यूनिट 14 जैव अणु

“शरीर में रासायनिक प्रतिक्रियाओं के समन्वित और समय सम्पूर्ण प्रगति जीवन के कारण होती है।”

एक जीवित प्रणाली बढ़ती है, संतुलित रहती है और अपनी तरह की नई प्रतिकृति बनाती है। एक जीवित प्रणाली के सबसे अद्भुत बात यह है कि इसमें अजीव अणु और अणुओं से बनी होती है। जीवित प्रणाली में रासायनिक गतिविधियों के ज्ञान की खोज जैव रसायन विज्ञान के क्षेत्र में आती है। जीवित प्रणाली ग्लूकोज, प्रोटीन, न्यूक्लिक अम्ल, वसा आदि जैसे विभिन्न जटिल जैव अणुओं से बनी होती है। प्रोटीन और कार्बोहाइड्रेट हमारे खाने के आवश्यक घटक होते हैं। इन जैव अणुओं के एक दूसरे से अंतर्क्रिया होती है और जीवन की प्रक्रियाओं के अणु तार्किक विन्यास का निर्माण करती है। इसके अलावा, विटामिन और खनिज लवण जैसे कुछ सरल अणु भी जीवों के कार्यों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इन जैव अणुओं के कुछ संरचना और कार्य इस यूनिट में चर्चा की गई है।

10.1 कार्बोहाइड्रेट#

कार्बोहाइड्रेट मुख्य रूप से पौधों द्वारा उत्पादित होते हैं और एक बहुत बड़ा समूह के प्राकृतिक अम्लीय यौगिक होते हैं। कार्बोहाइड्रेट के कुछ सामान्य उदाहरण गन्ने के चीनी, ग्लूकोज, स्टार्च आदि हैं। इनमें से अधिकांश के सामान्य सूत्र, $\mathrm{C_\mathrm{x}}\left(\mathrm{H_2} \mathrm{O}\right){\mathrm{y}}$ होता है, और इन्हें कार्बन के जल योगी अम्ल माना जाता था, जिससे नाम कार्बोहाइड्रेट का उत्पत्ति हुई। उदाहरण के लिए, ग्लूकोज के अणुसूत्र $\left(\mathrm{C_6} \mathrm{H{12}} \mathrm{O_6}\right)$ इस सामान्य सूत्र में, $\mathrm{C_6}\left(\mathrm{H_2} \mathrm{O}\right)_6$ आता है। लेकिन इस सूत्र में आने वाले सभी यौगिकों को कार्बोहाइड्रेट के रूप में वर्गीकृत नहीं किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एसिटिक अम्ल $\left(\mathrm{CH_3} \mathrm{COOH}\right)$ इस सामान्य सूत्र में, $\mathrm{C_2}\left(\mathrm{H_2} \mathrm{O}\right)2$ आता है लेकिन यह एक कार्बोहाइड्रेट नहीं है। इसी तरह, रहमनोस, $\mathrm{C_6} \mathrm{H{12}} \mathrm{O_5}$ एक कार्बोहाइड्रेट है लेकिन इस विन्यास में नहीं आता है। इनके बहुत से अभिक्रियाएं दिखाती हैं कि इनमें विशिष्ट कार्य करने वाले समूह होते हैं। रासायनिक रूप से, कार्बोहाइड्रेट को विशिष्ट अपवर्तन गुण वाले बहुहाइड्रॉक्सी एल्डिहाइड या केटोन या ऐसे यौगिकों के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जो अपघटन के द्वारा ऐसे इकाई उत्पन्न करते हैं। कार्बोहाइड्रेट में कुछ ऐसे यौगिक भी होते हैं जो मीठे स्वाद के होते हैं जिन्हें शर्करा कहा जाता है। हमारे घर में सबसे आम शर्करा के नाम सुक्रोज है जबकि दूध में मौजूद शर्करा को लैक्टोज कहा जाता है। कार्बोहाइड्रेट को साक्चाराइड कहा जाता है (ग्रीक: सैक्चरोन का अर्थ शर्करा होता है)।

10.1.1 कार्बोहाइड्रेट के वर्गीकरण#

कार्बोहाइड्रेट को उनके हाइड्रोलिज़ेशन पर व्यवहार के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है। इन्हें निम्नलिखित तीन वर्गों में व्यापक रूप से विभाजित किया गया है।

(i) मोनोसैक्चाराइड: एक कार्बोहाइड्रेट जो हाइड्रोलिज़ेशन द्वारा एक सरल इकाई बनाने में असमर्थ होता है, जो पॉलीहाइड्रॉक्सी एल्डिहाइड या केटोन की इकाई होती है, मोनोसैक्चाराइड कहलाता है। प्रकृति में लगभग 20 मोनोसैक्चाराइड पाए जाते हैं। कुछ सामान्य उदाहरण ग्लूकोज़, फ्रक्टोज़, राइबोज़ आदि हैं।

(ii) ओलिगोसैक्चाराइड: हाइड्रोलिज़ेशन के द्वारा दो से दस मोनोसैक्चाराइड इकाइयों के उत्पादन वाले कार्बोहाइड्रेट ओलिगोसैक्चाराइड कहलाते हैं। इन्हें अपने हाइड्रोलिज़ेशन द्वारा उत्पन्न मोनोसैक्चाराइड की संख्या के आधार पर विभिन्न वर्गों में विभाजित किया जाता है, जैसे डाइसैक्चाराइड, ट्रिसैक्चाराइड, टेट्रा सैक्चाराइड आदि। इनमें से सबसे आम डाइसैक्चाराइड हैं। एक डाइसैक्चाराइड के हाइड्रोलिज़ेशन द्वारा प्राप्त दो मोनोसैक्चाराइड इकाइयाँ समान या अलग हो सकती हैं। उदाहरण के लिए, एक अणु शुगर के हाइड्रोलिज़ेशन द्वारा एक अणु ग्लूकोज़ और एक अणु फ्रक्टोज़ प्राप्त होते हैं, जबकि मल्टोज़ दो अणु ग्लूकोज़ के अणु प्रदान करता है।

(iii) पॉलीसैकराइड: जब जल अपघटन के द्वारा एक बड़ी संख्या में मोनोसैकराइड इकाइयाँ प्राप्त होती हैं, तो ऐसे कार्बोहाइड्रेट को पॉलीसैकराइड कहा जाता है। कुछ सामान्य उदाहरण चारकोल, सेल्यूलोज, ग्लाइकोजन, गंम आदि हैं। पॉलीसैकराइड चीटी रस के स्वाद नहीं देते, इसलिए उन्हें अपसर भी कहा जाता है।

कार्बोहाइड्रेट को अपचायक या अपचायक शर्करा के रूप में भी वर्गीकृत किया जा सकता है। वे सभी कार्बोहाइड्रेट जो फेलिंग के घोल और टॉलेन्स के अजल को अपचायक करते हैं, अपचायक शर्करा कहलाते हैं। सभी मोनोसैकराइड, चाहे वे अल्डोज या केटोज हों, अपचायक शर्करा होते हैं।

10.1.2 मोनोसैकराइड#

मोनोसैकराइड को उनमें उपस्थित कार्बन परमाणुओं की संख्या और उपस्थित फंक्शनल समूह के आधार पर और भी वर्गीकृत किया जाता है। यदि एक मोनोसैकराइड में एल्डिहाइड समूह होता है, तो इसे एल्डोज कहा जाता है और यदि इसमें केटो समूह होता है, तो इसे केटोज कहा जाता है। मोनोसैकराइड के उपस्थित कार्बन परमाणुओं की संख्या नाम में भी शामिल की जाती है, जैसा कि तालिका 10.1 में दिए गए उदाहरणों से स्पष्ट है।

तालिका 10.1: विभिन्न प्रकार के मोनोसैकराइड | कार्बन परमाणु | सामान्य नाम | एल्डिहाइड | केटोन |

| :—: | :— | :— | :— | | 3 | Triose | Aldotriose | Ketotriose | | 4 | Tetrose | Aldotetrose | Ketotetrose | | 5 | Pentose | Aldopentose | Ketopentose | | 6 | Hexose | Aldohexose | Ketohexose | | 7 | Heptose | Aldoheptose | Ketoheptose |

10.1.2.1 ग्लूकोज#

ग्लूकोज प्रकृति में स्वतंत्र रूप से तथा संयुक्त रूप में भी मिलता है। यह मीठे फलों और मधु में उपलब्ध है। पके अंगूठी भी बड़ी मात्रा में ग्लूकोज से भरे होते हैं। इसकी तैयारी निम्नलिखित प्रकार से की जाती है:

ग्लूकोज की तैयारी

1. सुक्रोज (गन्ना के चीनी) से: यदि सुक्रोज को तनु $\mathrm{HCl}$ या $\mathrm{H_2} \mathrm{SO_4}$ के अल्कोहली विलयन में उबाला जाए, तो ग्लूकोज और फ्रक्टोज बराबर मात्रा में प्राप्त होते हैं।

$$ \begin{aligned} & \underset{\text { Sucrose} }{\mathrm{C} _{12} \mathrm{H} _{22} \mathrm{O} _{11}} +\mathrm{H} _2 \mathrm{O} \xrightarrow{\mathrm{H}^{+}} \underset{ \text { Glucose } }{\mathrm{C} _6 \mathrm{H} _{12} \mathrm{O} _6}+ \underset{ \text { Fructose } }{\mathrm{C} _6 \mathrm{H} _{12} \mathrm{O} _6} \end{aligned} $$

2. स्टार्च से: व्यावसायिक रूप से ग्लूकोज को 393 K तापमान पर दबाव के अंतरगत तनु $\mathrm{H_2} \mathrm{SO_4}$ के साथ उबालकर स्टार्च के हाइड्रोलिज़ करके प्राप्त किया जाता है।

$$ \underset{\text { स्टार्च या सेल्यूलोज }}{\left(\mathrm{C_6} \mathrm{H_{10}} \mathrm{O_5}\right){\mathrm{n}}}+\mathrm{nH_2} \mathrm{O} \xrightarrow[\text { 393K; 2-3} \mathrm{ atm} ] {[\mathrm{H}^{+}]} \underset{ \text{ग्लूकोज} }{\mathrm{nC_6} \mathrm{H{12}} \mathrm{O_6} } $$

ग्लूकोज की संरचना

ग्लूकोज एक एल्डोहेक्सोज है और इसे डेक्स्ट्रोज के रूप में भी जाना जाता है। यह बड़े कार्बोहाइड्रेट के अनेकों मोनोमर है, जैसे स्टार्च, सेल्यूलोज। यह पृथ्वी पर सबसे अधिक मात्रा में मौजूद अनॉर्गेनिक यौगिक हो सकता है। इसकी संरचना नीचे दी गई है, जिसके आधार पर निम्नलिखित प्रमाणों के आधार पर निर्धारित की गई है:

1. इसका अणुसूत्र $\mathrm{C_6} \mathrm{H_{12}} \mathrm{O_6}$ पाया गया था।

2. इसे $\mathrm{HI}$ के साथ लंबे समय तक गर्म करने पर एन-हेक्सेन बनता है, जिससे संकेंद्रित रूप से सभी छह कार्बन परमाणु एक सीधी श्रृंखला में जुड़े होने का सुझाव मिलता है।

3. ग्लूकोज़ हाइड्रॉक्साइलऐमीन के साथ अभिक्रिया करके ऑक्सीम का निर्माण करता है और एक हाइड्रोजन साइनाइड अणु के जोड़ने से साइनोहाइड्रिन बनाता है। इन अभिक्रियाओं से ग्लूकोज में कार्बोनिल समूह ( $>\mathrm{C}=\mathrm{O}$) की उपस्थिति की पुष्टि होती है।

4. ग्लूकोज़ के ब्रोमीन जल जैसे निष्क्रिय ऑक्सीकारक के साथ अभिक्रिया में यह छह कार्बन वाले कार्बॉक्सिलिक अम्ल (ग्लूकोनिक अम्ल) में ऑक्सीकृत हो जाता है। यह बताता है कि कार्बोनिल समूह एल्डिहाइड समूह के रूप में उपस्थित है।

5. ग्लूकोज के एसिटिक ऐनहाइड्राइड के साथ एसिटिलेशन ग्लूकोज पेंटा एसीटेट के उत्पादन को दर्शाता है जो पांच –OH समूहों की उपस्थिति की पुष्टि करता है। क्योंकि यह एक स्थायी यौगिक के रूप में मौजूद है, तो पांच –OH समूह विभिन्न कार्बन परमाणुओं पर जुड़े होने चाहिए।

6. नाइट्रिक अम्ल के ऑक्सीकरण से, ग्लूकोज तथा ग्लूकोनिक अम्ल दोनों साकरिक अम्ल देते हैं, जो एक द्विकार्बोक्सिलिक अम्ल है। यह ग्लूकोज में प्राथमिक एल्कोहॉल (-OH) समूह की उपस्थिति को दर्शाता है।

विभिन्न —OH समूहों के सटीक अंतरिक्ष विन्यास का अध्ययन करके फिशर ने इसकी विन्यास के सही प्रतिनिधित्व के रूप में I दिया। अतः ग्लूकोनिक अम्ल को II तथा साकरिक अम्ल को III के रूप में प्रस्तुत किया गया है।

ग्लूकोज को सही तरीके से $\mathrm{D}(+)$-ग्लूकोज के रूप में नामित किया जाता है। ’ $\mathrm{D}$ ’ ग्लूकोज के नाम के सामने उसकी विन्यास को दर्शाता है जबकि ’ $(+)$ ’ अणु के दक्षिणावर्त घूर्णन को दर्शाता है। यह याद रखना आवश्यक है कि ’ $D$ ’ और ’ $L$ ’ यौगिक की प्रकाश गतिशीलता से कोई संबंध नहीं है। वे अक्षर ’d’ और ’l’ से भी संबंधित नहीं हैं (इकाई 6 देखें)। $\mathrm{D}-$ और $\mathrm{L}-$ नोटेशन के अर्थ निम्नलिखित हैं।

किसी भी यौगिक के नाम के पहले ’ $D$ ’ या ’ $L$ ’ अक्षर उस यौगिक के एक विशिष्ट विषम समावयवी के संरचना के संबंध को दर्शाते हैं, जिसकी संरचना के बारे में ज्ञात होती है। कार्बोहाइड्रेट के मामले में, यह उनके ग्लिसरैल्डेहाइड के एक विशिष्ट समावयवी के संबंध को संदर्भित करता है। ग्लिसरैल्डेहाइड में एक असममित कार्बन परमाणु होता है और इसके दो विरोधी रूप होते हैं, जैसा कि नीचे दिखाया गया है।

$(+)$ ग्लिसरिकल्डहाइड के आइसोमर के ’ $D$ ’ विन्यास होता है। इसका अर्थ यह है कि जब इसका संरचनात्मक सूत्र कागज पर लिखा जाता है तो विशेष नियमों के अनुसार, जो आप उच्च श्रेणी की कक्षाओं में अध्ययन करेंगे, तब -OH समूह दाहिने ओर होता है। वे सभी यौगिक जो रासायनिक रूप से $\mathrm{D}(+)$ आइसोमर के ग्लिसरिकल्डहाइड के साथ संबंधित हो सकते हैं, उन्हें D-विन्यास कहा जाता है, जबकि वे यौगिक जो ’ $\mathrm{L}$ ’ $(-)$ आइसोमर के ग्लिसरिकल्डहाइड के साथ संबंधित हो सकते हैं, उन्हें $\mathrm{L}-$ विन्यास कहा जाता है। L (-) आइसोमर में $-\mathrm{OH}$ समूह बाएं ओर होता है जैसा कि आप आकृति में देख सकते हैं। मोनोसैकराइड के विन्यास के निर्धारण के लिए, सबसे कम असममित कार्बन परमाणु (जैसा कि नीचे दिखाया गया है) की तुलना की जाती है। जैसे कि (+) ग्लूकोज में, सबसे कम असममित कार्बन पर -OH समूह दाहिने ओर होता है जो (+) ग्लिसरिकल्डहाइड के समान होता है, इसलिए (+) ग्लूकोज को D-विन्यास दिया जाता है। ग्लूकोज के अन्य असममित कार्बन परमाणु इस तुलना के लिए ध्यान में नहीं लिए जाते हैं। इसके अलावा, ग्लूकोज और ग्लिसरिकल्डहाइड की संरचना इस तरह लिखी जाती है कि सबसे अधिक ऑक्सीकृत कार्बन (इस मामले में - $\mathrm{CHO}$ ) शीर्ष पर होता है।

ग्लूकोज की चक्रीय संरचना

ग्लूकोज की संरचना (I) इसके अधिकांश गुणों को समझाती है, लेकिन निम्नलिखित अभिक्रियाएँ और तथ्य इस संरचना द्वारा समझाए जा सकते हैं।

1. अपने अल्डिहाइड समूह के बावजूद, ग्लूकोज शिफ्फ के परीक्षण में भाग नहीं ले लेता और इसके $\mathrm{NaHSO_3}$ के साथ हाइड्रोजन सल्फाइट योग उत्पाद बनाने में भी असमर्थ रहता है।

2. ग्लूकोज का पेंटा ऐसीटेट हाइड्रॉक्सिलामीन के साथ अभिक्रिया नहीं करता है, जो मुक्त - $\mathrm{CHO}$ समूह की अनुपस्थिति को दर्शाता है।

3. ग्लूकोज के दो अलग-अलग क्रिस्टलीय रूप मिले जो $\alpha$ और $\beta$ के नाम से जाने जाते हैं। $\alpha$-रूप (क्वथनांक $419 \mathrm{~K}$) ग्लूकोज के सांद्र घोल से $303 \mathrm{~K}$ पर क्रिस्टलीकरण द्वारा प्राप्त किया जाता है, जबकि $\beta$-रूप (क्वथनांक $423 \mathrm{~K}$) गर्म और सांद्र जलीय घोल से $371 \mathrm{~K}$ पर क्रिसटलीकरण द्वारा प्राप्त किया जाता है।

इस व्यवहार को ग्लूकोज के खुले शृंखला संरचना (I) द्वारा समझाया नहीं जा सकता था। इसके लिए प्रस्तावित किया गया था कि एक - $\mathrm{OH}$ समूह एक - $\mathrm{CHO}$ समूह में जुड़ सकता है और एक चक्रीय हेमीएसिटल संरचना बना सकता है। यह पाया गया था कि ग्लूकोज एक छह सदस्यीय वलय बनाता है जिसमें $\mathrm{C}-5$ पर वर्तमान - $\mathrm{OH}$ समूह वलय बनाने में शामिल होता है। यह बताता है कि - $\mathrm{CHO}$ समूह की अनुपस्थिति और ग्लूकोज के दो रूपों के अस्तित्व के कारण है जैसा कि नीचे दिखाया गया है। ये दो चक्रीय रूप खुले शृंखला संरचना के साथ साम्य में उपस्थित होते हैं।

ग्लूकोज के दो चक्रीय हेमिएकेटल रूप केवल $\mathrm{C} 1$ पर हाइड्रॉक्सिल समूह के विन्यास में अलग होते हैं, जिसे अनोमेरिक कार्बन (चक्रीकरण से पहले एल्डिहाइड कार्बन) कहा जाता है। ऐसे आइसोमर, अर्थात $\alpha$-रूप और $\beta$-रूप, अनोमर कहलाते हैं। ग्लूकोज के छह सदस्यीय चक्रीय संरचना को पाइरेनोस संरचना ( $\alpha-$ या $\beta-$ ) कहा जाता है, जो पाइरेन के साथ तुलना करके दी गई है। पाइरेन एक चक्रीय आगनिक यौगिक है जिसमें एक ऑक्सीजन अणु और पांच कार्बन अणु चक्र में होते हैं। ग्लूकोज की चक्रीय संरचना को नीचे दिए गए अनुसार हॉवर्ट संरचना द्वारा अधिक सही रूप से प्रस्तुत किया जाता है।

10.1.2.2 फ्रक्टोज#

फ्रक्टोज एक महत्वपूर्ण केटोहेक्सोज है। इसे डिसैकराइड, सुक्रोज के हाइड्रोलिज़ करने से ग्लूकोज के साथ प्राप्त किया जाता है। यह फलों, मधु और सब्जियों में प्राकृतिक एकल शर्करा है। शुद्ध रूप में इसका उपयोग एक स्वादिष्ट एजेंट के रूप में किया जाता है। यह एक महत्वपूर्ण केटोहेक्सोज भी है।

फ्रक्टोज की संरचना

फ्रक्टोज के अणुसूत्र $\mathrm{C_6} \mathrm{H_{12}} \mathrm{O_6}$ है और इसके अनुसार अभिक्रियाओं के आधार पर इसमें कार्बन संख्या 2 पर एक केटोनिक कार्य करणीय समूह तथा ग्लूकोज के मामले में जैसे छह कार्बन के सीधे श्रृंखला उपस्थित होती है। यह $\mathrm{D}$-श्रेणी के अंतर्गत आता है और एक विमुख घूर्णन योग्य यौगिक है। इसे उचित रूप से D-(-)-फ्रक्टोज के रूप में लिखा जाता है। इसकी खुली श्रृंखला संरचना नीचे दी गई है।

इसमें दो चक्रीय रूप भी मौजूद हैं जो $D-(-)-$ फ्रक्टोज द्वारा $(>\mathrm{C}=\mathrm{O})$ समूह के $\mathrm{C} 5$ पर $-\mathrm{OH}$ के योग से प्राप्त किए जाते हैं। इस तरह बना हुआ अणु पांच सदस्यीय चक्र है और इसे फुरानोस के समानता के आधार पर नामित किया जाता है। फुरान एक पांच सदस्यीय चक्रीय यौगिक है जिसमें एक ऑक्सीजन और चार कार्बन परमाणु होते हैं।

दो अनोमरों के चक्रीय संरचना फॉर्ट एक्सट्रैक्ट द्वारा दिखाई गई हैं।

10.1.3 डाइसैकेराइड#

आप पहले से पढ़ चुके हैं कि डाइसैकेराइड तनु अम्ल या एंजाइम के साथ जल अपघटन के द्वारा एक ही या अलग-अलग दो मोनोसैकेराइड अणु उत्पन्न करते हैं। दो मोनोसैकेराइड एक जल अणु के नुकसान के द्वारा बने ऑक्सी आबand से जुड़े होते हैं। ऐसी बंधन जो दो मोनोसैकेराइड इकाइयों के बीच ऑक्सीजन परमाणु के माध्यम से होती है, ग्लाइकोसिडिक बंधन कहलाती है।

द्विसर्गी यौगिकों में, यदि मोनोसर्गिक यौगिकों के अपचायक समूह, अर्थात् एल्डिहाइड या केटोनिक समूह बंधे होते हैं, तो ये अपचायक शर्कराएँ होती हैं, उदाहरण के लिए, सुक्रोज। दूसरी ओर, जिन शर्कराओं में इन कार्यकारी समूहों के अवांछित रूप से उपलब्ध होते हैं, उन्हें अपचायक शर्कराएँ कहा जाता है, उदाहरण के लिए, मल्टोज और लैक्टोज।

(i) सुक्रोज: एक सामान्य द्विसर्गी यौगिक सुक्रोज है जो जलअपघटन के द्वारा $\mathrm{D}-(+)$-ग्लूकोज और $\mathrm{D}-(-)$ फ्रक्टोज के समान मोलर मिश्रण देता है।

$$\underset{\text { सुक्रोज }}{\mathrm{C} _{12} \mathrm{H} _{22}} \mathrm{O} _{11}+\mathrm{H} _2 \mathrm{O} \longrightarrow \underset{\text { D-(+)-ग्लूकोज }}{\mathrm{C} _6 \mathrm{H} _{12} \mathrm{O} _6}+\underset{\text { D-(-)-फ्रक्टोज }}{\mathrm{C}_6 \mathrm{H} _{12} \mathrm{O} _6}$$

एक ग्लूकोज और एक फ्रक्टोज के दो मोनोसैकराइड एक ग्लाइकोसिडिक बंधन द्वारा जुड़े होते हैं, जो $\mathrm{C} 1$ ऑफ $\alpha$-D-ग्लूकोज और $\mathrm{C} 2$ ऑफ $\beta$-D-फ्रक्टोज के बीच होता है। क्योंकि ग्लूकोज और फ्रक्टोज के रेड्यूसिंग समूह ग्लाइकोसिडिक बंधन के निर्माण में शामिल होते हैं, तो सुक्रोज एक गैर-रेड्यूसिंग शर्करा होता है।

सुक्रोज दक्षिणावर्ती होता है, लेकिन जल अपघटन के बाद यह दक्षिणावर्ती ग्लूकोज और वामावर्ती फ्रक्टोज देता है। क्योंकि फ्रक्टोज के वामावर्त घूर्णन $\left(-92.4^{\circ}\right)$ ग्लूकोज के दक्षिणावर्त घूर्णन $\left(+52.5^{\circ}\right)$ से अधिक होता है, तो मिश्रण वामावर्ती होता है। इस प्रकार, सुक्रोज के जल अपघटन से घूर्णन के चिह्न में परिवर्तन होता है, दक्षिणावर्त $(+)$ से वामावर्त $(-)$ में और उत्पाद को व्युत्क्रम शर्करा के रूप में नामित किया जाता है।

(ii) मल्टोज़: एक अन्य द्विसर्गी (disaccharide), मल्टोज़ दो $\alpha$-D-ग्लूकोज इकाइयों से बना होता है जिनमें एक ग्लूकोज (I) के $\mathrm{C} 1$ को दूसरे ग्लूकोज इकाई (II) के $\mathrm{C} 4$ से जोड़ा जाता है। विलयन में दूसरे ग्लूकोज के $\mathrm{C} 1$ पर मुक्त अल्डेहाइड समूह उत्पन्न किया जा सकता है और इसलिए यह घटक गुण दिखाता है, इसलिए यह एक घटक शर्करा है।

(iii) लैक्टोज: यह अधिक आम तौर पर “दूध का शर्करा” के रूप में जाना जाता है क्योंकि यह एक डाइसैकेराइड दूध में पाया जाता है। यह $\beta$-D-गैलेक्टोज और $\beta$-D-ग्लूकोज से बना होता है। यह गैलेक्टोज के $\mathrm{C} 1$ और ग्लूकोज के $\mathrm{C} 4$ के बीच जुड़ा होता है। ग्लूकोज इकाई के C-1 पर मुक्त एल्डिहाइड समूह उत्पन्न हो सकता है, इसलिए यह एक रेड्यूसिंग शर्करा भी होता है।

10.1.4 पॉलीसैकेराइड#

पॉलीसैकेराइड में एक बड़ी संख्या में मोनोसैकेराइड इकाइयाँ ग्लाइकोसिडिक बंधन द्वारा एक साथ जुड़ी होती हैं। ये प्रकृति में सबसे अधिक पाए जाने वाले कार्बोहाइड्रेट हैं। ये मुख्य रूप से खाद्य संग्रहण या संरचनात्मक सामग्री के रूप में कार्य करते हैं।

(i) स्टार्च: स्टार्च पौधों का मुख्य भंडारण पॉलीसैकेराइड है। यह मानव खाद्य पदार्थ के लिए सबसे महत्वपूर्ण स्रोत है। अनाज, जड़, बल्ब और कुछ सब्जियों में उच्च स्तर का स्टार्च पाया जाता है। यह $\alpha$-ग्लूकोज का एक बहुलक है और इसमें दो घटक होते हैं - एमाइलोसे और एमाइलोपेक्टिन। एमाइलोसे एक जल विलय घटक है जो स्टार्च के लगभग $15-20 %$ बनता है। रासायनिक रूप से एमाइलोसे एक लंबी अशाखन शृंखला है जिसमें 200-1000 $\alpha$-D-(+)-ग्लूकोज इकाइयाँ $\mathrm{C} 1-\mathrm{C} 4$ ग्लाइकोसिडिक बंधन द्वारा जुड़ी होती हैं।

अमाइलोपेक्टिन पानी में अघुलनशील होता है और स्टार्च के लगभग 80 $ 85% $ भाग का बनावट करता है। यह $\alpha$-D-ग्लूकोज इकाइयों का शाखा वाला चैनल पॉलीमर है जिसमें चैनल $\mathrm{C} 1-\mathrm{C} 4$ ग्लाइकोसिडिक बंधन द्वारा बनता है जबकि शाखा बनावट $\mathrm{C} 1-\mathrm{C} 6$ ग्लाइकोसिडिक बंधन द्वारा होती है।

(ii) सेल्यूलोज़: सेल्यूलोज़ केवल पौधों में पाया जाता है और यह पौधों के जगत में सबसे अधिक मात्रा में मौजूद अनॉर्गेनिक पदार्थ है। यह पौधों के कोशिका भित्ति का प्रमुख घटक है। सेल्यूलोज़ एक सीधी श्रृंखला बहुसर्ग या बहुशर्क जो केवल $\beta$-D-ग्लूकोज इकाइयों से बना होता है जो एक ग्लूकोज इकाई के $\mathrm{C} 1$ और अगले ग्लूकोज इकाई के $\mathrm{C} 4$ के बीच ग्लाइकोसिडिक बंधन द्वारा जुड़े होते हैं।

(iii) ग्लाइकोजन: कार्बोहाइड्रेट जानवरों के शरीर में ग्लाइकोजन के रूप में संग्रहित होते हैं। इसे जानवर के स्टार्च के रूप में भी जाना जाता है क्योंकि इसकी संरचना एमाइलोपेक्टिन के समान होती है और यह बहुत अधिक शाखित होता है। यह यकृत, मांसपेशियों और मस्तिष्क में मौजूद होता है। जब शरीर के लिए ग्लूकोज की आवश्यकता होती है, तो एंजाइम ग्लाइकोजन को ग्लूकोज में विघटित कर देते हैं। ग्लाइकोजन यीस्ट और कवक में भी पाया जाता है।

10.1.5 कार्बोहाइड्रेट के महत्व#

कार्बोहाइड्रेट पादप और जानवरों के जीवन के लिए आवश्यक होते हैं। यह हमारे खाने के बड़े हिस्सा बनते हैं। मधु को आयुर्वेदिक चिकित्सा प्रणाली में ‘वैद्य’ द्वारा लंबे समय से तात्कालिक ऊर्जा स्रोत के रूप में उपयोग किया गया है। कार्बोहाइड्रेट को पौधों में स्टार्च के रूप में और जानवरों में ग्लाइकोजन के रूप में संग्रहित के रूप में उपयोग किया जाता है। बैक्टीरिया और पौधों के कोशिका भित्ति कार्बोहाइड्रेट के रूप में सेल्यूलोज से बनी होती है। हम लकड़ी और कपास तंतु के रूप में सेल्यूलोज का उपयोग करके फर्नीचर बनाते हैं और अपने आपको सेल्यूलोज से ढ़कते हैं। ये कई महत्वपूर्ण उद्योगों जैसे कपड़ा, कागज, लक्कड़ और ब्रेवरी के लिए मूल सामग्री प्रदान करते हैं।

दो अल्डोपेंटोसेज जैसे D-राइबोज और 2-डीऑक्सी-D-राइबोज (अनुच्छेद 10.5.1, कक्षा XII) न्यूक्लिक अम्ल में मौजूद होते हैं। कार्बोहाइड्रेट जीवन निर्माण में प्रोटीन और वसा के साथ संयोजित रूप में पाए जाते हैं।

10.2 प्रोटीन#

प्रोटीन जीवन निर्माण के सबसे अधिक मात्रा में उपस्थित बायोमोलेकुल होते हैं। प्रोटीन के मुख्य स्रोत दूध, मसाला, चना, मूंग बेल, मछली, मांस, आदि होते हैं। वे शरीर के हर भाग में मौजूद होते हैं और जीवन के संरचना और कार्यों के मूल आधार का बनते हैं। वे शरीर के विकास और रखरखाव के लिए भी आवश्यक होते हैं। शब्द “प्रोटीन” ग्रीक शब्द “प्रोटिएस” से लिया गया है, जिसका अर्थ “प्राथमिक” या “प्रमुख महत्व” होता है। सभी प्रोटीन $\alpha$-एमीनो अम्ल के पॉलीमर होते हैं।

10.2.1 एमीनो अम्ल#

एमीनो अम्ल में एमीनो $\left(-\mathrm{NH_2}\right)$ और कार्बॉक्सिल $(-\mathrm{COOH})$ कार्यकारी समूह होते हैं। एमीनो समूह के कार्बॉक्सिल समूह के संदर्भ में स्थिति के आधार पर, एमीनो अम्ल को $\alpha, \beta, \gamma, \delta$ आदि के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। केवल $\alpha$-एमीनो अम्ल प्रोटीन के हाइड्रोलिज़ करने पर प्राप्त होते हैं। इनमें अन्य कार्यकारी समूह भी हो सकते हैं।

सभी $\alpha$-एमिनो अम्लों के अपवाद नाम होते हैं, जो आमतौर पर उन यौगिकों के गुण या उनके स्रोत को दर्शाते हैं। ग्लाइसीन के नाम के लिए इसके मीठा स्वाद के कारण (ग्रीक में glykos का अर्थ मीठा होता है) और टायरोसिन के नाम के लिए इसे पहले से चीज़ से प्राप्त किया गया था (ग्रीक में tyros का अर्थ चीज़ होता है)। एमिनो अम्ल आमतौर पर तीन अक्षर के चिह्न द्वारा प्रस्तुत किए जाते हैं, कभी-कभी एक अक्षर के चिह्न का उपयोग भी किया जाता है। कुछ सामान्य रूप से होने वाले एमिनो अम्लों के संरचना, उनके तीन अक्षर और एक अक्षर चिह्न तालिका 10.2 में दिए गए हैं।

10.2.2 एमीनो अम्लों का वर्गीकरण#

एमीनो अम्लों को अपने अणु में एमीनो और कार्बॉक्सिल समूहों की संख्या के आधार पर अम्लीय, क्षारीय या उदासीन वर्ग में वर्गीकृत किया जाता है। एमीनो और कार्बॉक्सिल समूहों की समान संख्या इन्हें उदासीन बनाती है; एमीनो समूहों की अधिक संख्या कार्बॉक्सिल समूहों की तुलना में इन्हें क्षारीय बनाती है और कार्बॉक्सिल समूहों की अधिक संख्या एमीनो समूहों की तुलना में इन्हें अम्लीय बनाती है। वे एमीनो अम्ल जो शरीर में संश्लेषित किए जा सकते हैं, अनिवार्य एमीनो अम्ल कहलाते हैं। दूसरी ओर, वे एमीनो अम्ल जो शरीर में संश्लेषित नहीं किए जा सकते हैं और आहार के माध्यम से प्राप्त किए जाने चाहिए, आवश्यक एमीनो अम्ल कहलाते हैं (जो तालिका 10.2 में तारांकित हैं)।

अमीनो अम्ल आमतौर पर रंगहीन, क्रिस्टलीय ठोस होते हैं। ये जल-घुलनशील, उच्च गलनांक वाले ठोस होते हैं और साधारण अमीनो या कार्बॉक्सिलिक अम्ल के बजाय लवण के व्यवहार करते हैं। इस व्यवहार के कारण एक ही अणु में अम्लीय (कार्बॉक्सिल समूह) और क्षारकीय (अमीनो समूह) समूहों की उपस्थिति होती है। जलीय विलयन में, कार्बॉक्सिल समूह एक प्रोटॉन खो सकता है और अमीनो समूह एक प्रोटॉन ग्रहण कर सकता है, जिससे एक द्विध्रुव आयन के रूप में जाना जाने वाला जिव्टर आयन बनता है। यह उदासीन होता है लेकिन इसमें धनात्मक और नकारात्मक आवेश दोनों होते हैं।

अमीनो अम्लों के ज्विटर आयनिक रूप में, वे अम्ल और क्षार दोनों के साथ अभिक्रिया करते हुए द्विगुणी व्यवहार दिखाते हैं।

ग्लाइसीन के अतिरिक्त, सभी अन्य प्राकृतिक रूप से होने वाले $\alpha$-अमीनो अम्ल विकिरण गतिशील होते हैं, क्योंकि $\alpha$-कार्बन परमाणु असममित होता है। ये दोनों ’ $\mathrm{D}$ ’ और ’ $\mathrm{L}$ ’ रूप में मौजूद होते हैं। अधिकांश प्राकृतिक रूप से होने वाले अमीनो अम्लों में L-कॉन्फ़िगरेशन होता है। L-अमीनो अम्लों को दर्शाने के लिए $-\mathrm{NH_2}$ समूह को बाईं ओर लिखा जाता है।

10.2.3 प्रोटीन की संरचना#

आप पहले ही पढ़ चुके हैं कि प्रोटीन $\alpha$-एमिनो अम्लों के पॉलीमर होते हैं और वे एक दूसरे से पेप्टाइड बंध या पेप्टाइड संयोजन द्वारा जुड़े होते हैं। रसायनिक दृष्टि से, पेप्टाइड संयोजन $–COOH$ समूह और $–NH_2$ समूह के बीच बना एमाइड होता है। दो अमीनो अम्ल अणुओं के बीच अभिक्रिया एक अणु के एमीनो समूह और दूसरे अणु के कार्बॉक्सिल समूह के संयोजन के माध्यम से चलती है। इस प्रक्रिया में एक जल अणु के उत्सर्जन के साथ एक पेप्टाइड बंध $-\mathrm{CO}-\mathrm{NH}-$ बनता है। इस अभिक्रिया का उत्पाद एक डाइपेप्टाइड कहलाता है क्योंकि इसमें दो अमीनो अम्ल शामिल होते हैं। उदाहरण के लिए, जब ग्लाइसीन के कार्बॉक्सिल समूह एलानीन के एमीनो समूह के साथ संयोजित होते हैं, तो हमें एक डाइपेप्टाइड, ग्लाइसिलएलानीन प्राप्त होता है।

यदि एक तीसरा एमिनो अम्ल डाइपेप्टाइड के साथ संयोजित हो जाता है, तो उत्पाद को ट्राइपेप्टाइड कहा जाता है। एक ट्राइपेप्टाइड में तीन एमिनो अम्ल होते हैं जो दो पेप्टाइड बंधनों द्वारा जुड़े होते हैं। इसी तरह जब चार, पांच या छह एमिनो अम्ल जुड़े होते हैं, तो उत्पाद क्रमशः टेट्रापेप्टाइड, पेंटापेप्टाइड या हेक्सापेप्टाइड कहलाते हैं। जब ऐसे एमिनो अम्लों की संख्या दस से अधिक हो जाती है, तो उत्पाद को पोलीपेप्टाइड कहा जाता है। एक पोलीपेप्टाइड जिसमें एमिनो अम्ल शेष बचे हों जो एक सौ से अधिक हों और अणुभार $10,000 \mathrm{u}$ से अधिक हो, तो उसे प्रोटीन कहा जाता है। हालांकि, पोलीपेप्टाइड और प्रोटीन के बीच अंतर बहुत निर्धारित नहीं है। एमिनो अम्लों की संख्या कम होने वाले पोलीपेप्टाइड अक्सर प्रोटीन कहलाते हैं यदि वे सामान्य रूप से प्रोटीन के एक निश्चित आकृति के साथ हों, जैसे इंसुलिन जो 51 एमिनो अम्ल वाला होता है।

प्रोटीन को उनके अणु आकार के आधार पर दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है।

(a) फाइब्रस प्रोटीन

जब पोलीपेप्टाइड शैन एक दूसरे के समानांतर चलती हैं और हाइड्रोजन और डिसल्फाइड बंधन द्वारा एक साथ रखे जाते हैं, तो फाइबर जैसा संरचना बनता है। ऐसे प्रोटीन आमतौर पर पानी में घुलनशील नहीं होते हैं। कुछ सामान्य उदाहरण शैतान (बाल, ऊन, रेशम में मौजूद) और मायोसिन (मांसपेशियों में मौजूद) आदि हैं।

(b) ग्लोबुलर प्रोटीन

जब पोलीपेप्टाइड शैन एक गोल आकार बनाने के लिए एक दूसरे के आसपास घूमती हैं, तो ऐसी संरचना बनती है। ये आमतौर पर पानी में घुलनशील होते हैं। इंसुलिन और अल्ब्यूमिन ग्लोबुलर प्रोटीन के सामान्य उदाहरण हैं।

संरचना और आकार के प्रोटीन के अध्ययन के चार अलग-अलग स्तर हो सकते हैं, अर्थात् प्राथमिक, द्वितीयक, तृतीयक और चतुर्थक, प्रत्येक स्तर पहले के स्तर की तुलना में अधिक जटिल होता है।

चित्र 10.1: प्रोटीन की α-हेलिक्स संरचना

(i) प्रोटीन की प्राथमिक संरचना: प्रोटीन में एक या एक से अधिक पोलीपेप्टाइड शृंखला हो सकती है। प्रोटीन में प्रत्येक पोलीपेप्टाइड के एमिनो अम्ल एक विशिष्ट क्रम में एक दूसरे से जुड़े होते हैं और यह एमिनो अम्ल के क्रम उस प्रोटीन की प्राथमिक संरचना कहलाता है। इस प्राथमिक संरचना में कोई भी परिवर्तन, अर्थात् एमिनो अम्ल के क्रम में परिवर्तन, एक अलग प्रोटीन के निर्माण के कारण होता है।

(ii) प्रोटीन की द्वितीयक संरचना: प्रोटीन की द्वितीयक संरचना एक लंबे पोलीपेप्टाइड शृंखला के उस आकार को संदर्भित करती है जिसमें यह अस्तित्व में रह सकती है। इनकी दो अलग-अलग प्रकार की संरचनाएं पाई जाती हैं जैसे कि $\alpha$-हेलिक्स और $\beta$-प्लेटेड शीट संरचना। ये संरचनाएं पोलीपेप्टाइड शृंखला के मुख्य काँच के नियमित मोड़ के कारण उत्पन्न होती हैं, जिसमें पेप्टाइड बंध के $-\stackrel{\mathrm{O}}{\stackrel{\text{||}}{\mathrm{C}}}-$ और $-\mathrm{NH}$ - समूहों के बीच हाइड्रोजन बंधन होता है।

$\alpha$-हेलिक्स एक पोलीपेप्टाइड शृंखला के सभी संभावित हाइड्रोजन बंधन बनाने के सबसे आम तरीकों में से एक है, जिसमें शृंखला एक दाएं हाथ के स्क्रू (हेलिक्स) के रूप में घुमाया जाता है और प्रत्येक ऐमीनो अम्ल शेष के -NH समूह हेलिक्स के आसंन घूर्णन के $ > \mathrm{C}=\mathrm{O}$ समूह के साथ हाइड्रोजन बंधन करता है, जैसा कि चित्र 10.1 में दिखाया गया है।

In $\beta$-pleated sheet structure all peptide chains are stretched out to nearly maximum extension and then laid side by side which are held together by intermolecular hydrogen bonds. The structure resembles the pleated folds of drapery and therefore is known as $\beta$-pleated sheet.

Fig. 10.2: $\beta$-Pleated sheet structure of proteins

(iii) प्रोटीन की तृतीय संरचना: प्रोटीन की तृतीय संरचना पोलीपेप्टाइड शृंखलाओं के समग्र मुड़े हुए रूप को दर्शाती है, अर्थात द्वितीयक संरचना के आगे और अधिक मुड़े हुए रूप। यह दो मुख्य अणुओं के आकार के रूप में उत्पन्न करती है, अर्थात रेशेदार और गोलाकार। प्रोटीन की $2^{\circ}$ और $3^{\circ}$ संरचना को स्थायी बनाने वाले मुख्य बल हाइड्रोजन बंध, डिसल्फाइड बंध, वैन डर वाल्स और विद्युत आकर्षण बल होते हैं।

(iv) प्रोटीन की चतुर्थ संरचना: कुछ प्रोटीन दो या अधिक पोलीपेप्टाइड शृंखलाओं से बने होते हैं, जिन्हें उप-इकाइयों के रूप में संदर्भित किया जाता है। इन उप-इकाइयों के एक दूसरे के संबंध में स्थानीय व्यवस्था को चतुर्थ संरचना कहा जाता है।

एक चतुर अंगों के सभी चार संरचनाओं का चित्रात्मक प्रतिनिधित्व चित्र 10.3 में दिया गया है, जहाँ प्रत्येक रंगीन गेंद एक एमीनो अम्ल को प्रतिनिधित्व करती है।

चित्र 10.3: प्रोटीन संरचना का चित्रात्मक प्रतिनिधित्व (द्वितीयक संरचना में दो प्रकार के दो उप-एकक)

चित्र 10.4: हीमोग्लोबिन के प्राथमिक, द्वितीयक, तृतीयक एवं चतुर्थक संरचना

10.2.4 प्रोटीन के अपसंरचनन#

जीवन के एक बायोलॉजिकल प्रणाली में एक विशिष्ट तीन-आयामी संरचना और जैविक क्रिया वाला प्रोटीन एक नैटिव प्रोटीन कहलाता है। जब कोई प्रोटीन अपने नैटिव रूप में तापमान में परिवर्तन या pH में परिवर्तन जैसे भौतिक परिवर्तन के अधीन लाया जाता है, तो हाइड्रोजन बंध अस्थिर हो जाते हैं। इस कारण, गोलियाँ विस्तारित हो जाती हैं और हेलिक्स विस्तारित हो जाते हैं और प्रोटीन अपनी जैविक क्रिया को खो बैठता है। इसे अपसंरचनन कहते हैं। अपसंरचनन के दौरान द्वितीयक और तृतीयक संरचना नष्ट हो जाती है लेकिन प्राथमिक संरचना अपरिवर्ित रहती है। अंडे के सफेदी के उबलने पर जम जाना अपसंरचनन का एक सामान्य उदाहरण है। एक अन्य उदाहरण दूध के जमना है जो दूध में मौजूद बैक्टीरिया द्वारा लैक्टिक अम्ल के निर्माण के कारण होता है।

10.3 एंजाइम#

जीवन जीवित जीवों में विभिन्न रासायनिक अभिक्रियाओं के समन्वय के कारण संभव है। एक उदाहरण खाना पचाना, उपयुक्त अणुओं के अवशोषण और अंत में ऊर्जा के उत्पादन है। यह प्रक्रिया एक अभिक्रिया के अनुक्रम के रूप में होती है और इन सभी अभिक्रियाओं को शरीर में बहुत निम्न शर्तों के तहत होता है। इसके लिए कुछ जैविक उत्प्रेरकों की सहायता ली जाती है जिन्हें एंजाइम कहा जाता है। लगभग सभी एंजाइम गोलीय प्रोटीन होते हैं। एंजाइम एक विशिष्ट अभिक्रिया और एक विशिष्ट उपदान के लिए बहुत विशिष्ट होते हैं। वे आमतौर पर उन यौगिकों या यौगिकों के वर्ग पर जिन पर वे कार्य करते हैं, के नाम पर रखे जाते हैं। उदाहरण के लिए, मल्टोज के हाइड्रोलिज़ करने के लिए एंजाइम के नाम मल्टेज होता है।

$$\underset{\text { मल्टोज }}{\mathrm{C}{12} \mathrm{H}{22} \mathrm{O}_{11}} \xrightarrow{\text { मल्टेज }} \underset{\text { ग्लूकोज }}{2 \mathrm{C}6 \mathrm{H}{12} \mathrm{O}_6}$$

कभी-कभी एंजाइम के नाम उन अभिक्रियाओं के नाम पर रखे जाते हैं, जिनमें वे उपयोग किए जाते हैं। उदाहरण के लिए, वे एंजाइम जो एक उपस्थिति के ऑक्सीकरण के साथ दूसरे उपस्थिति के अपचयन के साथ अभिक्रिया करते हैं, ऑक्सीरेडक्टेज एंजाइम के रूप में नामित किए जाते हैं। एक एंजाइम के नाम के अंत में -एसे होता है।

10.3.1 एंजाइम क्रिया के यांत्रिक तंत्र#

एंजाइम के लिए एक रासायनिक अभिक्रिया के प्रगति के लिए केवल छोटी मात्रा की आवश्यकता होती है। रासायनिक कैटलिस्ट के कार्य के समान, एंजाइम के कार्य के लिए एक्रिवेशन ऊर्जा के मान को कम करने के लिए कहा जाता है। उदाहरण के लिए, सुक्रोस के अम्लीय हाइड्रोलिज़ के लिए एक्रिवेशन ऊर्जा $6.22 \mathrm{~kJ} \mathrm{~mol}^{-1}$ होती है, जबकि एंजाइम सुक्रेज द्वारा हाइड्रोलिज़ करने पर एक्रिवेशन ऊरजा केवल $2.15 \mathrm{~kJ} \mathrm{~mol}^{-1}$ होती है। एंजाइम के कार्य के योजना के बारे में चर्चा की गई है।

10.4 विटामिन#

यह देखा गया है कि कुछ अनुप्रस्थ यौगिक अपने आहार में छोटी मात्रा में आवश्यक होते हैं लेकिन उनकी कमी विशिष्ट बीमारियों का कारण बनती है। इन यौगिकों को विटामिन कहा जाता है। अधिकांश विटामिन हमारे शरीर में संश्लेषित नहीं किए जा सकते हैं लेकिन पौधे लगभग सभी विटामिनों को संश्लेषित कर सकते हैं, इसलिए वे आवश्यक आहार घटक माने जाते हैं। हालांकि, आंत्र बैक्टीरिया कुछ विटामिनों को उत्पन्न कर सकते हैं जो हमारे लिए आवश्यक होते हैं। सभी विटामिन आमतौर पर हमारे आहार में उपलब्ध होते हैं। विभिन्न विटामिन विभिन्न रासायनिक वर्गों में आते हैं और उनकी संरचना के आधार पर उन्हें परिभाषित करना कठिन होता है। वे आमतौर पर आवश्यक अनुप्रस्थ यौगिक माने जाते हैं जो आहार में छोटी मात्रा में उपलब्ध होते हैं ताकि जीव के अनुप्रस्थ विकास और स्वास्थ्य के लिए विशिष्ट जैविक कार्य कर सकें। विटामिनों को वर्णमाला के अक्षर A, B, C, D आदि द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है। उनमें से कुछ आगे बढ़कर उप-समूह के रूप में नामित होते हैं, जैसे $B_{1}$, $\mathrm{B_2}, \mathrm{~B_6}, \mathrm{~B_{12}}$ आदि। विटामिन की अतिरिक्त मात्रा भी हानिकारक हो सकती है और डॉक्टर के सलाह बिना विटामिन के पिल लेना चाहिए।

“विटामिन” शब्द का उपयोग “वितल” + “एमीन” शब्द से किया गया था क्योंकि पहले पहचाने गए यौगिकों में एमीनो ग्रुप थे। बाद में खोज यह दिखाई दी कि अधिकांश ऐसे यौगिक एमीनो ग्रुप नहीं रखते थे, इसलिए अक्षर ’e’ को हटा दिया गया और अब इन्हें विटामिन कहा जाता है।

10.4.1 विटामिनों का वर्गीकरण#

विटामिनों को अपने जल या वसा में घुलनशीलता के आधार पर दो समूहों में वर्गीकृत किया जाता है।

(i) वसा घुलनशील विटामिन: वे विटामिन जो वसा और तेल में घुले लेकिन जल में घुले नहीं होते हैं, इस समूह में रखे जाते हैं। ये विटामिन A, D, E और K हैं। ये लीवर और वसा संग्रहण करने वाले ऊतकों (एडिपोस ऊतक) में संग्रहित होते हैं।

(ii) जल विलयन विटामिन: $\mathrm{B}$ समूह विटामिन और विटामिन $\mathrm{C}$ जल में घुलनशील होते हैं, इसलिए वे एक साथ वर्गीकृत किए गए हैं। जल विलयन विटामिन को आहार में नियमित रूप से प्राप्त करना आवश्यक होता है क्योंकि वे गुर्दे के माध्यम से आसानी से उत्सर्जित हो जाते हैं और शरीर में संग्रहित नहीं किए जा सकते हैं (विटामिन $\mathrm{B_{12}}$ के अलावा)।

कुछ महत्वपूर्ण विटामिन, उनके स्रोत और उनकी कमी से होने वाली बीमारियाँ तालिका 10.3 में सूचीबद्ध हैं।

तालिका 10.3: कुछ महत्वपूर्ण विटामिन, उनके स्रोत और उनकी कमी से होने वाली बीमारियाँ

संख्या	विटामिन का नाम	स्रोत	अपर्याप्तता से होने वाली बीमारियाँ
1.	विटामिन $\mathrm{A}$	मछली के वसा, गाजर, बत्ती और दूध	$\mathrm{X}$ e r o p h t h a l m i a (आंख के कोर्ना का डॉर्मिंग) रात के दृष्टि नुकसान
2.	विटामिन $\mathrm{B_1}$ (थियामिन)	यीस्ट, दूध, हरी सब्जियाँ और अनाज	बेरी बेरी (अपेटाइट खो जाना, विकास में धीमा हो जाना)
3.	विटामिन $\mathrm{B}_2$ (राइबोफ्लेविन)	दूध, अंडे के सफेद भाग, यकृत, किडनी	चीलोसिस (मुँह और लिप के कोनों पर फिसलन), पाचन विकार और त्वचा के जलन का अनुभव

| 4. | विटामिन $B_6$
(पाइरिडॉक्सीन) | यीस्ट, दूध, अंडे का गोलक,
अनाज और मूंग | अतिसार | | 5. | विटामिन $B_{12}$ | मांस, मछली, अंडा और
दही | अनुपचुष्ट रक्ताल्पता
(एरी रक्त कोशिकाओं में
हीमोग्लोबिन की कमी) | | 6. | विटामिन C
(एस्कॉर्बिक अम्ल) | संतरा, अमला और
हरी पत्तेदार सब्जियां | रक्तस्राव (गम रक्तस्राव) | | 7. | विटामिन D | सूर्य के प्रकाश के विराम,
मछली और अंडे का गोलक | रिकेट्स (बच्चों में अस्थि विकृतियां
और ओस्टियोमलेसिया (वयस्कों में नरम अस्थि और
जोड़ों में दर्द)) |

| 8. | विटामिन ई | अनाज के बीज तेल, सूरजमुखी तेल,
आदि | एरी ब्लड सेल्स के बढ़े हुए टूटने के बारे में
और मांसपेशियों की कमजोरी | | 9. | विटामिन क | हरी पत्तेदार सब्जियां | रक्त के थक्का बनने के समय में बढ़े हुए समय |

10.5 न्यूक्लिक अम्ल#

प्रत्येक जाति के प्रत्येक पीढ़ी के अपने पूर्वजों के साथ कई तरह से समानता होती है। इन विशेषताओं को एक पीढ़ी से दूसरी पीढ़ी में कैसे वहन किया जाता है? यह देखा गया है कि जीवित कोशिका के नाभिक इन विशेषताओं के वहन के लिए जिम्मेदार होता है, जिसे आनुवांशिकता कहा जाता है। कोशिका के नाभिक में आनुवांशिकता के जिम्मेदार कणों को क्रोमोसोम कहा जाता है, जो प्रोटीन और एक अन्य प्रकार के बायोमोलेकुल के बने होते हैं, जिन्हें न्यूक्लिक अम्ल कहा जाता है। ये मुख्य रूप से दो प्रकार के होते हैं, डीऑक्सीरिबोन्यूक्लिक अम्ल (DNA) और राइबोन्यूक्लिक अम ल (RNA)। चूंकि न्यूक्लिक अम्ल लंबे श्रृंखला पॉलीमर होते हैं, इसलिए उन्हें भी पोलीन्यूक्लिक अम्ल कहा जाता है।

जेम्स डेवी वॉटसन

चित्र 10.5: (a) एक न्यूक्लिओसाइड और (b) एक न्यूक्लिओटाइड की संरचना

न्यूक्लिओटाइड एक पेंटोज शर्करा के $5^{\prime}$ और $3^{\prime}$ कार्बन परमाणुओं के बीच फॉस्फोडाइएस्टर बंधन द्वारा जुड़े होते हैं। एक सामान्य डीन्यूक्लिओटाइड के निर्माण को चित्र 10.6 में दिखाया गया है।

चित्र 10.6: डीएनए के डाइन्यूक्लियोटाइड के निर्माण

न्यूक्लिक अम्ल के श्रृंखला का एक सरलीकृत संस्करण नीचे दिखाया गया है।

एक न्यूक्लिक अम्ल के श्रृंखला में न्यूक्लियोटाइड के क्रम के संबंध में जानकारी इसकी प्राथमिक संरचना कहलाती है। न्यूक्लिक अम्ल में द्वितीयक संरचना भी होती है। जेम्स वॉट्सन और फ्रांसिस क्रिक ने डीएनए के दो तार आकृति की संरचना प्रस्तावित की (चित्र 10.7)। दो न्यूक्लिक अम्ल श्रृंखलाएँ एक दूसरे के चारों ओर लपेटी गई हैं और एक दूसरे के बेस के युग्मन के बीच हाइड्रोजन बंधों द्वारा बांधे रखी गई हैं। दोनों श्रृंखलाएँ एक दूसरे के पूरक होती हैं क्योंकि हाइड्रोजन बंध विशिष्ट बेस युग्मों के बीच बनते हैं। एडेनीन थायमीन के साथ हाइड्रोजन बंध बनाता है जबकि साइटोसीन गुआनीन के साथ हाइड्रोजन बंध बनाता है।

चित्र 10.7: DNA के डबल स्ट्रैंड हेलिक्स संरचना

RNA के द्वितीयक संरचना में एकल स्ट्रैंड हेलिक्स उपस्थित होता है जो कभी-कभी अपने पर वापस लपेट लेता है। RNA अणु तीन प्रकार के होते हैं और वे विभिन्न कार्य करते हैं। उन्हें मेसेंजर RNA (m-RNA), राइबोसोमल RNA (r-RNA) और ट्रांसफर RNA (t-RNA) के रूप में जाना जाता है।

हर गोबिंद खोरान

हर गोबिंद खोरान 1922 में जन्मे। उन्होंने लहोर के पंजाब विश्वविद्यालय से एम एस सी डिग्री प्राप्त की। उन्होंने प्रोफेसर वलेरियन प्रेलोग के साथ काम किया, जिन्होंने खोरान के विज्ञान, काम और प्रयास के सम्बन्ध में विचार और दर्शन को गढ़ा। 1949 में भारत में एक छोटे समय के रुके बाद खोरान ब्रिटेन लौट गए और प्रोफेसर

G.W. Kenner और प्रोफेसर A.R.Todd। उन्होंने ब्रिटिश विश्वविद्यालय, यूके में प्रोटीन और न्यूक्लिक अम्ल दोनों में रुचि लेना शुरू किया। डॉ. कोहराना ने 1968 में मार्शल निरेनबर्ग और रॉबर्ट होली के साथ चिकित्सा और शारीरिक विज्ञान के नोबेल पुरस्कार के लिए जीनेटिक कोड को तोड़ने के लिए शामिल रहे।

DNA फिंगरप्रिंटिंग

यह जाना जाता है कि प्रत्येक व्यक्ति के अद्वितीय फिंगरप्रिंट होते हैं। ये उंगलियों के शीर्ष पर होते हैं और लंबे समय से पहचान के लिए उपयोग किए जाते हैं, लेकिन ये चिकित्सा द्वारा बदल जा सकते हैं। DNA पर एक अनुक्रम भी एक व्यक्ति के लिए अद्वितीय होता है और

जानकारी के बारे में जो डीएनए फिंगरप्रिंटिंग कहलाता है। यह प्रत्येक कोशिका के लिए समान होता है और कोई भी ज्ञात उपचार द्वारा बदला नहीं जा सकता। डीएनए फिंगरप्रिंटिंग अब

(i) अपराधियों की पहचान के लिए अपराध लैबोरेटरी में उपयोग किया जाता है।

(ii) एक व्यक्ति के पितृत्व की निर्धारण के लिए।

(iii) किसी भी दुर्घटना में मृत शरीरों की पहचान करने के लिए माता-पिता या बच्चों के डीएनए की तुलना करके।

(iv) जाति समूहों की पहचान करके जैविक विकास को फिर से लिखने के लिए।

10.5.3 न्यूक्लिक एसिड के जैविक कार्य#

डीएनए वंशावली के रासायनिक आधार है और इसे आनुवंशिक जानकारी के भंडार के रूप में देखा जा सकता है। डीएनए केवल विभिन्न जीवों के विभिन्न प्रजातियों की पहचान के लिए मिलियनों वर्षों तक जिम्मेदार रहता है। एक डीएनए अणु कोशिका विभाजन के दौरान स्वयं की डुप्लिकेशन कर सकता है और एक जनक कोशिका में समान डीएनए तार अंतिम कोशिकाओं में स्थानांतरित की जाती है। न्यूक्लिक एसिड के एक अन्य महत्वपूर्ण कार्य कोशिका में प्रोटीन संश्लेषण है। वास्तव में, कोशिका में विभिन्रएनए अणुओं द्वारा प्रोटीन संश्लेषित किए जाते हैं, लेकिन एक विशिष्ट प्रोटीन के संश्लेषण के संदेश डीएनए में मौजूद होता है।

10.6 हार्मोन#

हार्मोन अणु होते हैं जो कोशिकाओं के बीच संदेश भेजते हैं। ये शरीर में अंत: स्रावी ग्रंथियों द्वारा उत्पादित होते हैं और वे रक्त धारा में सीधे प्रवाहित किए जाते हैं जो उन्हें कार्य के स्थल तक पहुंचाते हैं।

रासायनिक प्रकृति के अनुसार, इनमें से कुछ स्टेरॉइड होते हैं, जैसे कि एस्ट्रोजन और एंड्रोजेन; कुछ पॉलीपेप्टाइड होते हैं, जैसे कि इंसुलिन और एंडोर्फिन और कुछ अमीनो अम्ल के अवतरण होते हैं, जैसे कि एड्रेनलीन और नोरएड्रेनलीन।

हार्मोन शरीर में कई कार्य करते हैं। वे शरीर में जैविक गतिविधियों के संतुलन को बनाए रखने में मदद करते हैं। रक्त ग्लूकोज स्तर को एक संकीर्ण सीमा में बनाए रखने में इंसुलिन की भूमिका इस कार्य का एक उदाहरण है। इंसुजन को रक्त ग्लूकोज स्तर में तेजी से वृद्धि के प्रतिक्रिया के रूप में छोड़ा जाता है। दूसरी ओर, हार्मोन ग्लूकोजन रक्त में ग्लूकोज स्तर को बढ़ाने के लिए प्रवृत्ति रखता है। दोनों हार्मोन मिलकर रक्त में ग्लूकोज स्तर को नियंत्रित करते हैं। एड्रेनलीन और नोरएड्रेनलीन बाहरी उत्प्रेरकों के प्रति प्रतिक्रिया के माध्यम होते हैं। वृद्धि हार्मोन और लैंग्विक हार्मोन वृद्धि और विकास में भूमिका निभाते हैं। थायरॉइड ग्रंथि द्वारा उत्पादित थायरॉक्सिन एमीनो अम्ल टायरोसिन के आयोडीनित अवतरण होता है। थायरॉक्सिन के असामान्य रूप से कम स्तर थायरॉइड ग्रंथि के विकृत विकास और शारीरिक उत्थान के लक्षणों के साथ हाइपोथायरॉइडिज़्म का कारण बनता है। थायरॉक्सिन के बढ़े हुए स्तर हाइपरथायरॉइडिज़्म का कारण बनता है। आहार में आयोडीन के कम स्तर थायरॉइड ग्रंथि के विकृत विकास और हाइपोथायरॉइडिज़्म का कारण बन सकता है। यह स्थिति बड़े आकार में नमक में सोडियम आयोडाइड के उपयोग से नियंत्रित की जा रही है (“आयोडीनित” नमक)।

स्टेरॉइड हार्मोन अधिरेज झिल्ली और गोनाड्स (पुरुषों में तेज़ और महिलाओं में अंडाशय) द्वारा उत्पादित होते हैं। अधिरेज झिल्ली द्वारा उत्सर्जित हार्मोन शरीर के कार्यों में बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। उदाहरण के लिए, ग्लूकोकोर्टिकोइड्स कार्बोहाइड्रेट मेटाबॉलिज़म को नियंत्रित करते हैं, जूंग अभिक्रियाओं को नियंत्रित करते हैं और तनाव के प्रति प्रतिक्रिया में शामिल होते हैं। मिनरलोकोर्टिकोइड्स गुर्दे द्वारा पानी और नमक के उत्सर्जन के स्तर को नियंत्रित करते हैं। अधिरेज झिल्ली कार्य करना अच्छा नहीं हो तो एक परिणाम एडिसन की बीमारी हो सकती है, जिसके लक्षण शरीर में शर्करा कमी, कमजोरी और तनाव के प्रति अधिक संवेदनशीलता हो सकती है। बीमारी अप्रत्यक्ष रूप से जीवन खतरे में हो सकती है अगर इसे ग्लूकोकोर्टिकोइड्स और मिनरलोकोर्टिकोइड्स द्वारा उपचरण नहीं किया जाता। गोनाड्स द्वारा उत्सर्जित हार्मोन द्वितीयक लैंग्विक चरित्रों के विकास के लिए जिम्मेदार होते हैं। टेस्टोस्टेरोन पुरुषों में उत्पादित मुख्य लैंग्विक हार्मोन है। यह द्वितीयक पुरुष चरित्रों (गहरा आवाज, चेहरे पर बाल, सामान्य शारीरिक संगठन) के विकास के लिए जिम्मेदार होता है और एस्ट्राडियोल महिलाओं के मुख्य लैंग्विक हार्मोन है। यह द्वितीयक महिला चरित्रों के विकास के लिए जिम्मेदार होता है और महिलाओं के धमनी चक्र के नियंत्रण में भाग लेता है। प्रोजेस्टेरोन गर्भावस्था वाले अंडे के उपर गर्भाशय के तैयार करने में जिम्मेदार होता है।

सारांश#

कार्बोहाइड्रेट्स वे अपचायक बहुहाइड्रॉक्सी एल्डिहाइड या केटोन या अणु होते हैं जो जलअपघटन द्वारा ऐसे अणु प्रदान करते हैं। वे तीन मुख्य समूहों में वर्गीकृत होते हैं मोनोसैकराइड्स, डाइसैकराइड्स और पॉलीसैकराइड्स। ग्लूकोज, जो स्तनपायी जीवों के लिए सबसे महत्वपूर्ण ऊर्जा स्रोत होता है, स्टार्च के पाचन द्वारा प्राप्त किया जाता है। मोनोसैकराइड्स ग्लाइकोसिडिक बंधों द्वारा डाइसैकराइड्स या पॉलीसैकराइड्स बनाते हैं।

प्रोटीन लगभग तेरह अलग-अलग $\alpha$-एमीनो अम्लों के पॉलिमर होते हैं जो पेप्टाइड बंधों द्वारा जुड़े होते हैं। दस एमीनो अम्लों को आवश्यक एमीनो अम्ल कहा जाता है क्योंकि वे हमारे शरीर द्वारा संश्लेषित नहीं किए जा सकते, इसलिए उन्हें आहार के माध्यम से प्रदान करना आवश्यक होता है। प्रोटीन जीवों में विभिन्न संरचनात्मक और गतिशील कार्य करते हैं। जो प्रोटीन केवल $\alpha$-एमीनो अम्लों के होते हैं उन्हें सरल प्रोटीन कहा जाता है। प्रोटीन की द्वितीयक या तृतीयक संरचना pH या तापमान में परिवर्तन पर विकृत हो जाती है और वे अपने कार्य करने में सक्षम नहीं रहते। इसे प्रोटीन का विकृति कहा जाता है। एंजाइम जैविक उत्प्रेरक होते हैं जो जैविक प्रणालियों में अभिक्रियाओं की गति को बढ़ाते हैं। वे अपने कार्य में बहुत विशिष्ट और चयनात्मक होते हैं और रासायनिक रूप से अधिकांश एंजाइम प्रोटीन होते हैं।

विटामिन वे अतिरिक्त भोजन तत्व हैं जो आहार में आवश्यक होते हैं। वे वसा घुलनशील (A, D, E और K) और जल घुलनशील (B समूह और C) वर्ग में वर्गीकृत होते हैं। विटामिन की कमी कई बीमारियों का कारण बनती है।

न्यूक्लिक अम्ल वे पॉलीमर हैं जो न्यूक्लिओटाइड से बने होते हैं जो विपरीत एक बेस, एक पेंटोज सुगर और फॉस्फेट भाग से बने होते हैं। न्यूक्लिक अम्ल माता-पिता से बच्चों में विशेषताओं के स्थानांतरण के लिए जिम्मेदार होते हैं। न्यूक्लिक अम्ल के दो प्रकार होते हैं DNA और RNA। DNA में एक पांच कार्बन शर्करा अणु जो 2-डीऑक्सीराइबोस कहलाता है शामिल होता है जबकि RNA में राइबोज शामिल होता है। दोनों DNA और RNA में एडेनिन, गुआनिन और साइटोसीन शामिल होते हैं। चौथा बेस DNA में थाइमिन और RNA में यूरेसिल होता है। DNA की संरचना एक द्विगुणी तार होती है जबकि RNA एक एकल तार अणु होता है। DNA वंशावली के रासायनिक आधार होता है और सेल में प्रोटीन के संश्लेषण के लिए कोडित संदेश रखता है। RNA के तीन प्रकार होते हैं - mRNA, rRNA और tRNA जो सेल में प्रोटीन संश्लेषण करते हैं।