நொதியம்

நொதி அல்லது நொதியம் (enzyme) என்னும் புரதப் பொருளானது உயிரினங்களின் உடலில் நிகழும் வேதியியல் வினைகளை விரைவாகச் செய்யத்தூண்டும் ஒரு வினையூக்கி ஆகும். ஏறத்தாழ உடலில் உள்ள எல்லா கலங்களின் இயக்கத்திற்குத் தேவையான எல்லாவற்றுக்கும் இந் நொதியங்கள் தேவைப்படுகின்றன. இவ் வினையூக்கியாகிய நொதி இல்லாவிடில், சில வேதியியல் வினைகள் ஆயிரக்கணக்கான மடங்கு அல்லது மில்லியன் கணக்கான மடங்கு மிக மெதுவாகவே நடக்கும். இப்படி மெதுவாக நடக்க நேரிட்டால் ஓர் உயிர் வாழ இயலாது. எனவே நொதிகள் உயிர்வாழ்வுக்கு இன்றியமையாத ஒன்றாகும். மனித உடலில் 75,000 நொதிகள் இருப்பதாக மதிப்பிட்டிருக்கின்றார்கள்^[1]

மனித கிளையாக்சலேசு நொதி

டிரையோஸ்-பாஸ்பேட்-ஐசொமெரேசு (Triosephosphate isomerase) என்னும் நொதியம். இது உடலில் உள்ள சர்க்கரைப் பொருளை ஆற்றலாய் மாற்றுவதில் திறம் மிக்கது

உயிரினத்தின் உடலில் உள்ள எல்லாக் கலங்களும் தேவையான நொதிகளை ஆக்குகின்றன என்றாலும் நொதி ஓர் உயிர்ப்பொருள் அல்ல. நொதி, பிற சேர்மங்களுடன் சேர்ந்து நுட்பச் செறிவு மிகுந்த வேதிப்பொருள் அமைப்புகளை உருவாக்கி அதன் வழியே வேதிவினைகள் நிகழ வழி வகுக்கின்றது. ஆனால் நொதி தன் இயல்பு மாறாமல் இருந்து இறுதியில் விடுபடுகின்றது. ஒரு நொதி ஒரு மணித்துளியில் (நிமிடத்தில்) தன் வினையை மில்லியன்கணக்கான தடவை செய்ய வல்லது. மாந்த உடலில் 1000 க்கும் மேலான வெவ்வேறு வகை நொதிகள் உருவாகிச் செயல்படுகின்றன. வினைகளை விரைவுபடுத்துவது மட்டுமின்றி, குறிப்பிட்ட வினைகளை மட்டுமே மிக மிகத் துல்லியமாய், தக்க சூழலில் மட்டுமே, பூட்டும் அதற்கான திறவுகோலும் போல் மிகுதேர்ச்சியுடன் இயக்குகின்றது. இத் துல்லியத் தேர்ச்சியானது நொதிகளின் சிறப்பியல்புகளில் ஒன்று. இன்று அறிந்துள்ளதில் நொதிகள் சுமார் 4000 உயிர்-வேதியியல் வினைகளுக்கு அடிப்படையாக உள்ளன.

செடிகொடிகளில் ஒளிச்சேர்க்கை நிகழ்வது முதல் மாந்தர்களின் உடலில் உணவு செரிப்பது, மூளை இயங்குவது, இதயம் துடிப்பது, மூச்சு விடுவது ஆகிய அனைத்துமே நொதிகளின் இன்றியமையாத துணையால் நிகழ்வன.

நொதி என்னும் சொல்

இட்லி தோசை செய்வதற்காக நொதிக்கவைக்கப்பட்ட உளுந்து மற்றும் அரிசி மாவு பொதுமி பொங்கி நிற்கும் காட்சி

தமிழில் நொதி என்னுஞ் சொல் நொதித்தல் என்னும் வினையடிப் பிறந்தது. புளித்த மாவு பொங்கி வருதலுக்கு நொதித்தல் என்று பெயர். கள், சாராயம் முதலியன உருவாவதும் நொதித்தலால் நிகழ்வது. நொதுநொதுத்தல் என்றால் இளகிக் குழைந்து போகுதல். இவை ஈஸ்ட்டு போன்ற நுண்ணுயிர்களில் உள்ள பொருளால் திரண்டு வருவதால் அப்பொருட்களுக்கு நொதி அல்லது நொதியம் என்று பெயர்.

வரலாறு

எடுவர்டு பூக்னர் (Eduard Buchner) நுண்ணுயிரி செல்கள் இல்லாமலே நொதிக்கச் செய்யும் முறையக் கண்டதற்காக, 1907 ஆம் ஆண்டிற்கான வேதியியலுக்கான நோபல் பரிசைப் பெற்றார்.

உண்ணும் இறைச்சி போன்ற உணவானது வயிற்றில் ஊறும் சில நீர்மப் பொருள்களால் செரிக்கப்படுகின்றது ^[2] எனவும், தாவரத்தில் இருந்து பிரித்து எடுக்கப்பட்ட சில பொருள்களும் வாயில் ஊறும் உமிழ்நீரும் மாவுப் பொருள்களைச் சர்க்கரை போன்ற இனியங்களாக மாற்றுகின்றன எனவும் கி.பி. 1700களின் கடைசியிலும் 1800களின் முன் பகுதியிலும் அறிந்திருந்தனர். ஆனால் எம்முறைகளால் இவ்வாறு ஆகின்றது என அறிந்திருக்கவில்லை.^[3]

19 ஆம் நூற்றாண்டில் சர்க்கரைக் கரைசலை ஈஸ்ட்டு என்னும் நுண்ணுயிரியைக் கொண்டு நொதிக்கவைத்து ஆல்க்கஹால் செய்யும் பொழுது லூயி பாஸ்ச்சர் அவர்கள் பின்வரும் முடிவுக்கு வந்தார்: ஆல்க்கஹால் நொதித்ததற்குக் காரணம் ஈஸ்ட்டு செல்களில் உயிர்ப்புடன் இருந்த தன்மையும் அமைப்புதான் காரணம். இறந்து கெட்டுப்போன ஈஸ்ட்டின் செல்களால் அல்ல. ("alcoholic fermentation is an act correlated with the life and organization of the yeast cells, not with the death or putrefaction of the cells.")^[4] இதனை லூயி பாஸ்ச்சர் "ferments" (= நொதிக்கக் காரணையாய் இருந்தவை) என்றார்.

1878 ல் ஜெர்மன் உடலியங்கியல் அறிஞர் வில்ஹெல்ம் கூனே (Wilhelm Kühne) (1837–1900) என்பவர் இன்று ஆங்கிலத்தில் வழங்கும் என்சைம் (enzyme) என்னும் சொல்லை ஆக்கினார். இச்சொல் மேற்கத்திய ரொட்டி (bread) ஆக்கப் பயன்படும் முறையைச் சுட்டும் கிரேக்கச் சொல் Greek ενζυμον "in leaven" என்பதில் இருந்து பெறப்பட்டது. பிற்காலத்தில் என்சைம் enzyme என்னும் இப்பெயர் பெப்சின் (pepsin) பொன்ற உயிரற்ற பொருட்களுக்குப் பயன்பட்டது.

1897ல் ஜெர்மனியைச் சேர்ந்த எடுவர்டு பூக்னர் பெர்லின் பல்கலைக்கழகத்தில் நிகழ்த்திய ஆய்வுகளின் பயனாய் சக்கரைக் கரைசலை ஈஸ்ட்டு போன்ற நுண்ணுயிரிகள் இல்லாமலே எத்தனால் என்னும் ஆல்க்கஹலாய் நொதிக்கச் செய்யும் முறையைக் கண்டறிந்தார்^[5]. இதற்குப் பயன்பட்ட பொருளை (நொதியை) சைமேசு. நுண்ணுயிரி செல்கள் இல்லாமலே நொதிக்கச் செய்யும் முறையக் கண்டதற்காக இவர் 1907 ஆம் ஆண்டிற்கான வேதியியலுக்கான நோபல் பரிசைப் பெற்றார் ^[6]. பூக்னர் அவர்களின் முறையைப் பின்பற்றி நொதிகளுக்கு -ஏசு (-ase) என்னும் பின்னொட்டு சேர்ப்பது இன்று மரபு. எடுத்துக்காட்டாக, கொழுப்புகளைப் பிரித்திளக்கும் லைப்பேசு, பாலில் உள்ள லாக்டோசைப் பிரிக்க உதவும் லாக்ட்டேசு முதலியவற்றைச் சொல்லலாம்.

இவ்வாறு பல நொதிகள் கண்டறியப்பட்டாலும் அவற்றின் வேதித்தன்மை கண்டறியப்படாமல் இருந்தது. 1926 ஆம் ஆண்டு ஜேம்ஸ் பி. சும்னர் யூரியேசு நொதி ஒரு தூய புரதம் எனக் கண்டறிந்தார். 1937 இல் சும்னர் கேட்டலேஸ் நொதியில் இதே முடிவைக் கண்டறிந்தார். 1930 ஆம் ஆண்டு நார்த்ராப் மற்றும் ஸ்டான்லி ஆகியோர் செரிமான நொதிகளான பெப்சின், டிரிப்சின், கைமோடிரிப்சின் ஆகியவை தூய புரதங்களே என நிறுவினர். இம் மூவருக்கும் 1946 ஆம் ஆண்டு வேதியியலுக்கான நோபல் பரிசு வழங்கப்பட்டது.

உயிரியல் நொதிகளின் வகைப்பாடுகள்

உலகளாவிய உயிர் வேதியியல் மற்றும் மூலக்கூறு உயிரியல் குழுமம் (International Union of Biochemistry and Molecular Biology) நொதிகளை 6 பெரும் வகைகளாகப் பிரித்துள்ளது. இந்த ஒவ்வொரு வகைக்குள்ளும் துணைவகைகள் பல உண்டு. துணைவகைக்குள்ளும் துணைவகைகள் உண்டு. இவ்வாறாக ஒவ்வொரு நொதியும் நான்கு இலக்க ‌நொதியெண்ணால் (ஈ.சி. எண், EC number) அடையாளம் காணப்படுகிறது. எ.கா: 1.1.1.1 என்பது ஆல்க்ககால் டிஐதரோச்செனேசு (Alcohol dehydrogenase) குடும்ப நொதிகளைக் குறிக்கும் நொதிஎண் ஆகும். இக்குடும்பத்தில் ஏழு ஒத்தநொதிகள்(‌isoenzymes/isozymes) உள்ளன.
அவையாவன,

• 1. ஆக்சிசனேற்ற—ஒடுக்க நொதிகள் (Oxidoreductases):

ஒரு வினையில் ஆக்சிசனேற்றம் நடக்கிறதென்றால் ஒடுக்கமும் நடக்கிறதென்று பொருள். ஏனெனில் ஆக்சிசனேற்றி ஒடுக்கமடையும். ஒடுக்கி ஆக்சிசனேற்றமடையும். எனினும் எங்கெல்லாம் முடியுமோ அங்கெல்லாம் ஒடுக்கி எனும் பெயரையே பயன்படுத்த அறிவுறுத்தப்படுகிறது.

எ.கா: பல உயிரினங்களிலும் செடிகொடியினங்களிலும் காணப்படும் லாக்டேட் டிஐதரோச்செனேசு (Lactate dehydrogenase) (1.1.1.27)

கார்போனிக் அன்ஹைதரேஸ் நொதியத்தின் மாதிரியுரு. சாம்பல் நிறக் கோளமாக துத்த நாகத் துணைக்காரணி காட்டப்பட்டுள்ளது.

• 2. தொகுதி மாற்றும் நொதிகள் (Transferases):

இவை, கரிமம், நைட்ரசன், பாசுப்பரசு (C- N- P-) ஆகிய உடைய வேதி வினைக்குழுக்களை (எ.கா: மெத்தில், கிளைக்கோசைல்) இடம் மாற்றுகின்றன.

எ.கா: சிரைன் ஐதராக்சி மெத்தில்டிரான்சுஃவெரேசு(Serine hydroxymethyltransferase)

• 3. நீராற் பகுக்கும் நொதிகள் (ஐதராலேசு):

நீரைச் சோ்ப்பதன் மூலம் கரிம-கரிம, கரிம-ஆக்சிச, கரிம-நைட்ரச (C-C, C-O, C-N) போன்ற பிணைப்புகளைப் பிரிவடைகின்றன. எ.கா: யூரியேசு (Urease) (EC 3.5.1.5)

(NH₂)₂CO + H₂O → CO₂ + 2NH₃

யூரியா + நீர் --> கார்பன்-டை-ஆக்சைடு + அம்மோனியா

(NH₂)₂CO + H₂O → CO₂ + 2NH₃

(யூரியாவை நீராற் பகுத்து அமோனிய‌ாவைப் பெறலாம் என முதலில் கண்டறிந்தவர் வோலார் ஆவார்)

• 4. இணைக்கும் நொதிகள் (லைகேசு):

அதிக ஆற்றல் உள்ள பாசுப்பேட்டுகளை நீராற் பகுப்பதன் மூலம் கார்பனுக்கும் -O, -N, -Sக்கும் இடையே பிணைப்பை உருவாக்குகின்றன. எ.கா: பைருவேட் கார்பாக்சிலேசு

• 5. உடைக்கும் நொதிகள் (லையேசு):

C-C / C-N / C-S இடையிலான பிணைப்பை உடைத்து இரட்டைப் பிணைப்பை உருவாக்குகின்றன. எ.கா: பைருவேட் டி கார்பாக்சிலேசு

• 6. இணைவடிவ நொதிகள் (ஐசோமரேசு):
• எ.கா: மெத்தில் மலோனைல் கோ ஏ மியூட்டேசு

நொதியங்களின் கட்டமைப்பும் தொழிற்பாடுகளும்

நொதியங்கள் அனைத்தும் கோளப்புரதங்களாகும். பொதுவாக அனைத்து நொதியங்களும் அதிகளவான அமினோ அமிலங்கள் பெப்தைட்டுப் பிணைப்பால் இணைக்கப்பட்டு புடையான அல்லது புடைச்சிறைக் புரதக் கட்டமைப்புடன் தொழிற்படுகின்றன. சில RNA நொதியங்களும் அறியப்பட்டுள்ளன. இவை விசேடமாக ரைபோசைம் என அழைக்கப்படுகின்றன. நொதியங்களின் தொழிற்பாட்டை அவற்றின் முப்பரிமாணக் கட்டமைப்பே தீர்மானிக்கின்றன. அமினோ அமிலங்கள் இடையே உள்ள ஐதரசன் பிணைப்புக்கள், நீர்-வெறுப்பு இடைத்தாக்கம், இருசல்பைட்டுப் பிணைப்புக்கள் காரணமாக நொதியங்கள் அவற்றுக்குரிய தனித்துவமான முப்பரிமாணக் கட்டமைப்பை அடைகின்றன. நொதியத்தின் சிறிய உயிர்ப்பு நிலையம் என்னும் பகுதியே உயிர்வேதியல் தாக்கங்களை ஊக்குவிக்கும் பிரதேசமாகத் தொழிற்படும். இதனைத் தவிர நொதியத்தில் துணைக் காரணியும், நிரோதிகளும் இணைவதற்கான இடங்களும் காணப்படலாம். நொதியங்களில் சில 64 போன்ற குறைவான அமினோ அமிலங்களாலே ஆக்கப்பட்டிருந்தாலும், அனேகமானவை 2500 போன்ற அதிக எண்ணிக்கையிலான அமினோ அமிலங்களால் ஆக்கப்பட்டிருக்கலாம். எவ்வாறு வேதியல் தாக்கங்களில் அசேதன ஊக்கிகள் தாக்கத்தில் உபோயகிக்கப்படாமல் தாக்க வேகத்தைக் கூட்டுகின்றனவோ, அவ்வாறே நொதியங்களும் தொழிற்படுகின்றன. மிகச் சொற்பளவான நொதியத்தால் தாக்க வேகத்தைப் பன் மடங்கு உயர்த்த முடியும். இதனால் இவை உயிரியல் ஊக்கிகள் எனவும் அழைக்கப்படுகின்றன. சாதாரண நிலமைகளில் நடைபெற முடியாத (ஏவற்சக்தி அதிகமென்பதால்) தாக்கங்களை நொதியங்கள் ஊக்குவித்து நடைபெறச் செய்கின்றன. வெப்பநிலையை உயர்த்துவதால், கரைசலின் pH ஐ மாற்றுவதால், நிரோதிகளைச் சேர்ப்பதால், இரசாயனங்களைச் சேர்ப்பதால் நொதியங்களை அமைப்பழியச் செய்ய முடியும். நொதியங்களின் முப்பரிமாணக் கட்டமைப்பை மாற்றியமைப்பதால் நொதிய அமைப்பழிவு நடைபெறுகின்றது. நொதியங்களைப் பொறுத்து அவை மீள்சேர்க்கை அடையுமா இல்லையா என்பது தீர்மானிக்கப்படும்.

உயிர்ப்பு நிலையம்

நொதியத்தின் தொழிற்பாடு

ஒவ்வொரு நொதியிலும் சில குறிப்பிட்ட அமினோ அமிலத் தொடா்கள் சோ்ந்து வினைபடுபொருள் (கீழ்ப்படை) வந்து பிணைவதற்கு ஏற்றாற்போல் ஒரு முப்பரிமாண அமைப்பை உருவாக்குகின்றன. இவ்விடமே இயங்கிடம் அல்லது உயிர்ப்பு நிலையம் (Active Site) எனப்படும். இது தான் ஒரு நொதியின் தனித்தன்மையை (specificity) /துல்லியத்தன்மையை முடிவு செய்கின்றன. இயங்கிடத்தில் வினைபடுபொருள் வந்து சோ்ந்து நொதியக் கீழ்ப்படைச் சிக்கல் (Enzyme-substrate-complex) உண்டாகிறது. இது பின்னால் நொதி-வினைவிளைபொருளாய் மாறியதும் நொதியும் வினைவிளை பொருளும் தனித்தனியே பிரிந்து விடுகின்றன. இதனால் நொதியம் மீண்டும் மீண்டும் செயற்பட்டு குறித்த உயிர்வேதியல் தாக்கத்தை ஊக்குவிக்கின்றது. === நொதியத் தொழிற்பாட்டுக்கு அவசியமான புரதமற்ற பதார்த்தங்கள் துணைக்காரணிகள் (co-factors) என அழைக்கப்படுகின்றன. துணைக்காரணிகள் மூன்று வகைப்படுகின்றன. அவை அசேதனப் பதார்த்தங்கள், சங்கலிதக் கூட்டங்கள், மற்றும் துணை நொதியங்கள் என்பனவாகும். சில நொதியங்கள் எவ்வித துணைக்காரணிகளும் இன்றிச் செயற்பட முடியுமாயினும் பல நொதியங்களின் தொழிற்பாட்டுக்கு துணைக் காரணிகள் இன்றியமையாதவையாய் உள்ளன.

• அசேதனப் பதார்த்தங்கள்: உலோக அயன்கள், இரும்பு சல்பைட்டுச் சேர்வைகள் போன்ற நொதியங்களுடன் உறுதியாகப் பிணைக்கப்பட்டுள்ள பதார்த்தங்கள்.
• சங்கலிதக் கூட்டம் (prosthetic group): நொதியத்துடன் உறுதியாகப் பிணைந்துள்ள, நொதியத் தொழிற்பாட்டுக்கு அவசியமான சேதனச் சேர்வைகள். ஹீம், பிளேவின் போன்றவை சங்கலிதக் கூட்டங்களாகும்.
• துணை நொதியம் (co-enzyme): நொதியத்துடன் தளர்வாகப் பிணைந்துள்ள சேதனச் சேர்வைகள். முக்கிய சக்திச் சேர்வையான ATP, NAD+, துணை நொதியம் A என்பன இதற்கு உதாரணங்களாகும்.

நொதிகளின் தனித்தன்மை

நொதிகள் மிகுந்த தனித்துவம் (specificity) உடையவை. ஒரு நொதி ஒரு குறிப்பிட்ட வகை வேதிவினையில் தான் வினையூக்கியாகச் செயல்படும். ஆதலால் அவை ஒன்று அல்லது சில வினைபடுபொருட்களுடன் மட்டுமே சேரும்.

துணைக்காரணிகள்

துணை நொதியம் NADHஇன் மாதிரியுரு.

நொதியத் தொழிற்பாட்டுக்கு அவசியமான புரதமற்ற பதார்த்தங்கள் துணைக்காரணிகள் (co-factors) என அழைக்கப்படுகின்றன. துணைக்காரணிகள் மூன்று வகைப்படுகின்றன. அவை அசேதனப் பதார்த்தங்கள், சங்கலிதக் கூட்டங்கள், மற்றும் துணை நொதியங்கள் என்பனவாகும். சில நொதியங்கள் எவ்வித துணைக்காரணிகளும் இன்றிச் செயற்பட முடியுமாயினும் பல நொதியங்களின் தொழிற்பாட்டுக்கு துணைக் காரணிகள் இன்றியமையாதவையாய் உள்ளன.

• அசேதனப் பதார்த்தங்கள்: உலோக அயன்கள், இரும்பு சல்பைட்டுச் சேர்வைகள் போன்ற நொதியங்களுடன் உறுதியாகப் பிணைக்கப்பட்டுள்ள பதார்த்தங்கள்.
• சங்கலிதக் கூட்டம் (prosthetic group): நொதியத்துடன் உறுதியாகப் பிணைந்துள்ள, நொதியத் தொழிற்பாட்டுக்கு அவசியமான சேதனச் சேர்வைகள். ஹீம், பிளேவின் போன்றவை சங்கலிதக் கூட்டங்களாகும்.
• துணை நொதியம் (co-enzyme): நொதியத்துடன் தளர்வாகப் பிணைந்துள்ள சேதனச் சேர்வைகள். முக்கிய சக்திச் சேர்வையான ATP, NAD+, துணை நொதியம் A என்பன இதற்கு உதாரணங்களாகும்.

நிரோதிப்பு

போட்டிக்குரிய நிரோதியின் தொழிற்பாடு.

நொதியத் தாக்க வீதத்தைத் தடுக்கின்ற அல்லது குறைக்கின்ற இரசாயனப் பதார்த்தங்கள் நிரோதிகள் என அழைக்கப்படுகின்றன. சில நிரோதிகள் தாக்கங்களைக் கட்டுப்படுத்த உயிரியாலேயே தொகுக்கப்பட்டு விடுவிக்கப்படுகின்றது. ஏனைய சில விஷங்களின் உள்ளடக்கங்களாக உள்ளன. இவை வெவ்வேறு முறைகளில் தொழிற்பட்டாலும், இவற்றின் தொழிற்பாட்டால் கீழ்ப்படை/ கீழ்ப்படைகள் நொதிய உயிர்ப்பு நிலையத்துடன் இணைவது தடுக்கப்படும். மூன்று வகையான நிரோதிகள் அறியப்பட்டுள்ளன:

• போட்டிக்குரிய மீளும் நிரோதி: கீழ்ப்படையின் கட்டமைப்பை ஒத்த பதார்த்தங்கள், நொதிய உயிர்ப்பு நிலையத்துடன் தற்காலிகமாக இணைந்து கீழ்ப்படை தாக்கமடைவதைத் தடுக்கும் நிரோதிகள். கீழ்ப்படைச் செறிவை அதிகரிப்பதன் மூலம் மீண்டும் தாக்க வேகத்தை அதிகரிக்கலாம். இவை பொதுவாக உயிரிகளால் சுரந்து விடப்படும் சேதனப் பதார்த்தங்களாக உள்ளன.
• போட்டிக்குரிய மீளா நிரோதி: நொதிய உயிர்ப்பு நிலையத்துடன் நிரந்தரமாக இணைந்து கொள்ளும் பதார்த்தங்கள். இதனால் நொதியத் தாக்கம் முற்றாக நிறுத்தப்படும். பாதரசம், ஆர்சனிக் ஆகிய பார உலோகங்களின் அயன்கள் மீளாத போட்டிக்குரிய நிரோதிகளாக உள்ளன.
• போட்டியின்றிய மீளும் நிரோதிகள்: நொதியத்தின் உயிர்ப்பு நிலையமல்லாத வேறு தானத்துடன் இணைந்து நொதியக் கட்டமைப்பைத் தற்காலிகமாக மாற்றியமைத்து நொதியத் தாக்க வீதத்தைக் குறைக்கும் நிரோதிகள். நிரோதியை அகற்றுவதன் மூலம் தாக்க வீதத்தை வழமைக்குக் கொண்டு வரலாம். சயனைட் அயன்கள் (CN^-) இவ்வகை நிரோதிக்குச் சிறந்த உதாரணமாகும்.