயல்களை அறிய முயற்சிப்பதும் நடக்கிறது. காந்த அதிர்வு அலை வரைவு முரண் முகவரில் பொதுவாக கடோலினியம் உள்ளது. பித்துமந்த நிலையில் உள்ள இருமனக் குழப்ப நோய் சிகிச்சையில் லித்தியம் கார்பனேட்டு பயன்படுத்தப்படுகிறது. முடக்குவாதத்திற்கு  மருந்தாகும் அவ்ரானோபின் சந்தைப்படுத்தப்பட்டுள்ளது. இதில் தங்கம் ஒரு கூட்டுச்சேர்மமாக உள்ளது. இதயம் மற்றும் நரம்புகளுக்கு நைட்ரிக் ஆக்சைடு சிந்தேசு என்ற நொதியை உள்ளடக்கிய நைட்ரிக் ஆக்சைடு  முக்கியமானது என்ற நோக்கில் சோதிக்கப்பட்டு வருகிறது. கார்பன் மோனாக்சைடை விடுவிக்கும் மூலக்கூறுகள் , உலோகக் கூட்டுச்சேர்மங்களில் கார்பன் மோனாக்சைடை  சிறிய அளவில் வெளியிட்டு வீக்கத்தைக் குறைக்கும் வகையில் உருவாக்கப்பட்டு வருகின்றன.

சுற்றுச்சூழல் வேதியியல் 

கன உலோகங்களுக்கும் உயிரினங்களுக்குமான  தொடர்பைச் சுற்றுச்சூழல் வேதியியல் பாரம்பரியமாகவே  வலியுறுத்துகிறது. பேரழிவை உண்டாக்கிய மினமாட்டா கொள்ளை நோய் க்கு மெத்தில்மெர்க்குரி காரணம் என்பது அறியப்பட்ட உண்மையாகும். வளர்ந்து வரும் நாடுகளில் பலமில்லியன் மக்கள் ஆர்சனிக் நச்சு கலந்த நிலத்தடி நீரால் பெரிதும் பாதிக்கப்பட்டு உள்ளனர். பாதரசம் மற்றும் ஆர்சனிக் கொண்ட சேர்மங்களின் வளர்சிதைமாற்றத்தில் கோபாலமின் சார்ந்த நொதிகள் உள்ளடங்கியுள்ளன.

உயிரினத்தாதுவாதல் 

வாழும் உயிரினங்கள் தாதுக்களை உற்பத்தி செய்யும் செயல் உயிரினத்தாதுவாதல் எனப்படும். பெரும்பாலும் திசுக்கள் கல்லாகி அல்லது இருக்கும் அவை விறைப்பாகி இத்தகைய உற்பத்தி நடக்கிறது. இத்தகைய திசுக்கள் கனிமப்படுத்தப்பட்ட திசுக்கள் என்று அழைக்கப் படுகின்றன . பாசிகளில் உள்ள சிலிக்கேட்டுகள், முதுகெலும்பில்லா உயிரினங்களில் உள்ள ஈரணுக்கள், கார்பனேட்டுகள், மற்றும் முதுகெலும்புள்ள உயிரினங்களில் உள்ள கால்சியம் பாசுபேட்டுகள் மற்றும் கார்பனேட்டுகள் ஆகியன உதாரணங்களாகும். பாக்டீரியாக்கள் பங்கேற்கும் இரும்பு, தாமிரம் மற்றும் தங்கப் படிவுகள் ஆகியன பிற உதாரணங்களாகும். உயிரினங்கள் வழியாக உற்பத்தியாகும் தாதுக்கள் சிறப்பான உபயோகங்களைக் கொண்டுள்ளன. காந்தவுத்தி பாக்டீரியாக்களில் உள்ள காந்த உணரிகள் (Fe3O4), ஈர்ப்பு உணர்வு அமைப்புகளான (CaCO3, CaSO4, BaSO4) மற்றும் பெர்ரிடின் புரதம் போல இரும்பைத் தேக்கிப் பெருக்குதல் (Fe2O3•H2O ) ஆகியன சில உபயோகங்களாகும். ஏனெனில் கால்சியமேற்றுதலுக்கு துணைபுரிவதில் செல்வெளி இரும்பு முனைப்புடன் பங்கேற்கிறது. ஓடுகள் உருவாவதில் அவற்றின் கட்டுப்பாடு மிக அவசியம் ஆகும். இரும்பு விநியோகித்தலில் பெர்ரின் புரதம் கட்டுப்படுத்துவதில்  ஒரு முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது.

உயிரியலில் உள்ள கனிமங்களின் வகைகள்

கார உலோகங்கள் மற்றும் காரமண் உலோகங்கள் 

ஏராளமான கனிம உறுப்புகள்  மின்பகுளி அயனிகளாகச்  செயல்படுகின்றன. சோடியம் ,பொட்டாசியம், கால்சியம்,மெக்னீசியம், குளோரைடு , பாசுபேட்டு மற்றும் கரிம அயனியான பைகார்பனேட்டு போன்றவை அவற்றுள் முக்கியமான அயனிகளாகும். இவை செல் சவ்வு முழுவதும்  துல்லியமான சாய்வு  விகிதத்தை பராமரித்து சவ்வூடுபரவற்குரிய அழுத்தம் மற்றும் காரஅளவை (PH) கட்டுப்படுத்துகின்றன. நரம்புகள் மற்றும் திசுக்களுக்கு அயனிகள் இன்றியமையாதனவாக ஆமைந்து , கூடுதல் செல்வெளி நீர் மற்றும் உயிரணுக்கணிகம்  ஆகியவற்றுக்கு இடையே  மின்னாற்பகு பொருட்களை பரிமாற்றம் செய்து திசுக்களில் செயல்திறனை உருவாக்குகின்றன. செல்சவ்வில் உள்ள புரதங்கள் வழியாகவே மின்பகு பொருள்கள் செல்லுக்குள் சென்று  வெளியேறுகின்றன.  உதாரணமாக, கால்சியம், சோடியம் மற்றும் பொட்டாசியம் ஆகியன அயனிகள் வழியாக செல்சவ்வு மற்றும் நுண்குழல்களுக்குள் செல்கின்றன. இவற்றின் இயக்கத்தைச் சார்ந்தே தசை சுருக்கம் அமைகிறது

இடைநிலைத் தனிமங்கள் 

தேவையான அளவுக்கு துத்தநாகம் மற்றும் இரும்புடன் உயிரியலில் இடைநிலைத்தனிமங்கள் அரிதான தனிமங்களாகக் காணப்படுகின்றன. இந்த உலோகங்கள் சில புரதங்களில் அவற்றின் கூட்டுக்காரணிகளாக விளங்குகின்றன.  நொதிகளின் செயல்பாட்டை ஊக்குவிப்பதற்கு  அவசியமான  வினையூக்க நொதிகளாகவும் ஈமோகுளோபின் போன்ற ஆக்சிசன் கடத்திகளாகவும் இவை செயல்படுகின்றன.  இந்தக் கூட்டுக்காரணிகள் குறிப்பிட்ட சிலவகை புரதங்களுடன் நெருக்கமாகப் பிணைக்கப்பட்டுள்ளன. அதேநேரத்தில் இந்நொதி கூட்டுக்காரணிகளை வினையூக்கிகளால் மாற்றியமைக்க முடியும். வினையூக்க வினைகள் முடிந்தவுடன் கூட்டுக்காரணிகள் அவற்றின் இயல்புநிலைக்கு மீண்டுவருகின்றன. நுண்சத்துக்களாக உள்ள உலோகங்கள் சிறப்பான கடத்திகளால் உயிரினத்திற்குள் கடத்தப்பட்டு பயன்படாத போது அங்குள்ள சேமிக்கும் புரதங்களான பெர்ரிடின் அல்லது உலோகதையோனின் உடன் இணைக்கப்படுகின்றன . உயிர்சத்து B12 இன் நிறைவான செயல்பாட்டிற்கு கோபால்ட் தனிமம் மிகவும் அவசியமாகும்.

பிரதான குழுச்சேர்மங்கள் 

உலோகங்களைத் தவிர வேறுசில தனிமங்களும் உயிரினச் செயல்பாடு கொண்டுள்ளன. கந்தகமும் பாசுபரசும் அவற்றின் வாழ்க்கை முழுவதும் தேவைப்படுகின்றது. பாசுபரசு கிட்டத்தட்ட பாசுபேட்டாகவும் அதன் எசுத்தர் வடிவிலும் காணப்படுகிறது. கந்தகம் ஆக்சிசனேற்றி வடிவத்தில் சல்பேட்டு அல்லது சல்பைடுகளாகக் காணப்படுகிறது. செலினியம் ஒரு எதிர் ஆக்சிகரணியாகவும் காட்மியம் அதனுடைய நச்சுத்தன்மை காரணமாகவும் முக்கியத்துவம் பெறுகின்றன.

மேற்கோள்கள்

இவற்றையும் காண்க 

•	உடலியங்கியல்

•	கூட்டுக்காரணி

•	இரும்பு வளர்சிதை மாற்றம்

உசாத்துணை 

 Heinz-Bernhard Kraatz (editor), Nils Metzler-Nolte (editor), Concepts and Models in Bioinorganic Chemistry, John Wiley and Sons, 2006, 
 Ivano Bertini, Harry B. Gray, Edward I. Stiefel, Joan Selverstone Valentine, Biological Inorganic Chemistry, University Science Books, 2007, 
 Wolfgang Kaim, Brigitte Schwederski "Bioinorganic Chemistry: Inorganic Elements in the Chemistry of Life." John Wiley and Sons, 1994, 
 Rosette M. Roat-Malone,  Bioinorganic Chemistry : A Short Course, Wiley-Interscience, 2002, 
 J.J.R. Fraústo da Silva and R.J.P. Williams, The biological chemistry of the elements: The inorganic chemistry of life, 2nd Edition, ஒக்ஸ்போர்ட் பல்கலைக்கழகப் பதிப்பகம், 2001, 
 Lawrence Que, Jr., ed., Physical Methods in Bioinorganic Chemistry, University Science Books, 2000,

வெளிப்புற இணைப்புகள் 
The Society of Biological Inorganic Chemistry (SBIC)'s home page
Metal Ions in Life Sciences
Glossary of Terms in Bioinorganic Chemistry
Metal Coordination Groups in Proteins by Marjorie Harding 
European Bioinformatics Institute
MetalPDB: A database of metal sites in biomolecular structures 

.

உயிர்வேதியியல்
கனிம வேதியியல்