മരുന്നുകൾ മുതൽ ജീവന്റെ ഉത്ഭവംവരെ; രസതന്ത്ര നോബൽ ചുരുളഴിച്ച അസമമിതിയുടെ രഹസ്യം

അലർജിയും തുമ്മലുമൊക്കെ വരുമ്പോൾ സാധാരണ കഴിക്കാറുള്ള  മരുന്നാണ് സെട്രിസിൻ. എന്നാൽ, ചിലപ്പോഴൊക്കെ സെട്രിസിന് പകരം ലിവോസെട്രിസിൻ നിർദ്ദേശിക്കാറുണ്ട് ഡോക്ടർമാർ. സെട്രിസിന്റെ സാധാരണ ഡോസ് പത്ത് മില്ലിഗ്രാം ആണ്, ലിവോസെട്രിസിൻ ഡോസ് അഞ്ച് മില്ലീഗ്രാം ആണ്. വിലയും ലിവോസെട്രിസിന് കൂടുതലാണ്. എന്താണ് ഇതിനുപിന്നിലെ രസതന്ത്രം?

അത് പറയുംമുമ്പ് നമ്മുടെ രണ്ട് കൈയിലേക്ക് നോക്കാം. രണ്ട് കൈയും കണ്ടാൽ ഒരുപോലെ തോന്നുമെങ്കിലും ഒന്ന് മറ്റൊന്നിന് മുകളിൽ കൃത്യമായി ചേർത്ത് വെക്കാനാവില്ല. ഈ സ്വഭാവത്തിനാണ് കൈറാലിറ്റി എന്ന് പറയുന്നത്. ഓർഗാനിക് കെമിസ്ട്രിയിൽ തന്മാത്രകളുടെ രാസസ്വഭാവത്തെ നിയന്ത്രിക്കുന്നതിൽ കൈറാലിറ്റിക്ക് പ്രധാനപ്പെട്ട സ്ഥാനമുണ്ട്. കാർബൺ ആറ്റവുമായി നാല് വ്യത്യസ്ത ഗ്രൂപ്പുകൾ ബന്ധിക്കപ്പെടുമ്പോഴാണ് സാധാരണ കൈറാലിറ്റി എന്ന സ്വഭാവം ഉടലെടുക്കുക.

ഇതിന്‍റെ ഫലമായി ഒരേ രാസസമവാക്യം ഉള്ള തന്മാത്രയ്ക്ക് തന്നെ രണ്ട് വ്യത്യസ്ത ത്രിമാന ഘടനകൾ ഉണ്ടാവും. ഒരേപോലെ കണ്ടാൽ തോന്നുന്ന, എന്നാൽ ഒന്ന് മറ്റൊന്നിന്‍റെ പ്രതിബിംബമായ ഈ തന്മാത്രകൾക്ക് എനാൻഷ്യോമറുകൾ എന്നാണ് കെമിസ്ട്രിയിൽ പേര്. കണ്ടാൽ ഒരുപോലെ ഇരിക്കുമെങ്കിലും ഇവയ്ക്ക് തീർത്തും വ്യത്യസ്ത സ്വഭാവങ്ങൾ ഉണ്ടാവാം. ഉദാഹരണത്തിന് കാർവോൺ എന്ന തന്മാത്രയുടെ ഇടത്തോട്ട് തിരിഞ്ഞ ഘടനയ്ക്ക് പുതിനയുടെ മണവും വലത്തോട്ട് തിരിഞ്ഞതിന് ഗരംമസാലയുടെ പോലത്തെ മണവുമാണ്. Novrad, Darvon എന്ന അതിപ്രശസ്തമായ ഇരട്ട മരുന്നുകളിൽ വലംപിരിയനായ ഡാർവോൺ വേദനയ്ക്കുള്ള മരുന്നും ഇടംപിരിയനായ നോവ്റാഡ് ചുമ മരുന്നുമാണ്. അതുപോലെ ചിലപ്പോൾ ഒന്ന് മരുന്നാണെങ്കിൽ മറ്റേത് ശരീരത്തിന് ദോഷകരമാവാം. 60-കളിലെ താലിഡോമൈഡ് ദുരന്തം ഉദാഹരണം.

പ്രതിബിംബം പോലുള്ള രണ്ട് രൂപാന്തരങ്ങളും തുല്യഅളവിലുള്ള മിശ്രിതമാണ് റസിമിക് മിശ്രിതം. സെട്രിസിനിലേക്ക് തിരിച്ചുവന്നാൽ 10 mg സെട്രിസിനിൽ രണ്ട് രൂപാന്തരങ്ങളും തുല്യഅളവിൽ അതായത് 5 mg വീതമുണ്ട്. അതായത് ഇത് ഒരു റസിമിക് മിശ്രിതമാണ്. ഇതിൽ ലിവോ അഥവാ ഇടത്തോട്ട് തിരിഞ്ഞ രൂപാന്തരം മാത്രമാണ് മരുന്ന്. അലർജി മാറാൻ അതുമാത്രം കഴിച്ചാൽ മതി. അപ്പോൾ പിന്നെ പകുതിമാത്രം ഉള്ള ലിവോസെട്രിസിന് വില കൂടുന്നത് എന്തുകൊണ്ടാണ്?

അതറിഞ്ഞാൽ കെമിസ്ട്രി നോബൽ എന്തിനാണ് ഫ്രാൻസിലെ യൂണിവേഴ്സിറ്റി പാരിസ്-സുദിലെ പ്രൊഫസറായ ഹെൻറി ബി. കഗനും, ജപ്പാനിലെ ടോക്കിയോ യൂണിവേഴ്സിറ്റി ഓഫ് സയൻസിലെ പ്രൊഫസറായ കെൻസോ സോയിക്കും ലഭിച്ചത് എന്നും മനസ്സിലാക്കാം.

രണ്ട് എനാൻഷ്യോമറുകളും തുല്യമായിരിക്കുന്ന അവസ്ഥയ്ക്ക് സമമിതമായ അഥവാ സിമട്രിക് ആയ അവസ്ഥ എന്ന് പറയാം. ഏതെങ്കിലും ഒന്നുമാത്രം കൂടുതൽ കാണപ്പെടുന്നത് അസമമിതം അഥവാ അസിമട്രിക്കലായ അവസ്ഥയാണ്‌. പ്രകൃതിയിൽ പ്രധാനപ്പെട്ട ജൈവതന്മാത്രകൾ എല്ലാം ഒരൊറ്റ മിറർ ഇമേജ് രൂപത്തിൽ മാത്രമാണ് കാണപ്പെടുന്നത് (Homochirality). ജീവികളുടെ ശരീരത്തിലെ അമിനോആസിഡുകൾ എല്ലാം ഇടത്തോട്ട് തിരിഞ്ഞവയാണ്.

അതേസമയം ഗ്ലൂക്കോസും അന്നജവും ഡി.എൻ.എയിലെ ഡീഓക്സിറൈബോസും അടക്കം പ്രകൃതിദത്ത പഞ്ചസാരകളെല്ലാം വലത്തോട്ട് തിരിഞ്ഞ ഘടനയുള്ളവയാണ്. എന്നാൽ ലാബുകളിൽ സാധാരണ രാസപ്രവർത്തനങ്ങൾ നടത്തുമ്പോൾ രണ്ട് തരം തന്മാത്രകളും തുല്യ അളവിലാണ് ഉണ്ടാകുന്നത്. ഇതിൽ നിന്ന് ഒരെണ്ണംമാത്രം വേർതിരിക്കുക വലിയ പ്രയാസമാണ്. അൽപ്പമെങ്കിലും ഒന്ന് ബാക്കിയായാൽ ചിലപ്പോൾ താലിഡോമൈഡ് പോലെ അപകടകരമാകാം. അതുകൊണ്ടുതന്നെ ഒറ്റ എനാൻഷ്യോമർമാത്രം കൂടിയ അളവിൽ ഉത്പാദിപ്പിക്കാനുള്ള അസിമട്രിക് സിന്തസിസ് രീതികൾക്കായി ശാസ്ത്രജ്ഞർ അന്വേഷിച്ചുകൊണ്ടിരുന്നു. ഒരു എനാൻഷ്യോമർമാത്രം പൂർണ്ണമായും ശുദ്ധമായി ഉത്പാദിപ്പിക്കുക പ്രയാസമായതുകൊണ്ടാണ് ലിവോസെട്രിസിന് വില കൂടിയത്.

അസിമട്രിക് സിന്തസിസിന് ഫലപ്രദമായ പുതിയ മാർഗ്ഗങ്ങൾ കണ്ടെത്തിയതിനാണ് ഹെൻറി ബി. കഗനും കെൻസോ സോയിക്കും നോബൽ ലഭിച്ചത്. ഉൽപ്രേരകങ്ങളിൽ (Catalysts) നേരിയ വ്യത്യാസങ്ങൾ വരുത്തിക്കൊണ്ട് ആവശ്യമുള്ള ഒരു പ്രത്യേക മിറർ ഇമേജ് തന്മാത്രമാത്രം വലിയ അളവിൽ ഉത്പാദിപ്പിക്കാമെന്ന് 1986-ൽ ഹെൻറി ബി. കഗൻ തെളിയിച്ചു. ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന തന്മാത്ര സ്വയം ഒരു ഉൽപ്രേരകമായി പ്രവർത്തിക്കുന്ന സ്വയം-പ്രവർത്തനത്തിലൂടെ (Asymmetric Autocatalysis), യാതൊരു ബാഹ്യ സ്വാധീനവുമില്ലാതെ ഒരൊറ്റ തരം മിറർ ഇമേജ് തന്മാത്രമാത്രം 99.99% വരെ ശുദ്ധമായി രൂപപ്പെടുത്താമെന്ന് തെളിയിച്ചതിനാണ് കെൻസോ സോയിക്ക് നോബൽ ലഭിക്കുന്നത്. അദ്ദേഹത്തിന്റെ പേരിൽത്തന്നെയാണ് (സോയി റിയാക്ഷൻ) അദ്ദേഹം രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത രാസപ്രവർത്തനം അറിയപ്പെടുന്നത്.

ഹെൻറി ബി. കഗന്റെ കണ്ടെത്തൽ

കൈറാൽ ഉൽപ്രേരകങ്ങൾ (chiral catalysts) ഉപയോഗിച്ചുള്ള രാസപ്രവർത്തനങ്ങളിൽ അന്നുവരെ നിലനിന്നിരുന്ന പരമ്പരാഗത ധാരണകളെ തിരുത്തിക്കുറിച്ചതാണ് ഹെൻറി കഗന്റെ സംഭാവന. സാധാരണമായി ഉൽപ്രേരകത്തിലുള്ള പ്രതിബിംബ തന്മാത്രകളുടെ (enantiomers) അതേ അനുപാതത്തിൽ തന്നെയായിരിക്കും ലഭിക്കുന്ന ഉൽപ്പന്നത്തിലെയും തന്മാത്രാ അനുപാതം (ലീനിയർ ബന്ധം) എന്നായിരുന്നു ശാസ്ത്രലോകം അതുവരെ കരുതിയിരുന്നത്.

എന്നാൽ, ഉൽപ്രേരകത്തിലെ ലോഹ ആറ്റവുമായി ഒന്നിലധികം കൈറാൽ തന്മാത്രകൾ ഒരേസമയം ബന്ധപ്പെടുന്നുവെന്നും, ഇവ ചേർന്നുണ്ടാകുന്ന സങ്കര ഘടനകൾ (heterochiral complexes) രാസപ്രവർത്തനത്തിന്റെ വേഗതയെ വ്യത്യസ്തമായി സ്വാധീനിക്കുന്നുവെന്നും കഗൻ കണ്ടെത്തി. ഇതിലൂടെ ഉൽപ്രേരകത്തിൽ നേരിയ അളവിലുള്ള അസമമിതിയെപ്പോലും ഉൽപ്പന്നത്തിലേക്ക് എത്തുമ്പോൾ വലിയ തോതിൽ വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ (enantiomeric amplification) സാധിക്കുമെന്ന് തെളിയിച്ച അദ്ദേഹം, നോൺ-ലീനിയർ ഇഫക്റ്റുകൾ (Non-linear effects) എന്ന ആശയം മുന്നോട്ടുവെച്ചു. പാർശ്വഫലങ്ങളില്ലാത്ത ശുദ്ധമായ ഔഷധ തന്മാത്രകളുടെ നിർമ്മാണത്തിന് കൃത്യമായ രൂപരേഖ നൽകാൻ ഈ കണ്ടെത്തൽ സഹായിച്ചു.

കെൻസോ സോയിയുടെ കണ്ടെത്തൽ

ജീവന്റെ സവിശേഷതയായ ഹോമോകൈറാലിറ്റി പരീക്ഷണശാലയിൽ പുനഃസൃഷ്ടിച്ച അത്ഭുതകരമായ രാസപ്രവർത്തനമാണ് കെൻസോ സോയി വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത സോയി റിയാക്ഷൻ (Soai Reaction). ഒരു രാസപ്രവർത്തനത്തിൽ രൂപപ്പെടുന്ന ഉൽപ്പന്നം തന്നെ ആ പ്രവർത്തനത്തെ മുന്നോട്ട് നയിക്കുന്ന ഉൽപ്രേരകമായി മാറുകയും സ്വന്തം പകർപ്പുകൾ വേഗത്തിൽ ഉത്പാദിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്ന അസമമിത സ്വയം-ഉൽപ്രേരണ (Asymmetric autocatalysis) പ്രക്രിയയാണ് അദ്ദേഹം യാഥാർത്ഥ്യമാക്കിയത്.

കൈറാൽ സ്വഭാവമില്ലാത്ത സാധാരണ രാസവസ്തുക്കളിൽ നിന്ന് പ്രവർത്തനം ആരംഭിക്കുമ്പോൾ യാദൃച്ഛികമായി ഉണ്ടാകുന്ന ഏതെങ്കിലും ഒരു പ്രതിബിംബ തന്മാത്രയുടെ വളരെ ചെറിയൊരു ആധിക്യം പോലും ക്രമേണ വർദ്ധിച്ച്, ഒടുവിൽ ലഭിക്കുന്ന ഉൽപ്പന്നത്തിന്റെ 99.99 ശതമാനവും ആ ഒരു രൂപം മാത്രമായി മാറുന്നുവെന്ന് അദ്ദേഹം തെളിയിച്ചു. ജീവന്റെ ആവിർഭാവ സമയത്ത് പ്രകൃതി എങ്ങനെയാണ് ഒരൊറ്റ ദിശയിലുള്ള തന്മാത്രകളെമാത്രം തിരഞ്ഞെടുത്തത് എന്ന ദീർഘകാല സമസ്യയ്ക്ക് കൃത്യമായ ഒരു രാസമാതൃക നൽകാൻ അദ്ദേഹത്തിന്റെ ഈ പരീക്ഷണം വഴിയൊരുക്കി.

ഈ കണ്ടെത്തലുകൾക്ക് വ്യാവസായിക, ശാസ്ത്രീയ തലങ്ങളിൽ വലിയ പ്രായോഗിക പ്രാധാന്യമാണുള്ളത്; പ്രത്യേകിച്ച് പാർശ്വഫലങ്ങളില്ലാത്ത ഔഷധങ്ങൾ വികസിപ്പിച്ചെടുക്കേണ്ട ഫാർമസ്യൂട്ടിക്കൽ മേഖലയിലാണ് ഇവ ഏറ്റവും നിർണ്ണായകമാകുന്നത്. ആവശ്യമുള്ള രൂപംമാത്രം വളരെ കാര്യക്ഷമതയോടെയും ഉയർന്ന ശുദ്ധിയോടെയും ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ ഈ സങ്കേതങ്ങൾ വഴിയൊരുക്കുന്നു. രാസപ്രക്രിയകളിൽ അനാവശ്യ ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ ഒഴിവാക്കാനും, ചെലവേറിയ ശുദ്ധീകരണ പ്രക്രിയകൾ കുറയ്ക്കാനും, ഉൽപ്രേരകങ്ങളുടെ ഉപയോഗം പരമാവധി ഫലപ്രദമാക്കാനും ഇത് ശാസ്ത്രജ്ഞരെ സഹായിക്കുന്നു.

ഔഷധങ്ങൾക്ക് പുറമേ കൃത്യമായ ഗുണങ്ങളുള്ള കാർഷിക രാസവസ്തുക്കൾ (agrochemicals), സുഗന്ധദ്രവ്യങ്ങൾ, രുചി വർദ്ധക പദാർത്ഥങ്ങൾ (flavours ആൻഡ് fragrances), നൂതന ഒപ്റ്റിക്കൽ സാമഗ്രികൾ എന്നിവയുടെ ഉത്പാദനത്തിലും ഈ കണ്ടെത്തലുകൾ പ്രയോജനപ്പെടുന്നു. കൂടാതെ ജീവശാസ്ത്രത്തിലെയും പ്രപഞ്ചത്തിലെയും ഏറ്റവും വലിയ സമസ്യകളിലൊന്നായ ഹോമോകൈറാലിറ്റി (Homochirality) അഥവാ ജീവന്റെ ഘടനയിലെ ഏകപക്ഷീയമായ അസമമിതി എങ്ങനെ രൂപപ്പെട്ടു എന്ന് വിശദീകരിക്കാൻ ഈ കണ്ടെത്തലുകൾ ശാസ്ത്രീയ മാതൃക നൽകുന്നു.