மெத்திலீன் ப்ளூ செல்களுக்குள் நுழைவது எப்படி: ஒடுக்கம், மீள் ஆக்சிஜனேற்றம், சவ்வில் பகிர்வு

ஒரு வளர்ப்புத் தட்டிலுள்ள எண்டோதீலியல் செல்கள் மெத்திலீன் ப்ளூவை உள்வாங்குவதைப் பார்த்தால், வெளிப்படையாகத் தோன்றும் விளக்கமே தவறானதாகவும் இருக்கும். வளர்ப்பு ஊடகம் தனது நீல நிறத்தை இழக்கிறது; செல்களில் நீலத் துகள்கள் தோன்றுகின்றன. ஆகவே, சாயம் நீல மூலக்கூறாகவே சவ்வைக் கடந்து சென்றிருக்க வேண்டும் என்று தோன்றும். பரிசோதனைகள் வேறு ஒன்றைச் சொல்கின்றன. நீல வடிவம் சவ்வைக் கடப்பது மிகக் குறைவு. கடந்து செல்வது நிறமற்ற வடிவம்; உள்ளே நீங்கள் காணும் நீலம், அது சென்றடைந்த பிறகு உள்ளேயே உருவாகிறது.

இந்தத் தலைகீழான விளக்கம் முக்கியமானது; ஏனெனில் சாயமேற்றம் எதைச் சொல்ல முடியும், எதைச் சொல்ல முடியாது என்பதை இதுவே தீர்மானிக்கிறது. நீலத் துகள்கள், மீண்டும் ஆக்சிஜனேற்றமடைந்து செல் நுண்ணுறுப்புகளில் தக்கவைக்கப்பட்ட ஆக்சிஜனேற்றப்பட்ட சாயத்தைக் காட்டுகின்றன. அவை செல்லிலுள்ள மொத்தச் சாயத்தையோ, ஒடுக்கப்பட்ட வடிவில் உள்ள சாயத் தொகுதியையோ காட்டுவதில்லை; உயிரியல் விளைவையும் அளவிடுவதில்லை. ஏன் என்பதைப் புரிந்துகொள்ள, இந்த மூன்று படிகளைப் பின்தொடருங்கள்: மேற்பரப்பில் ஒடுக்கம், ஒடுக்கப்பட்ட வடிவின் பரவல், உள்ளே மீள் ஆக்சிஜனேற்றமும் தக்கவைப்பும்.

இரு வடிவங்களும் வெவ்வேறு மூலக்கூறுகளைப் போலச் செயல்படுகின்றன

ஆக்சிஜனேற்றப்பட்ட மெத்திலீன் ப்ளூ ஒரு தட்டையான, நேர்மின்சுமை கொண்ட வளைய அமைப்பு. அது நீரில் கரைகிறது, சுமார் 600 முதல் 700 nanometers வரையிலான ஒளியை வலுவாக உறிஞ்சுகிறது, நீலமாகத் தெரிகிறது. இங்கு மின்சுமையே முக்கியம். மின்சுமை கொண்ட, நீரை விரும்பும் ஒரு மூலக்கூறு லிப்பிட் சவ்வின் வழியே எளிதில் செல்லாது. அதனால்தான் ஆய்வு இலக்கியங்களில் கவனமாகப் பயன்படுத்தப்படும் சொற்றொடர், ஒப்பீட்டளவில் சவ்வைக் கடக்க முடியாதது என்பதே; முற்றிலும் கடக்க முடியாதது என்பதல்ல.

லியூகோமெத்திலீன் ப்ளூ எனப்படும் ஒடுக்கப்பட்ட மெத்திலீன் ப்ளூ நிறமற்றது, மின்சுமையற்றது, கொழுப்பில் கரையக்கூடியது. மின்சுமையை நீக்கிவிட்டால், சவ்வு ஒரு தடுப்புச் சுவராக இருப்பதில்லை. ஒடுக்கப்பட்ட மூலக்கூறு அதன் வழியே எளிதாகப் பரவுகிறது. உள்ளே, அதிக ஆக்சிஜனேற்றத் தன்மை கொண்ட ஒரு பகுதிக்குச் சென்றதும், அது மீண்டும் எலக்ட்ரான்களை இழந்து, நீல நிறமுள்ள, மின்சுமை கொண்ட, தக்கவைக்கப்படும் வடிவத்திற்குத் திரும்ப முடியும். எனவே, சாயத்தின் ஆக்சிஜனேற்ற–ஒடுக்க வேதியியல் அதன் போக்குவரத்து வழிமுறையாகவும் இருக்கிறது. எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையை மாற்றினால், சவ்வைக் கடக்கும் திறனையும் மாற்றுகிறீர்கள்.

முதல் படிக்கான எலக்ட்ரான்கள் செல்லிலிருந்தே வருகின்றன. பாலூட்டிகளின் செல்கள் பிளாஸ்மா சவ்வின் குறுக்கே எலக்ட்ரான் போக்குவரத்தை நடத்துகின்றன; செல்லுக்குள் உள்ள கொடையாளர்களிடமிருந்து ஒடுக்கும் திறன் கொண்ட எலக்ட்ரான் சமமதிப்புகளை வெளியே, மேற்பரப்பிலுள்ள ஏற்பிகளுக்கு நகர்த்துகின்றன. பிளாஸ்மா சவ்வின் குறுக்கே நடைபெறும் இந்தச் செயல்பாடு, பெரும்பாலான செல் வகைகளில் காணப்படும் இயல்பான செல் செயல்பாடாகும். தையசின் சாயங்களைக் கையாளும் எண்டோதீலியல் மேற்பரப்பு ரிடக்டேஸ், ஒரு முக்கிய அம்சத்தில் மற்றவற்றைப் போலவே செயல்படுகிறது: பிந்தைய படிகளை நிறுத்திவிடும் அளவிலான சயனைடும் அசைடும் இருந்தாலும், அது தொடர்ந்து செயல்படுகிறது. இந்தப் பிரிவே முழுக் கதையின் மையம்.

முதலில் வந்தது பகிர்வு; அது உள்வாங்கலை ஏறக்குறைய விளக்கியது

1929-இல், ராக்ஃபெல்லர் நிறுவனத்தில் மரியன் இர்வின் இன்னும் எளிய ஒரு கேள்வியை எழுப்பினார். சாயம் உள்ளே நுழைவது, நீருக்கும் செல்லின் கொழுப்புப் படலங்களுக்கும் இடையிலான பகிர்வு மட்டுமாக இருக்கலாம்; ஆய்வகத்தில் குளோரோஃபார்ம் அடுக்கு அந்தக் கொழுப்புப் படலங்களுக்குப் பதிலாகச் செயல்படலாம். அவரது நிறமாலை ஒளியளவியல் ஊடுருவல் ஆய்வுகளில், நீரிலுள்ள சாயக் கரைசல்கள் குளோரோஃபார்முடன் குலுக்கப்பட்டன. கரிமக் கட்டத்திற்குச் சென்ற சாயமும், உயிருள்ள பாசிச் செல்களுக்குள் நுழைந்த சாயமும் ஒப்பிடப்பட்டன.

அந்த ஆய்வின் இரண்டு கண்டுபிடிப்புகள் இன்றும் கவனத்திற்குரியவை. முதலாவதாக, வணிக மெத்திலீன் ப்ளூ கரைசல்களில், இப்போது azure B என்று அழைக்கப்படும் டிரைமெத்தில் தையோனின் இருந்தது. இந்த மாசுப்பொருள் மெத்திலீன் ப்ளூவைவிட வேகமாக ஊடுருவியது; குறிப்பாக, லிப்பிட்களில் கரையக்கூடிய கட்டற்ற கார வடிவம் மேலோங்கும் காரத்தன்மையுள்ள pH-இல். மெத்திலீன் ப்ளூ நுழைவதாகத் தோன்றிய சில நிகழ்வுகள், உண்மையில் azure B-யின் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட நுழைவாக இருந்தன. இரண்டாவதாக, அயனியாக்க நிலையை நிர்ணயிப்பதன் மூலம் pH முடிவை நிர்ணயித்தது; சேதமடைந்த செல்கள், சேதமடையாத செல்களைவிட மிக அதிகச் சாயத்தை உள்ளே அனுமதித்தன. செயற்கை அமைப்பும் உயிருள்ள செல்லும் எதை உறிஞ்சின என்பதைக் பகிர்வுக் குணகங்களும் மின்சுமை நிலையும் கட்டுப்படுத்தின. இரண்டிற்கும் இடையிலான ஒற்றுமை, செல் எல்லையில் நீரற்ற அடுக்குகள் உள்ளன என்ற கருத்தை ஆதரித்தது.

லிப்பிட்கள் மற்றும் அயனியாக்கம் பற்றிய இந்த மாதிரி முன்னோக்கிய புரிதலைக் கொண்டிருந்தது. ஆனால், தனது இயல்பான வடிவிலேயே பகிர்வடையும் சாயத்தையும், மேற்பரப்பில் வேதியியல் மாற்றமடைந்து, வேறு வடிவில் சவ்வைக் கடந்து, உள்ளே மீண்டும் பழைய வடிவிற்கு மாற்றப்படும் சாயத்தையும் அதனால் வேறுபடுத்த முடியவில்லை. அந்த வேறுபாட்டை அறிய வேறொரு பரிசோதனை தேவைப்பட்டது. அது எழுபது ஆண்டுகளுக்குப் பிறகு நுரையீரல் எண்டோதீலியத்தில் வந்தது.

வெளியே ஒடுக்கம், உள்ளே தக்கவைப்பு

மெர்க்கரும் அவரது சக ஆய்வாளர்களும் வளர்க்கப்பட்ட மாட்டின் நுரையீரல் தமனி எண்டோதீலியல் செல்களைக் கொண்டு ஆய்வு செய்து, மூன்று படிகளைக் கொண்ட ஒரு வரிசையை முன்மொழிந்தனர்: ஆக்சிஜனேற்றப்பட்ட சாயம் செல் மேற்பரப்பில் அதன் நிறமற்ற, கொழுப்பை விரும்பும் வடிவமாக ஒடுக்கப்படுகிறது; ஒடுக்கப்பட்ட வடிவம் உள்ளே பரவுகிறது; செல்லுக்குள் நடைபெறும் மீள் ஆக்சிஜனேற்றம், சவ்வைக் கடக்க முடியாத ஆக்சிஜனேற்றப்பட்ட வடிவத்தை மீண்டும் உருவாக்குகிறது, அது சேர்ந்து குவிகிறது. பின்னர், அவர்களின் எண்டோதீலியல் தையசின் உள்வாங்கல் ஆய்வு இந்த வரிசையைச் சில குறிப்பிட்ட இடங்களில் தடுத்து, சோதித்தது.

முதல் கருவி ஃபெரிசயனைடு; இது செல்லுக்குள் நுழைய முடியாத ஓர் எலக்ட்ரான் ஏற்பி. மேற்பரப்பு நொதிகள் செல்லுக்கு வெளியே நீலச் சாயத்தை அதன் நிறமற்ற வடிவமாக ஒடுக்கும்போது, ஃபெரிசயனைடு அந்த எலக்ட்ரான்களை மீண்டும் எடுத்துக்கொள்ள முடியும். இதனால், சாயம் சவ்வைக் கடப்பதற்கு முன்பே ஊடகத்தில் நீலச் சாயம் மீண்டும் உருவாகிறது. ஃபெரிசயனைடு அதிகமாக இருந்தவரை (10 micromolar சாயத்திற்கு எதிராக 50 முதல் 500 micromolar ஃபெரிசயனைடு), சாய உள்வாங்கல் ஏறக்குறைய நின்றுவிட்டது. ஃபெரிசயனைடு முழுவதும் பயன்படுத்தப்பட்ட பிறகே உள்வாங்கல் அதன் இயல்பான வேகத்தில் மீண்டும் தொடங்கியது. வினைவேகத் தரவுகளும் இதே விளக்கத்தை மற்றொரு விதத்தில் காட்டின. ஃபெரிசயனைடு ஏறத்தாழ நிலையான வேகத்தில் மறைந்தது; இது மீண்டும் பயன்படுத்தக்கூடிய ஒரு இடையூடகத்திற்குத் தொடர்ச்சியாக எலக்ட்ரான்களை வழங்கும் நிலையான மேற்பரப்பு ஒடுக்கப் பாய்வுடன் ஒத்திருந்தது. அதேவேளையில், செல்லுக்கு வெளியேயுள்ள சாயத் தொகுதி குறைந்ததால், சாயம் அடுக்குக்குறி விகிதத்தில் மறைந்தது. நிலையான பாய்வும் குறைந்துகொண்டிருக்கும் சாயத் தொகுதியும் சேர்ந்து காட்டுவது இதுதான்: ஃபெரிசயனைடு அளவீடு தொடர்ச்சியான ஒடுக்கத்தைப் பிரதிபலிக்கிறது; கரைசலிலிருந்து வெளியேறும் சாய மூலக்கூறுகளை அல்ல.

இரண்டாவது கருவி சவ்வைக் கடக்கும் படியை முழுவதுமாக நீக்கியது. ஆய்வுக் குழு, தையசின் குடும்பத்தின் நெருங்கிய உறுப்பினரான டொலுயிடின் ப்ளூ O-வை, எந்த ஆக்சிஜனேற்ற நிலையிலும் செல்லுக்குள் நுழைய முடியாத அளவுக்குப் பெரிய பாலிஅக்ரிலமைடு சங்கிலியுடன் இணைத்தது. செல்கள் அந்த இணைக்கப்பட்ட சாயத்தையும் ஒடுக்கின. எனவே, ஒடுக்கத்திற்கு செல்லுக்குள் அணுகல் தேவையில்லை. அதற்கான அமைப்பு மேற்பரப்பில் வெளிப்பட்டுள்ளது அல்லது அதனுடன் மின்னியல் ரீதியாக இணைக்கப்பட்டுள்ளது.

பின்னர், ஆய்வுக் கட்டுரைக்கு அதன் தலைப்பை வழங்கிய வேறுபாடு வெளிப்பட்டது. 2 millimolar அளவில் சயனைடும் அசைடும் சாயம் குவிவதை வலுவாகத் தடுத்தன. நுண்ணோக்கியில் பார்த்தபோது, வழக்கமாக உட்கருவைச் சுற்றி அமைந்திருக்கும் அடர்நீல மற்றும் ஊதா நிறச் சேர்மத் திரட்சிகள் ஏறக்குறைய மறைந்துவிட்டன. ஆனால், இந்த இரு தடுப்பிகளில் எதுவும் செல்லுக்கு வெளியேயான ஒடுக்கத்தை மெதுவாக்கவில்லை: ஃபெரிசயனைடு சுழற்சி குறையாமல் தொடர்ந்தது; ஊடுருவாத பாலிமரும் தொடர்ந்து ஒடுக்கப்பட்டது. தடை பிந்தைய படியில் இருந்தது. சயனைடும் அசைடும் செல்லுக்குள் நடைபெறும் மீள் ஆக்சிஜனேற்றத்தையும் தனியே தக்கவைப்பதையும் தடுத்தன; மேற்பரப்பு ஒடுக்கத்தை அல்ல. செல் உயிர்த்தன்மையைச் சரிபார்த்த கட்டுப்பாட்டுச் சோதனைகளும் இந்த விளக்கத்தை ஆதரித்தன. இந்தச் செயல்முறைகளின்போதும் செல்கள் தங்கள் சைட்டோசாலிக் குறியீட்டு நொதியான லாக்டேட் டீஹைட்ரஜனேஸைத் தக்கவைத்திருந்தன. எனவே, உள்வாங்கல் குறைந்தது வெறுமனே நச்சுத்தன்மையாலோ சவ்வு உடைந்ததாலோ அல்ல.

அந்தக் கட்டுரையின் ஒரு எச்சரிக்கை இன்னும் பொருந்துகிறது. நீலச் சேர்மத் திரட்சிகள் உட்கருவைச் சுற்றி இருந்தன; அதன் உள்ளே இல்லை. இது செல் நுண்ணுறுப்புகளுக்குள் ஆக்சிஜனேற்றம் நிகழ்வதுடன் ஒத்திருந்தது. ஆனால், அவை எந்த நுண்ணுறுப்புகள் என்பதை ஆய்வு அடையாளம் காணவில்லை. பிற செல் வகைகளில் இதே போன்ற அமைப்புகள், குறைந்த ஆதாரத்தின் அடிப்படையில் லைசோசோம்களைச் சேர்ந்தவை என்று கூறப்பட்டிருந்தன. தக்கவைப்பு உறுதிப்படுத்தப்பட்டதாகவும், அதன் இருப்பிடம் தற்காலிக முடிவாகவும் கருதுங்கள். எலக்ட்ரான்கள் அடுத்து எங்கே செல்கின்றன என்பதைப் பின்தொடரும் வாசகர்கள், மைட்டோகாண்ட்ரிய எலக்ட்ரான் போக்குவரத்து மற்றும் ஆக்சிஜனேற்ற–ஒடுக்கக் கையாளல் பற்றியும், இன்னும் விரிவாக செலுத்தும் வழியைப் பொறுத்த உறிஞ்சல் மற்றும் பரவல் பற்றியும் தொடர்ந்து படிக்கலாம்.

சாயமேற்றம் என்பது வெளிப்பாடு அல்ல

இந்த உள்வாங்கல் விளக்கத்தை ஓர் உயிரியல் அளவீட்டுடன் இணைக்கும்போது என்ன நிகழ்கிறது என்பதை மூன்றாவது ஆய்வு காட்டுகிறது. வளைய வடிவச் சர்க்கரை அமைப்பான மெத்தில் பீட்டா சைக்ளோடெக்ஸ்ட்ரின், மெத்திலீன் ப்ளூவுடன் நேரடியாகப் பிணைகிறது என்று ஸ்காட்டும் அவரது சக ஆய்வாளர்களும் கண்டறிந்தனர். அதன் உள்ளடக்கச் சேர்மத்திற்கான இணைவு மாறிலி சுமார் 310 per molar; சாயம் இருமமாக இணைவதற்கான மாறிலி சுமார் 5846 per molar. L929 ஃபைப்ரோபிளாஸ்ட்களில் இந்தப் பிணைப்பு செல் சாயமேற்றத்தையும் குளுக்கோஸ் உள்வாங்கல் தூண்டப்படுவதையும் தடுத்தது: சைக்ளோடெக்ஸ்ட்ரினுடன் முன்கூட்டியே வைத்திருப்பது நீலச் சாயமேற்றத்தைத் தடுத்தது; பின்னர் அதைச் சேர்ப்பது சாய நீக்கத்தை விரைவுபடுத்தியது. செல்களிலிருந்து ஒளியியல் நீலச் சமிக்ஞை மறைந்தபோது, தூண்டப்பட்ட குளுக்கோஸ் போக்குவரத்தும் அதனுடன் நெருக்கமாக இணைந்து குறைந்தது.

நீண்டகாலம் நீடிக்கும் ஆக்சிஜனேற்ற அழுத்த வழிமுறையைவிட, சாயத்திற்கும் குளுக்கோஸ் போக்குவரத்துப் புரதத்தைச் செயல்படுத்தும் பாதையிலுள்ள ஒரு புரதத்திற்கும் இடையிலான நேரடித் தொடர்பை இந்த ஒத்தமாற்றம் ஆதரிக்கிறது என்று ஆய்வாளர்கள் விளக்கினர். அந்த ஊகம் நியாயமானது; ஆனால் அதற்கு வரம்புகள் உள்ளன. பரிசோதனை அந்தப் புரதத்தை அடையாளம் காட்டவில்லை; போக்குவரத்துப் புரதத்துடனேயே பிணைப்பு ஏற்படுவதாகக் காட்டவில்லை. மேலும், சாய நீக்கத்திற்கும் விளைவு குறைவதற்கும் இடையிலான ஒத்தமாற்றம், ஆக்சிஜனேற்ற–ஒடுக்கம் வழியாகச் செயல்படும் எல்லாப் பாதைகளையும் விலக்கிவிட முடியாது.

நிலைத்திருக்கும் பாடம் அளவீட்டைப் பற்றியது. ஒளியியல் சாயமேற்றம், கண்ணுக்குத் தெரியும், ஆக்சிஜனேற்றப்பட்ட, செல்லுடன் தொடர்புடைய சாயத்தைக் காட்டுகிறது. அது நிறமற்ற ஒடுக்கப்பட்ட சாயத் தொகுதியை முழுவதுமாகத் தவறவிடுகிறது. எனவே, வெளிராகத் தெரியும் செல்லிலும் சாயச் சமமதிப்புகள் இருக்கலாம். தீவிரமாகச் சாயமேற்றப்பட்ட செல், தக்கவைக்கப்பட்ட ஆக்சிஜனேற்றப்பட்ட சாயத்தைக் காட்டுகிறதே தவிர, மொத்தத் திசு வெளிப்பாட்டையோ விளைவின் அளவையோ காட்டுவதில்லை. இதே எச்சரிக்கை பெரிய அளவிலும் பொருந்தும்: செல் வகைகளுக்கு இடையே சாயமேற்றத்தை ஒப்பிடுவதோ, அடர்நிறத் திசுத் துண்டை அதிக வெளிப்பாட்டிற்கான சான்றாகக் கருதுவதோ, வளர்ப்புத் தட்டில் செய்த அதே ஆரம்பத் தவறை மீண்டும் செய்வதாகும். உள்வாங்கல் என்பது ஒடுக்கம், பரவல், மீள் ஆக்சிஜனேற்றம் ஆகியவற்றின் சுழற்சி. நீல வடிவத்தை மட்டும் ஒரு தருணத்தில் பார்க்கும் எந்தப் பதிவும், அந்தச் சுழற்சியின் ஒரு பகுதியை மட்டுமே காட்டுகிறது. ஆய்வகச் சாயமேற்றம் மற்றும் கையாளல் தொடர்பான நடைமுறை விளைவுகளும், அளவு மற்றும் வெளிப்பாடு குறித்த கூற்றுகளைப் புரிந்துகொள்வதற்கான விளைவுகளும் இதிலிருந்து நேரடியாகப் பின்தொடர்கின்றன.