ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்ப்பியாகவும் ஆக்சிஜனேற்ற ஊக்கியாகவும் மெத்திலீன் ப்ளூ: விளைவை மாற்றுவது எது?

இரண்டு ஆய்வகங்கள் ஒரே நீலச் சாயத்தைச் சோதித்து எதிரெதிரான முடிவுகளை அறிவிப்பதாக வைத்துக்கொள்வோம். முதலாவதில், தனியாகப் பிரித்தெடுக்கப்பட்ட மூளை மைட்டோகாண்ட்ரியாக்கள் சிறப்பாகச் சுவாசித்து அதிக ATP உருவாக்குகின்றன. இரண்டாவதில், அதே ஆய்வு மாதிரி மிக அதிகமான ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடை வெளியிடுகிறது. இரண்டு அறிக்கைகளுமே சரியானவை. ஒரே சுழற்சியை இரு முனைகளிலிருந்து அவை விவரிக்கின்றன; வாசகர்கள் ஒரு முனையை முழுக் கதையாகக் கருதும்போதுதான் குழப்பம் தொடங்குகிறது.

இந்த மூலக்கூறுக்கு எந்தப் பெயரடை பொருந்தும் என்று கேட்பதே தவறு. மெத்திலீன் ப்ளூ எலக்ட்ரான்களைக் கைமாற்றும் ஓர் இடைநிலைப் பொருள்; அதன் செல் உயிரியல் இலக்குகளின் வரைபடம் இதைப் பரந்த சூழலில் காட்டுகிறது. ஆக்சிஜனேற்றமடைந்த சாயம் எலக்ட்ரான்களை ஏற்று நிறமற்ற leucoMB ஆகிறது. LeucoMB அந்த எலக்ட்ரான்களை அடுத்ததாகக் கைமாற்றிவிட்டு மீண்டும் நீலமாகிறது. எலக்ட்ரான்களை யார் வழங்குகிறார்கள், யார் பெறுகிறார்கள், வழியில் உருவாகும் ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடை அந்த அமைப்பால் அகற்ற முடியுமா என்பவற்றைப் பொறுத்தே நீங்கள் காணும் விளைவு அமைகிறது. கேட்க வேண்டிய கேள்வி, இந்தச் சாயம் ஓர் ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்ப்பியா என்பதல்ல. அந்தக் கைமாற்றம் என்ன செய்யச் சூழ்நிலைகள் அனுமதிக்கின்றன என்பதே.

இரு முகங்களையும் உருவாக்கும் சுழற்சி

இருளில், அடிப்படைச் சுழற்சி சுருக்கமானது. NADH, NADPH அல்லது சுவாசச் சங்கிலியிலுள்ள கடத்திகள் சாயத்தை ஒடுக்குகின்றன. ஒடுக்கப்பட்ட சாயத்திற்கு அடுத்ததாகப் போட்டியிடும் வழிகள் உள்ளன. அது சைட்டோக்ரோம் c-க்கு எலக்ட்ரான்களை வழங்கி, சேதமடைந்த ஒரு கூட்டமைப்பைத் தவிர்த்துச் செல்லும் ஓட்டத்தை ஆதரிக்கலாம். இதனால்தான் கூட்டமைப்பு I அல்லது III தடுக்கப்பட்ட நிலையில் சுவாசமும் சவ்வு மின்னழுத்தமும் ஓரளவு மீள்கின்றன. அல்லது அது நேரடியாக ஆக்சிஜனுக்கு எலக்ட்ரான்களை வழங்கலாம்; இது நீல வடிவத்தை மீண்டும் உருவாக்குவதோடு ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடையும் உருவாக்குகிறது. சாயம் மீண்டும் உருவாக்கப்படுவதால், சிறிய அளவுகூட இந்தச் சுழற்சியைப் பலமுறை தொடரலாம்; தொடர்ந்து ஒடுக்கும் திறனை வழங்கும் எலக்ட்ரான் சமவளங்களைச் செலவிட்டு, தொடர்ந்து பெராக்சைடை உருவாக்கலாம்.

மேலும் இரண்டு கிளைகள் இந்த வேதியியலை முற்றிலும் மாற்றுகின்றன. கட்டுப்படாத செம்பு அல்லது இரும்பு, பரவக்கூடிய அந்தப் பெராக்சைடை ஃபென்டன் வகை வினைகள் மூலம் அந்த இடத்திலேயே மிக அதிக சேதம் விளைவிக்கும் ஆக்சிஜனேற்றிகளாக மாற்றுகிறது. சிவப்பு ஒளி தனியான ஓர் ஒளிவேதியியல் கிளையைத் தொடங்குகிறது. அதில் ஆற்றல் தூண்டப்பட்ட சாயம் ஆக்சிஜனுக்கு ஆற்றலை மாற்றி சிங்க்லெட் ஆக்சிஜனை உருவாக்குகிறது. இந்த வேதியினம் வகை I மற்றும் வகை II ஒளிவேதியியல் விளக்கத்தில் விரிவாக விவரிக்கப்பட்டுள்ளது. இருளில் நடக்கும் ஆக்சிஜனேற்ற–ஒடுக்கச் சுழற்சி, உலோகங்களால் அதிகரிக்கும் சேதம், ஒளியியக்கச் சேதம் ஆகியவை ஒரே தொடக்க மூலக்கூறைப் பகிரும் மூன்று வெவ்வேறு செயல்முறைகள்.

சூழ்நிலையிலிருந்து விளைவுக்கான அட்டவணை

கீழுள்ள அட்டவணை வைத்துக்கொள்ள வேண்டிய முக்கிய ஆதாரம். ஒவ்வொரு வரிசையும் ஒரு மாறி, அது விளைவை நகர்த்தும் திசை, அதன் பின்னுள்ள பரிசோதனை ஆகியவற்றைக் காட்டுகிறது. சாதகமானது என்பது பாதுகாப்பைக் காட்டும் அல்லது மேம்பட்ட அளவீட்டு முடிவைக் குறிக்கிறது. பாதகமானது என்பது அதிக ஆக்சிஜனேற்றி, அதிக வளச் சிதைவு அல்லது அதிக சேதத்தைக் குறிக்கிறது.

வரிசைகள் முழுவதிலும் தெரியும் போக்குதான் முக்கியம். பெராக்சைடு உற்பத்தியும் உயிரியல் பாதுகாப்பும் தனித்தனி அச்சுகள். ஒரு செயல்பாடு ஒரே நேரத்தில் முதலாவதில் பாதகமாகவும் இரண்டாவதில் சாதகமாகவும் அமையலாம்.

ஒரே அளவு ஏன் வெவ்வேறு பதில்களைத் தருகிறது

செறிவு எலக்ட்ரான் கடத்தும் திறனை நிர்ணயிக்கிறது; இறுதி விளைவை அல்ல. முழுமையான மூளை மைட்டோகாண்ட்ரியாக்கள் பற்றிய ஆய்வில், மூளை மைட்டோகாண்ட்ரியாக்களிலிருந்து பெராக்சைடு வெளியீடு 50 nM முதல் மேலே கண்டறியக்கூடிய அளவில் அதிகரித்தது. ஆனால் இருளில் வெளிப்படையான மைட்டோகாண்ட்ரியல் DNA சேதத்திற்கு 100 uM தேவைப்பட்டது. முதல் சமிக்ஞைக்கும் மரபணுப் பொருள் நச்சுத்தன்மைக்கும் இடையில் சுமார் இரண்டாயிரம் மடங்கு இடைவெளி உள்ளது; ஆனால் இது பாதுகாப்பு வரம்பல்ல. அளவிடப்பட்ட முடிவுகள், உயிரியல் உட்பிரிவுகள், வெளிப்பாட்டு நேரங்கள் வேறுபடுகின்றன. எனவே இந்த எண்கள் ஒரே வளைவிலுள்ள புள்ளிகளைக் குறிக்காமல், வெவ்வேறு நிகழ்வுகளைக் குறிக்கின்றன. அளவு–விளைவு விவாதம் இந்த வகையான குறைந்த சமிக்ஞைக்கும் அதிக சேதத்திற்கும் இடையிலான இடைவெளியை ஹார்மீசிஸின் பரந்த சூழலில் விளக்குகிறது.

எலக்ட்ரான்கள் எங்கே நுழைகின்றன என்பதை வினைமூலப்பொருள் தீர்மானிக்கிறது. NADH-உடன் தொடர்புடைய எரிபொருட்கள், பயனுள்ள மாற்றுப்பாதைக்கும் வீணாகும் ஆக்சிஜன் வினைக்கும் தேவையான ஏராளமான ஒடுக்கும் எலக்ட்ரான் சமவளங்களைச் சாயத்திற்கு வழங்குகின்றன. சக்கினேட் சாயத்தை ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்ப்பியாகவும் குளூட்டமேட் அதை ஆக்சிஜனேற்ற ஊக்கியாகவும் மாற்றுகிறது என்ற அடிக்கடி மேற்கோளிடப்படும் சுருக்கம், தரவுகள் சொல்வதை மீறிப் பொருள் கொள்கிறது. ஏனெனில் இதய ஆய்வில் சக்கினேட்டுடன் பெராக்சைடை அளந்த சூழ்நிலையில் ரோட்டினோனும் இருந்தது. மேலும், ஒவ்வொரு வினைமூலப்பொருள் மற்றும் சுவாச நிலையிலும் பெராக்சைடு அதிகரித்ததைக் கண்ட மூளை ஆய்விலிருந்து வேறுபட்ட திசுவையும் அளவையும் அது பயன்படுத்தியது.

ஒளி விளைவின் அளவை மட்டுமல்ல, செயல்முறையையே மாற்றுகிறது. இந்தத் தொகுப்பில் மிகத் தெளிவான ஒப்பீடு இதுதான்: இருளில் 20 uM, மைட்டோகாண்ட்ரியல் DNA துண்டுகளில் கண்டறியக்கூடிய மாற்றம் எதையும் ஏற்படுத்தவில்லை; சிவப்பு ஒளியில் 20 uM அவை அனைத்தையும் சேதப்படுத்தியது. ஒளியுள்ள பரிசோதனையை இருளில் நடந்த பரிசோதனையுடன் ஒப்பிடுபவர், ஒளிவேதியியலை ஆக்சிஜனேற்ற–ஒடுக்கச் சுழற்சியுடன் ஒப்பிடுகிறார்.

உலோகங்கள் ஆக்சிஜனேற்றியை மாற்றுகின்றன. உலோகங்கள் இல்லாமல், சாயத்தின் இருள் சுழற்சி பெராக்சைடை உருவாக்குகிறது. அது பரவக்கூடிய ஒரு மூலக்கூறு; செல்கள் அதைச் சமிக்ஞையாகவும் பயன்படுத்துகின்றன. வினையில் பங்கேற்கக்கூடிய செம்பு அல்லது இரும்பு இருந்தால், NADH-ஆல் ஒடுக்கப்பட்ட சாயம் உலோக ஒடுக்கத்திற்கு உதவுகிறது. ஒடுக்கப்பட்ட உலோகம், DNA-க்கு அருகில் பெராக்சைடை ஹைட்ராக்சில் வகை அல்லது செம்பு பெராக்சைடு வேதியினங்களாகச் செயல்படுத்துகிறது. இப்படித்தான் NADH மற்றும் உலோக அயன்களுடன் செய்யப்பட்ட செல்களற்ற ஆய்வு, ஒரே தொடக்கச் சாயத்திலிருந்து ஹாட்ஸ்பாட் பகுதிகளைத் தேர்ந்தெடுத்தும் பரவலாகவும் DNA சேதத்தை உருவாக்கியது. இந்தக் கிளை முக்கியமானதாக அமையுமா என்பதைச் சாயம் மட்டும் தீர்மானிப்பதில்லை; அந்த உயிரியல் உட்பிரிவு உலோகங்களை எவ்வாறு கையாளுகிறது என்பதும் தீர்மானிக்கிறது.

செல் அந்தச் செலவை ஏற்க முடியுமா என்பதை எரிபொருள் நிலை தீர்மானிக்கிறது. 2 முதல் 20 uM சாயத்திற்கு உட்படுத்தப்பட்ட எண்டோத்தீலியல் செல்களில், குளுக்கோஸை நீக்கியது ஆக்சிஜனேற்றச் செலவை வெளிப்படுத்தியது; குளுக்கோஸ் வழங்குவது அதை நீக்கியது. குளுக்கோஸ் சாயத்தின் ஒடுக்கத்தையும் வேகப்படுத்தியபோதும் இது நடந்தது. வளம் பெற்ற பாதுகாப்புகளுடன் வேகமாகச் சுழல்வது, வளமற்ற பாதுகாப்புகளுடன் மெதுவாகச் சுழல்வதைவிடச் சிறந்தது. குளுக்கோஸ் அல்லது NADPH நிலையைச் சொல்லாத எந்த ஆக்சிஜனேற்றி குறித்த கூற்றையும் முழுமையற்றதாகக் கருதுங்கள்.

கிடைக்கும் உயிரியல் அமைப்புகளைத் திசு தீர்மானிக்கிறது. எண்டோத்தீலியல் செல்கள் குளுக்கோஸ் வளர்சிதை மாற்றம் மூலம் NADPH-ஐ மீண்டும் உருவாக்குகின்றன; அவற்றில் சைட்டோசாலில் ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்ப்புக் கையிருப்புகளும் உள்ளன. தனியாகப் பிரித்தெடுக்கப்பட்ட மைட்டோகாண்ட்ரியாக்களில் இவை எதுவும் இல்லை. தூய்மைப்படுத்தப்பட்ட DNA-வில் பழுதுநீக்க அமைப்புகூட இல்லை. ஓர் ஆய்வு மாதிரியில் கிடைக்கும் முடிவு மற்ற மாதிரிகளைப் பற்றி மிகக் குறைவாகவே முன்னறிவிக்கிறது. இதனால்தான் திசுவுக்கேற்ற எதிர்வினைகள் பற்றித் திட்டமிடப்பட்டுள்ள கட்டுரை இந்த அமைப்புகளைத் தனித்தனியாகக் கையாள வேண்டியிருக்கும்.

நேரடி அளவீடு என்பது பின்னர் நிகழும் பாதுகாப்பு அல்ல

பரிசோதனைகள் தனித்தனியாக வைத்திருக்கும் இரண்டு அடுக்குகளைப் பல எழுத்துகள் ஒன்றாக்கிவிடுகின்றன. ஒரு அடுக்கு எவ்வளவு ஆக்சிஜனேற்றி தோன்றியது என்று கேட்கிறது. மற்றொன்று செல் எவ்வாறு பதிலளித்தது என்று கேட்கிறது.

Amplex வகை பெராக்சைடு சோதனைகள் முதல் அடுக்கிற்கு மிக நெருக்கமாக உள்ளன. அவைகூட நிகர ஓட்டத்தையே தெரிவிக்கின்றன; அதாவது உற்பத்தியிலிருந்து அழிப்பையும் வெளியேற்றத்தையும் கழித்த அளவை. மூளை மைட்டோகாண்ட்ரியா ஆய்வு இரு பக்கங்களிலும் மாற்றத்தைக் கண்டது: அதிக பெராக்சைடு உருவானது; சேர்க்கப்பட்ட ஒரு பெராக்சைடு தொகுப்பை அகற்றுவதும் மெதுவானது. அதற்குப் பின்னர் நிகழ்பவை குளூத்ததயோன் ஆக்சிஜனேற்றம், அஸ்கார்பேட் நுகர்வு, ஆக்சிஜனேற்றமடைந்த குவானின், பாலிமரேஸைத் தடுக்கும் DNA பாதிப்புகள் ஆகியவை. ஒவ்வொரு படியும் ஆக்சிஜனேற்றிக்கும் அளவீட்டு முடிவுக்கும் இடையில் கூடுதல் உயிரியல் நிகழ்வுகளைச் சேர்க்கிறது.

Nrf2 இயக்கும் ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்ப்பு நொதிகளும் மைட்டோகாண்ட்ரியா உருவாக்கமும் இரண்டாவது அடுக்கில் உள்ளன. அவை ஒரு மிதமான பெராக்சைடு துடிப்பால் தூண்டப்படக்கூடிய தகவமைப்பு செயல்திட்டங்கள். மூளை மைட்டோகாண்ட்ரியா பாதுகாப்பு ஆய்வின் ஆசிரியர்கள் அந்த மிதமான அழுத்தத் தூண்டுதலையே முன்மொழிகின்றனர். அதே நேரத்தில், Nrf2 வழியாகச் செல்லும் காரணச் சங்கிலி தங்களுடைய முழுமையான நிரூபணத்தை விட முந்தைய ஆய்வுகளையே சார்ந்துள்ளது என்றும் குறிப்பிடுகின்றனர். புதிய புரதங்கள் மூலம் பல மணிநேரங்கள் கழித்து வரும் பாதுகாப்பு, தொடக்க வேதியியல் ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்ப்பாக இருந்தது என்று பொருளல்ல. ஒரு சிறிய ஆக்சிஜனேற்ற ஊக்க நிகழ்வு பெரிய பாதுகாப்பைப் பெற்றுத்தந்தது என்பதே பொருள். சோதனை வரம்புகள் மற்றும் ஆய்வு மாதிரி வேறுபாடுகள் உட்பட, இத்தகைய கூற்றுகளைப் படிப்பதற்கான வழிகாட்டுதல்கள் மெத்திலீன் ப்ளூ ஆராய்ச்சியைப் படிப்பதற்கான வழிகாட்டியில் விவாதிக்கப்படுகின்றன.

சோதனைகள் ஏன் ஒன்றுக்கொன்று மாறுபடுகின்றன

டைஹைட்ரோஃப்ளூரசெசீன் போன்ற ஒரு பொதுவான கண்டறியும் பொருள், அந்தப் பொருளில் ஏற்படும் பரந்த ஆக்சிஜனேற்றத்தைக் காட்டுகிறது; பெராக்சைடு செறிவைக் காட்டுவதில்லை. அது பெராக்சிடேஸ் மற்றும் ஹீம் வேதியியலைச் சார்ந்துள்ளது. அளவுத்திருத்தம் செய்யப்பட்ட Amplex சோதனை கண்டறியும் பெராக்சைடு அதிகரிப்பை அது தவறவிடலாம். மூளை மைட்டோகாண்ட்ரியா ஆய்வில் பெராக்சைடு கூர்மையாக அதிகரித்தது; ஆனால் அதற்கு இணையான சூப்பராக்சைடு சமிக்ஞை இல்லை. இது சாயத்தை அடிப்படையாகக் கொண்ட எந்தவொரு தனி ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்ப்புக் கூற்றையும் மேற்கோளிடுவதற்கு எதிரான எச்சரிக்கை. பொதுவான தூண்டல் மற்றும் உமிழ்வு அலைநீளப் பட்டைகளுக்கு அருகில் சாயம் கண்ணுக்குத் தெரியும் ஒளியை உறிஞ்சுவதால், ஒளியியல் ஒன்றுடன் ஒன்று படிவது குறித்து கட்டுப்பாட்டுச் சோதனை நடத்துவது நியாயமானது. ஆனால் கவனமாக நடத்தப்பட்ட அந்த ஆய்வு, தெரிந்த பெராக்சைடு அளவுகளைக் கொண்டு அளவுத்திருத்தம் செய்தது; தூண்டல் ஒளி வெளிப்பாட்டைக் குறைத்தபோதும் சமிக்ஞையில் சிறிய மாற்றமே இருந்தது; தனியான மின்முனையைக் கொண்டு பெராக்சைடு அகற்றம் மெதுவானதையும் உறுதிப்படுத்தியது. குறுக்கீடு என்பது சோதிக்க வேண்டிய கட்டுப்பாட்டு அம்சம்; முடிவைத் தானாகவே நிராகரிப்பதற்கான காரணமல்ல.

கால்சியம் முடிவும் இதே துல்லியத் தேவையை விளக்குகிறது. இதய ஆய்வில் குறுகிய காலச் சாய வெளிப்பாடு, ஊடுருவுதிறன் மாற்றத்திற்கு முன்பான மொத்த கால்சியம் சுமையை மாற்றவில்லை. எனினும், நீரிழிவை மையமாகக் கொண்ட இதய மைட்டோகாண்ட்ரியா ஆய்வில், தடுக்கப்பட்ட மூளை மைட்டோகாண்ட்ரியாக்களில் கால்சியம் உட்கொள்ளும் வேகத்தை அது மேம்படுத்தியது. வெவ்வேறு அளவீட்டு முடிவுகள், வெவ்வேறு அமைப்புகள்; முரண்பாடு இல்லை.

ஒரு முடிவை நம்புவதற்கு முன் சரிபார்க்க வேண்டியவை

ஒவ்வொரு ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்ப்பு அல்லது ஆக்சிஜனேற்ற ஊக்க முடிவையும் ஓர் அமைப்பைப் பற்றிய அறிக்கையாகக் கருதி, ஐந்து கேள்விகளைக் கேளுங்கள். எந்தச் செறிவில், எந்த உயிரியல் உட்பிரிவில்? எந்த எலக்ட்ரான் வழங்கியுடன், எந்தப் போட்டியிடும் ஏற்பியுடன்? ஒளியிலா, இருளிலா; எந்த அலைநீளத்திலும் அளவிலும்? எந்த உலோகங்கள் கிடைத்தன; எரிபொருள் மற்றும் ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்ப்புக் கையிருப்புகளுக்கு என்ன வளங்கள் கிடைத்தன? மேலும், எந்தச் சோதனையைக் கொண்டு ஆக்சிஜனேற்றி ஓட்டம், சேதம் அல்லது தகவமைப்பு எதிர்வினை அளவிடப்பட்டது? ஏதேனும் ஒரு பதிலை மாற்றினாலும், எந்த முரண்பாடும் இல்லாமல் அதே மூலக்கூறு இந்த அட்டவணையில் பாதுகாப்பளிக்கும் நிலையிலிருந்து சேதம் விளைவிக்கும் நிலைக்கு நகரலாம்.