வேதியலுக்கான 2021ம் ஆண்டு நோபல் பரிசு – விஜயன்

Nobel Prize in Chemistry 2021 Winners Benjamin List and David W.C. MacMillan Their Work in Catalyst & Catalysis. வேதியலுக்கான நோபல் பரிசு 2021



பள்ளிக் கல்வி வரை அறிவியல் படித்தவர்களுக்கு கிரியா ஊக்கி அல்லது வினையூக்கி என்றால் என்ன என்று தெரியும். ஒன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட வேதிப்பொருட்கள் வினைபுரிந்து புதிய வேதிப்பொருட்கள்உருவாகிறது என்பது தெரிந்ததே. எனினும், இந்த வேதிவினையை துவக்க அல்லது துரிதப்படுத்த மற்றொரு வேதிப்பொருள் தேவைப்படுகிறது. இந்த மூன்றாவது வேதிப்பொருள் வேதிவினையில் பங்கெடுக்காமலேயே வேதிவினையை துவக்குகிறது அல்லது துரிதப்படுத்துகிறது. அந்த மூன்றாவது வேதிப்பொருளையே நாம் கிரியா ஊக்கி அல்லது வினையூக்கி என்கிறோம். கூட்டுச் செயல்பாட்டில் பல நேரங்களில் இதுபோன்று பார்த்திருக்கிறோம். ஒரு நபர் நேரடியாக எந்த வேலையிலும் ஈடுபடமாட்டார். ஆனால், அந்த கூட்டத்தில் அவர் இல்லாமல் எந்த வேலையும் நடக்காது. இவரை அந்தக் கூட்டத்தினர் கிரியா ஊக்கி என்றே அழைப்பர்.

ஒரு தச்சர் அல்லது கொல்லர் போன்றோரின் கைவண்ணத்தை நாம் வியந்து பார்ப்போமானால், அவர்கள் பயன்படுத்தும் கருவிகள் மேல் நமது கவனம் திரும்பும். விதவிதமான கருவிகளை வைத்து வியத்தகு மரச்சாமான்களையோ, அல்லது உலோகச்சாமான்களையோ அவர்கள் செய்கிறார்கள். எனவே அவர்களின் கருவிப் பெட்டியே நமக்கு முக்கியமானதாகிறது. அதே போல் ஒரு வேதியலாளர், பூமியில் இயற்கையாக கிடைக்கும் 102 தனிமங்களை வைத்து மனிதனுக்கு பயன்படும் விதவிதமான மூலக்கூறுகளை உருவாக்கிறார்கள் என்றால் அவரிடம் உள்ள கருவிப்பெட்டிக்குள் என்ன இருக்கிறது என்பதை தெரிந்து கொள்ள நமக்கு ஆவல் ஏற்படும். ஆம், அவர் கருவிப் பெட்டிக்குள் இருப்பது விதவிதமான கிரியா ஊக்கிகளே.

சரி, இப்பொழுது ஏன் கிரியா ஊக்கி பற்றி பேச வேண்டும்? இந்த ஆண்டு வேதியலுக்கான நோபல் பரிசு பெற்ற இரு வேதியலாளர்கள் கிரியா ஊக்கிகள் பற்றி ஆய்வு செய்து, கிரியா ஊக்கிகள் ஆய்வுகளில் ஒரு திருப்புமுனையை ஏற்படுத்தியவர்கள். ஒருவர் ஜெர்மனியில் உள்ள மாக்ஸ் பிளாங்க் ஆய்வு நிறுவனத்தைச் சேர்ந்த பெஞ்சமின் லிஸ்ட் மற்றொருவர் அமெரிக்காவின் கலிஃபோர்னியா பல்கலைக் கழகத்தைச் சேர்ந்த டேவிட் மாக்மிலன். இவர்களால் அடையாளம் காணப்பட்டட அல்லது வகைப்படுத்திய கிரியா ஊக்கிகளைக் கொண்டு சிக்கலான மூலக்கூறுகளை எளிதில் உருவாக்கிட முடியும். குறிப்பாக நோய் தீர்க்கும் மருந்துகளை எளிய முறையில் உற்பத்தி செய்திட முடியும். ஆண்டு உலகப் பொருளுற்பத்தியின் மதிப்பில் 35 சதமான மதிப்புடைய பொருட்களின் உற்பத்தியில் கிரியா ஊக்கிகள் சம்பந்தப்பட்டிருக்கின்றன என்பதை வைத்து கிரியா ஊக்கிகள் மனிதனுக்கு எவ்வளவு முக்கியமானவை என்பதை நாம் அறியலாம். சரி இவர்கள் செய்த ஆய்வில் ஏற்பட்ட சுவாரஸிமான திருப்பத்தை பார்ப்போம்.

கிரியா ஊக்கிகள் பற்றிய அறிவு 19ம் நூற்றாண்டிலிருந்துதான் வளரத் துவங்கியது. ஹைட்ரஜன் பெராக்ஸைடு (H2O2) என்ற வேதிப்பொருள் இருக்கும் ஒரு குடுவையில் ஒரு சிறிய வெள்ளித்துண்டைப் போட்டால் ஹைட்ரஜன் பெராக்ஸைடு நீராகவும் (H2O) ஆக்ஸிஜனாகவும் (O2) சிதைகிறது. வெள்ளியில் எந்த மாற்றமும் நடைபெறவில்லை. இதுதான் சுவாரஸியத்தை கிளப்பிய முதல் நிகழ்வு. இங்கே வெள்ளி ஒரு கிரியா ஊக்கியாக செயல்படுகிறது என்பது பின்னாளில் அறியப்பட்டது. முளைவிடும் தன்மையுள்ள தானியங்களில் அடங்கியுள்ள முளைப்புக்கு காரணமான ஸ்டார்ச்சை ஒரு கிரியாஊக்கி கொண்டு குளுக்கோஸாக மாற்றமுடியும். உலோகங்கள் இயற்கையாகவே கிரியா ஊக்கிகள். காரணம் அவற்றின் அணுக் கருக்களை சுற்றி ஓடிக்கொண்டிருக்கும் எலக்ட்ரான்கள் மற்ற தனிமத்தின் அல்லது கூட்டுப்பொருளில் உள்ள அணுக்கருக்களுடன் இணைய முடியும் அல்லது அவற்றிலிருந்து எலக்ட்ரான்களை உலோக அணுக்கருக்களால் கவர்ந்திழுக்க முடியும்.

சரி, நிகழ்வைப் பார்த்துவிட்டோம். இதை எப்படி விளக்கப்போகிறோம்? ஸ்வீடன் நாட்டைச்சேர்ந்த ஜேக்கப் பெர்ஸீலியஸ் (Jacob Berzelius) 1935ம் ஆண்டில் வெள்ளியில் ஒரு விசேஷமான விசை (Force) இருக்கிறது என்றும் அது செயல்படும் முறையை கிரியா ஊக்கம் (Catalysis) என்றும் வெள்ளி என்ற உலோகத்திற்கு கிரியா ஊக்க விசை (Catalytic Force) இருக்கிறது என்றும் முன்மொழிந்தார். இருப்பினும் உலோக கிரியா ஊக்கிகளுக்கு ஒரு பிரச்சனை இருக்கிறது. வேதி வினையில் நீர் அல்லது ஆக்ஸிஜன் வெளிப்படுமானால் உலோகங்கள் நீருடன் அல்லது ஆக்ஸிஜனுடன் வினைபுரியத் துவங்கிவிடும். எனவே உலோக கிரியா ஊக்கிகளைப் பயன்படுத்தி புதிய மூலக்கூறுக்களை உருவாக்குவதற்கு ஒரு வரம்பு இருக்கிறது.

உலோகங்களைத் தவிர இன்னொரு வகை கிரியா ஊக்கிகள் உண்டு அவற்றை நாம் நொதிகள் (Enzymes) என்கிறோம். நொதிகள் புராட்டீன் வகையினத்தைச் சேர்ந்தவையே. புரோட்டீன்கள் அமினோ அமிலங்களால் உருவாக்கப்பட்டவை என்பதை நாம் அறிவோம். எனவே நொதிகள் பல்வேறு அமினோ அமிலங்கள் ஒன்றிணைந்து உருவாக்கப்படும் மாபெரும் மூலக்கூறுகளே. 2000ம் ஆண்டு முன்புவரை கண்டுபிடிக்கப்பட்ட கிரியா ஊக்கிகள் இந்த இரண்டு வகையைச் சேர்ந்தவை. 2000ம் ஆண்டில் மூன்றாம் வகை கிரியா ஊக்கிகள் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. அதன் பிறகு கிரியா ஊக்கிகள் உருவாக்கத்தில் ஒரு பெரும் பாய்ச்சலான முன்னேற்றம் ஏற்பட்டது. மூன்றாம் வகை கிரியா ஊக்கிகளை கண்டுபிடித்த அந்த இருவரே இந்த ஆண்டுக்கான வேதியல் நோபல் பரிசைப் பெறுகின்றனர். எப்படி நடைபெற்றது என்பதைப் பார்ப்போம்.

Nobel Prize in Chemistry 2021 Winners Benjamin List and David W.C. MacMillan Their Work in Catalyst & Catalysis. வேதியலுக்கான நோபல் பரிசு 2021

கிரியா ஊக்கம் இரண்டு வகைப்படும். ஒன்று சமச்சீர் கிரியா ஊக்கம் (Symmetry Catalysis), இன்னொன்று சமச்சீரற்ற கிரியா ஊக்கம் (Asymmetry Catalysis). சமச்சீர் கிரியா ஊக்கத்தின் மூலம் கிடைக்கப்பெறும் மூலக்கூறுகளின் கட்டமைப்பை குறுக்கு நெடுக்காக வகுத்துப் பார்த்தால் கிடைக்கும் துண்டுகள் ஒரே மாதிரியாகவே இருக்கும். ஆனால் சமச்சீரற்ற கிரியா ஊக்கத்தில் கிடைக்கப் பெறும் மூலக்கூறுகளின் கண்ணாடி பிரதி பிம்பம் அவற்றைப் போலவே இருக்கும். நொதிகளின் சிறப்பம்சம் என்னவென்றால் ஒன்றுக்கும் மேற்பட்ட நொதிகள் அக்கம் பக்கமாக ஒரு வேதிவினையில் கிரியா ஊக்க வேலையை செய்ய முடியும். எனவே ஒரு சிக்கலான மூலக்கூறை உருவாக்க பல்வேறு நொதிகளை கிரியா ஊக்கிகளாக ஒரே நேரத்தில் பயன்படுத்த முடியும். கிரியா ஊக்கிகளான நொதிகள் இல்லாமல் உயிர் வாழ்வதற்கு தேவையான வேதிவினைகள் நடைபெற முடியாது.

எனவே புதிய புதிய நொதிகளை உருவாக்கும் முயற்சி விஞ்ஞானிகளிடம் மேற்கொள்ளப்பட்டது. இதன் ஒரு பகுதியாக தென் கலிஃபோர்னியாவைச் சேர்ந்த ஸ்கிரிப்ஸ் ரிஸர்ச் இன்ஸிடிட்டியூட்டில் விஞ்ஞானி கார்லோஸ் பார்பஸ் தலைமையில் ஆராய்ச்சி நடைபெற்று வந்தது. அவருடைய குழுவில் முனைவர் பின்படிப்புக்காக சேர்ந்தவர் பெஞ்சமின் லிஸ்ட். கிரியா ஊக்கிகளை வைத்து வைரஸ்களை கவர்ந்திழுக்கும் நோயெதிர்ப்பொருள் (Catalytic Antibody) ஆய்வு செய்யும் முயற்சியில் அவர் ஈடுபட்டிருந்தார். அவர் நோயெதிர்ப்பொருள் உருவானதை பின்னோக்கி பார்த்து நடைபெற்ற வேதிவினைகளை வரையறுக்கும் வேலையைச் செய்து கொண்டிருந்தார். அவர்கள் பயன்படுத்திய நொதிகளில் உள்ள மூலக்கூறில் உலோக அணுவும் இருந்தததால், நடைபெற்ற வேதிவினைக்கு காரணமாக அமைந்தது உலோக அணுவா அல்லது ஒட்டுமொத்த நொதியா என்ற சந்தேகம் அவருக்கு ஏற்பட்டது. நொதிகளில் பல்வேறு அமினோ அமிலங்கள் இருக்கிறது என்று ஏற்கனவே கூறியிருக்கிறோம். அவர் பயன்படுத்திய நொதியின் ஒவ்வொரு அமினோ அமிலத்தையும் ஆய்வு செய்தார் இறுதியில் புரோலைன் என்ற அமினோ அமிலம் ஒரு கிரியா ஊக்கியாக செயல்படுகிறது என்பதைக் கண்டறிந்தார்.

சில கரிம வேதிப்பொருட்களில் உள்ள கார்பன்-கார்பன் பிணைப்பை ஆல்டால் வினை மூலமாக ஏற்படுகிறது என்று குறிப்பிடுவார்கள். ஆல்டால் வினை பொதுவாக கரிம வேதிப்பொருட்களான ஆல்டிஹைடு, ஆல்கஹால் ஆகியவற்றிற்கிடையே ஏற்படும். பெஞ்சமின் லிஸ்ட் புரோலைனை ஒரு கிரியா ஊக்கியாக பயன்படுத்தி ஒரு ஆல்டால் வினையை நிகழ்த்திக் காட்டினார். எனவே இதுவரை உலோகங்கள் மற்றும் நொதிகள் மட்டுமே கிரியா ஊக்கிகள் என்ற நமது புரிதலிருந்து புதிதாக மூன்றாவது வகை வேதிப்பொருளும் கிரியா ஊக்கியாக செயல்படமுடியும் என்பதை உறுதி செய்தார். இது ஒரு புதிய கண்டுபிடிப்பு. இக்கண்டுபிடிப்பை அவர் பிப்ரவரி 2000ல் ஒரு ஆய்வுக் கட்டுரையாக வெளியிட்டார்.

பெஞ்சமின் லிஸ்ட் ஆய்வுக் கட்டுரை வெளியாவதற்கு முன்பு டேவிட் மாக்மில்ன் ஹார்வர்ட் பல்கலைக் கழகத்திலிருந்து கலிஃபோர்னிய பல்கலைக்கழகத்தின் பெர்க்லி வளாகத்திற்கு வந்து சேர்ந்தார். இவரும் கிரியா ஊக்கிகளில் ஆய்வு செய்து வருபவர். இவர் ஆய்வுக்காக எடுத்துக்கொண்ட பிரச்சனை என்னவென்றால், உலோகக் கிரியா ஊக்கிகளைப் பயன்படுத்தி சமச்சீரற்ற கிரியா ஊக்கிகளை மேம்படுத்துவது என்பதுதான். உலோகக் கிரியா ஊக்கிகள் நீருடனும் ஆக்ஸிஜனுடனும் வினைபுரிவதை ஒரு ஆய்வுக்கூட மட்டத்தில் கட்டுப்படுத்த முடியும். ஆனால், ஒரு ஆலைத் தொழிலாக நடைபெறும்போது உலோக கிரியா ஊக்கிகளின் பிரச்சனை பூதாகரமானது. இதற்கு தீர்வு காண வேண்டும் என்றும் முடிவு செய்தார். எனவே, எதாவது ஒரு கரிம வேதிப் பொருளை கிரியா ஊக்கியாக பயன்படுத்த முடியுமா என்று ஆய்வு செய்தார். குறிப்பாக உலோகங்களில் உள்ள அணுக்கருவின் வெளிவட்டத்தில் சுற்றி ஓடிக்கொண்டிருக்கும் எலக்ட்ரான்களே அவற்றின் கிரியா ஊக்கத்திற்கு காரணமாகிறது என்பதால். கரிம மூலக்கூறு எதேனும் ஒன்றில் இதுபோன்ற கவர்ந்திழுக்கும் அல்லது தாவிப்பாயும் எலக்ட்ரான்கள் அம்மூலக்கூறின் எல்லையில் தென்படுகிறதா என்று ஆய்வு செய்தார். அதைவிட, நைட்ரஜன் போன்ற சில தனிம அணுக்களுக்கு எலக்ட்ரான்களை கவர்ந்திழுக்கும் ஆற்றல் அதிகம் என்பதால், இப்படிப்பட்ட தனிமங்கள் அடங்கிய ஒரு கரிம மூலக்கூறை (Organic Molecule) மின்னேற்றம் பெற்ற அயான்களாக பகுக்க முடியுமா என்பதையும் தேடினார். இறுதியில், அவர் நைட்ரஜன் அணு இருக்கும் கரிம மூலக்கூறுகளை இதுபோன்று பகுத்து இமினியம் அயான் (Iminium Ion) உருவாக்க முடியும் என்று கண்டறிந்தார்.

இதனைத் தொடர்ந்து பல்வேறு கரிம மூலக்கூறுகளை வைத்து டையல்ஸ் -ஆல்டர் வேதிவினையை உருவாக்க முடியுமா என்று ஆய்வு செய்தார். ஆட்டோ டையல்ஸ், கர்ட் ஆல்டர் ஆகிய இரு விஞ்ஞானிகள் 1928ம் ஆண்டு கண்டுபிடித்த வேதிவினையின் பெயர் டையல்ஸ் -ஆல்டர் வேதிவினை. ஆறு கார்பன் அணுக்களைக் கொண்ட வளைய வடிவ மூலக்கூற்றை இவர்கள் வேதி வினைகள் மூலம் உண்டாக்கினார்கள். அதற்காக அவர்கள் வேதிலுக்கான நோபல் பரிசு 1950ம் ஆண்டு பெற்றனர். டேவிட் மாக்மிலன் அவருடைய முயற்சியில் டையல்ஸ் -ஆல்டர் வேதிவினையை உண்டாக்கி வெற்றி பெற்றார். அவர் உருவாக்கிய சில மூலக்கூறுகள் சமச்சீரற்ற கிரியா ஊக்கம் வகையைச் சேர்ந்தவை. தன்னுடைய கண்டுபிடிப்புக்கு கரிம கிரியா ஊக்கம் (Organo Catalysis) என்று மாக்மிலன் பெயரிட்டார். தன்னுடைய ஆய்வின் முடிவை பெஞ்சமின் ஆய்வுத்தாள் வெளியாவதற்கு ஒரு மாதத்திற்கு முன்பே அறிவியல் இதழ் ஒன்றுக்கு அனுப்பி வைத்தார்.

Nobel Prize in Chemistry 2021 Winners Benjamin List and David W.C. MacMillan Their Work in Catalyst & Catalysis. வேதியலுக்கான நோபல் பரிசு 2021

இந்த இருவரின் கண்டுபிடிப்புகளும் மூன்றாவது வகை கிரியா ஊக்கிகள் இருப்பதை வெவ்வேறு வழிகளில் கண்டறிந்தது. முதலாமவரான பெஞ்சமின் லிஸ்ட், நொதிகளில் உள்ள அமினோ அமிலங்கள் மூலமாக அமினோ அமிலமான புரோலைன் ஒரு கிரியா ஊக்கி என்று கண்டறிந்தார். இந்த கிரியா ஊக்கியானது உலோக வகையுமல்ல, நொதி வகையுமல்ல. அதே போல் இமினியம் அயான்களை உருவாக்கும் கரிம வேதிப்பொருட்களை கிரியா ஊக்கிகளாக செயல்பட முடியும் என்று கண்டறிந்த இரண்டாமவரான மாக்மிலனின் முடிவும், இந்தவகை கிரியா ஊக்கிகள் உலோக வகையும் அல்ல நொதிகள் வகையும் அல்ல என்பதால் கரிம கிரியா ஊக்கிகள் என்ற பெயரைத் தாங்கி நின்று இவைகள் மூன்றாவது வகை கிரியா ஊக்கிகள் என்று அடையாளம் காணப்பட்டன.

இவர்களின் கண்டுபிடிப்பால் பல கட்ட வேதி வினைகளால் உண்டாக்கப்படும் புதிய மூலக்கூறுகளை ஒரு சில கட்ட வேதி வினைகளால் உண்டாக்க முடியும். இதன் பயனானது புதிய புதிய மருந்துகளை உருவாக்க நடைபெற வேண்டிய சிக்கலான பலகட்ட வேதிவினைகளை எளிதில் நடைபெறச் செய்ய முடிகிறது. எனவே,இருவரின் பணிகள் நோபல் பரிசுக்கு தெரிவு செய்யப்பட்டது. இந்த இவரும் இந்த ஆண்டுக்கான வேதியல் நோபல் பரிசை பகிர்ந்து கொள்கின்றனர்.

நோபல்பரிசு இணையதளத்தில் வெளியான வெகுமக்கள் தகவல் கட்டுரையைத் தழுவி எழுதப்பட்டது.

மூலக்கட்டுரை: https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2021/popular-information/

இப்பதிவு குறித்த தங்கள் கருத்துக்களை அவசியம் கீழே உள்ள Comment Boxல் பதிவிட வேண்டுகிறோம்.

புக் டே இணையதளத்திற்கு தங்களது புத்தக விமர்சனம், கட்டுரைகள் (அறிவியல், பொருளாதாரம், இலக்கியம்), கவிதைகள், சிறுகதை என அனைத்து  படைப்புகளையும், எங்களது [email protected] மெயில் அனுப்பிட வேண்டுகிறோம்.