પાછલા અધ્યાયમાં તમે કોષ અને તેના અંગકો વિશે શીખ્યા છો. દરેક અંગકની અલગ રચના હોય છે અને તેથી તે વિવિધ કાર્યો કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, કોષપટલ લિપિડ અને પ્રોટીનથી બનેલું છે. કોષભિત્તિ કાર્બોદિત પદાર્થોથી બનેલી છે. રંગસૂત્રો પ્રોટીન અને ન્યુક્લિક એસિડ એટલે કે, DNA થી બનેલા છે અને રાઇબોઝોમ પ્રોટીન અને ન્યુક્લિક એસિડ એટલે કે, RNA થી બનેલા છે. કોષીય અંગકોના આ ઘટકોને મહાઅણુઓ અથવા જૈવઅણુઓ પણ કહેવામાં આવે છે. જૈવઅણુઓના ચાર મુખ્ય પ્રકાર છે: કાર્બોદિત પદાર્થો, પ્રોટીન, લિપિડ અને ન્યુક્લિક એસિડ. કોષની રચનાત્મક એકમો હોવા ઉપરાંત, આ જૈવઅણુઓ કોષીય પ્રક્રિયાઓમાં મહત્વપૂર્ણ કાર્યો કરે છે. આ અધ્યાયમાં તમે આ જૈવઅણુઓની રચના અને કાર્યોનો અભ્યાસ કરશો.

3.1 કાર્બોદિત પદાર્થો

કાર્બોદિત પદાર્થો પ્રકૃતિમાં જૈવઅણુઓના સૌથી વધુ પ્રમાણમાં મળી આવતા વર્ગોમાંના એક છે અને તમામ જીવન સ્વરૂપોમાં વ્યાપક રીતે વિતરિત જોવા મળે છે. રાસાયણિક રીતે, તેઓ બહુહાઇડ્રિક આલ્કોહોલના એલ્ડિહાઇડ અને કીટોન વ્યુત્પન્નો છે. જીવંત સજીવોમાં કાર્બોદિત પદાર્થોની મુખ્ય ભૂમિકા ઊર્જાના પ્રાથમિક સ્ત્રોત તરીકે કાર્ય કરવાની છે. આ અણુઓ ઊર્જા સંગ્રહ તરીકે પણ સેવા આપે છે, ચયાપચયિક મધ્યવર્તી પદાર્થો તરીકે, અને બેક્ટેરિયલ અને વનસ્પતિ કોષભિત્તિના મુખ્ય ઘટકોમાંના એક તરીકે. આ ઉપરાંત, આ DNA અને RNA નો ભાગ છે, જેનો તમે આ અધ્યાયમાં પછી અભ્યાસ કરશો. બેક્ટેરિયા અને વનસ્પતિઓની કોષભિત્તિ કાર્બોદિત પદાર્થોના બહુલકોથી બનેલી છે. કાર્બોદિત પદાર્થો માહિતી સામગ્રી તરીકે પણ કાર્ય કરે છે અને કોષ-કોષ ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં, અને કોષો અને કોષીય વાતાવરણમાંના અન્ય તત્ત્વો વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં કાર્ય કરવા માટે પ્રોટીન અને લિપિડની સપાટીઓ સાથે જોડાયેલા હોય છે.

(A) કાર્બોદિત પદાર્થોનું વર્ગીકરણ

કાર્બોદિત પદાર્થો સરળ શર્કરાઓથી લઈને એક કરતાં વધુ એકમોના જટિલ બહુલકો સુધી વિવિધ સ્વરૂપોમાં જોવા મળે છે, અને તે મુજબ તેમનું વર્ગીકરણ કરવામાં આવ્યું છે. તે સામાન્ય રીતે ત્રણ શ્રેણીઓમાં વર્ગીકૃત થયેલા છે: મોનોસેકેરાઇડ્સ, ઓલિગોસેકેરાઇડ્સ અને પોલિસેકેરાઇડ્સ.

1. મોનોસેકેરાઇડ્સ

મોનોસેકેરાઇડ્સ સરળ શર્કરાઓ છે જેને આગળ સરળ સ્વરૂપોમાં જળવિભાજન કરી શકાતું નથી. આ મોનોસેકેરાઇડ્સ સૌથી સરળ કાર્બોદિત પદાર્થો છે, જેમાં મુક્ત એલ્ડિહાઇડ $(-\mathrm{CHO})$ અને કીટોન $(>\mathrm{C}=\mathrm{O})$ સમૂહો, બે અથવા વધુ હાઇડ્રોક્સિલ $(-\mathrm{OH})$ સમૂહો સાથે $\mathrm{C} _n\left(\mathrm{H} _2 \mathrm{O}\right)_n$ ના સામાન્ય સૂત્ર સાથે હોય છે. કાર્બન પરમાણુઓ અને કાર્યાત્મક સમૂહોની સંખ્યાના આધારે, મોનોસેકેરાઇડ્સનું વર્ગીકરણ કોષ્ટક 3.1 માં આપ્યા પ્રમાણે કરવામાં આવ્યું છે.

કોષ્ટક 3.1: મોનોસેકેરાઇડ્સનું વર્ગીકરણ

2. ઓલિગોસેકેરાઇડ્સ

પરંપરાગત રીતે, ઓલિગોસેકેરાઇડ્સ એવા કાર્બોદિત પદાર્થો છે જેમાં ગ્લાયકોસિડિક બંધ દ્વારા જોડાયેલા મોનોસેકેરાઇડ્સના બે થી દસ એકમો હોય છે. કેટલાક સામાન્ય રીતે થતા ઓલિગોસેકેરાઇડ્સ માલ્ટોઝ, લેક્ટોઝ, સુક્રોઝ વગેરે છે.

3. પોલિસેકેરાઇડ્સ

પોલિસેકેરાઇડ્સ ગ્લાયકોસિડિક કડીઓ દ્વારા એકસાથે જોડાયેલા દસ અથવા વધુ મોનોસેકેરાઇડ એકમોના બહુલકો છે. આનું વર્ગીકરણ પુનરાવર્તિત મોનોસેકેરાઇડ એકમના પ્રકાર (સમ- અને વિષમ-પોલિસેકેરાઇડ્સ); શાખાઓની માત્રામાં; અને એકમો વચ્ચેના ગ્લાયકોસિડિક બંધના પ્રકાર પર આધારિત અનેક રીતે કરવામાં આવે છે. કેટલાક સામાન્ય પોલિસેકેરાઇડ્સના ઉદાહરણો સ્ટાર્ચ, ગ્લાયકોજન, સેલ્યુલોઝ અને કાઇટિન છે.

કાર્બોદિત પદાર્થો પ્રોટીન અને લિપિડ સાથે સંયુક્ત થઈ ગ્લાયકોકન્જુગેટ્સ બનાવી શકે છે. ગ્લાયકોકન્જુગેટ્સના ત્રણ પ્રકાર છે: ગ્લાયકોપ્રોટીન, પ્રોટીઓગ્લાયકન અને ગ્લાયકોલિપિડ. જો કાર્બોદિત પદાર્થ અને પ્રોટીનના સંયોજનમાં પ્રોટીન ઘટક પ્રબળ હોય, તો તેને ગ્લાયકોપ્રોટીન કહેવામાં આવે છે. જો સંયોજનમાં પ્રોટીન કરતાં કાર્બોદિત પદાર્થની મુખ્ય માત્રા હોય, તો તેને પ્રોટીઓગ્લાયકન કહેવામાં આવે છે. જ્યારે કાર્બોદિત પદાર્થ લિપિડ સાથે સંયુક્ત થાય છે, તો તેને ગ્લાયકોલિપિડ કહેવામાં આવે છે.

(B) કાર્બોદિત પદાર્થોની રચના અને ગુણધર્મો

(a) મોનોસેકેરાઇડ્સ

કેટલાક સામાન્ય મોનોસેકેરાઇડ્સની રચના (આકૃતિ 3.1) માં આપેલી છે. ગ્લુકોઝ જેવા મોનોસેકેરાઇડ

આકૃતિ. 3.1: કેટલાક મોનોસેકેરાઇડ્સની રચના

સીધી શૃંખલા રચના અને ચક્રીય રચના (આકૃતિ. 3.2) બંને રૂપે અસ્તિત્વ ધરાવે છે. ચક્રીય રચનાઓ કાર્બોનિલ સમૂહ અને હાઇડ્રોક્સિલ સમૂહ વચ્ચેની આંતરઆણ્વીય પ્રક્રિયા દ્વારા હેમિએસિટલ નિર્માણનું પરિણામ છે.

આકૃતિ. 3.2: ગ્લુકોઝની રચના: (a) સીધી શૃંખલા અને (b) ચક્રીય સ્વરૂપ

ડાઇહાઇડ્રોક્સિ એસિટોન સિવાયના તમામ મોનોસેકેરાઇડ્સમાં એક અથવા વધુ અસમમિત (કાઇરલ) કાર્બન (ચાર વિવિધ સમૂહો દ્વારા બંધાયેલા કાર્બન પરમાણુઓ) હોય છે, આમ, તેઓ પ્રકાશીય સક્રિય સમઘટકો (એનેન્શિઓમર્સ) છે. $n$ કાઇરલ કેન્દ્રો ધરાવતા અણુમાં $2^{\mathrm{n}}$ સ્ટીરિયોઆઇસોમર હોઈ શકે છે. આમ, એક કાઇરલ કેન્દ્ર ધરાવતા ગ્લિસરાલ્ડિહાઇડમાં $2^{1}=2$ અને ચાર કાઇરલ કેન્દ્રો ધરાવતા ગ્લુકોઝમાં $2^{4}=16$ સ્ટીરિયોઆઇસોમર હોય છે.

કાર્બોનિલ કાર્બનથી સૌથી દૂરના $-\mathrm{OH}$ સમૂહનું દિશા નિર્ધારણ કરે છે કે શર્કરા D અથવા L શર્કરાઓની છે કે નહીં. જ્યારે આ $\mathrm{OH}$ સમૂહ તેને ધરાવતા કાર્બન પરમાણુની જમણી બાજુએ હોય ત્યારે શર્કરા D-આઇસોમર હોય છે, અને જ્યારે તે ડાબી બાજુએ હોય, ત્યારે શર્કરા L આઇસોમર હોય છે (આકૃતિ. 3.3). જૈવિક પ્રણાલીમાં હાજર મોટાભાગની શર્કરાઓ D શર્કરાઓ છે.

આકૃતિ. 3.3: ગ્લુકોઝના $L$ અને $D$ સ્વરૂપો

મોનોસેકેરાઇડના આઇસોમરિક સ્વરૂપો જે ફક્ત હેમિએસિટલ (મોનોસેકેરાઇડના આલ્કોહોલિક અને એલ્ડિહાઇડ સમૂહો વચ્ચેની પ્રક્રિયાને કારણે રચાય છે) અથવા હેમિકીટલ (મોનોસેકેરાઇડના આલ્કોહોલિક અને કીટો સમૂહો વચ્ચેની પ્રક્રિયાને કારણે રચાય છે) કાર્બન પરમાણુની આસપાસની તેમની રચનામાં જ ભિન્ન હોય છે તેમને એનોમર્સ કહેવામાં આવે છે. કાર્બોનિલ કાર્બન પરમાણુને એનોમરિક કાર્બન કહેવામાં આવે છે. $\alpha$-એનોમરમાં, કાર્બનનો - $\mathrm{OH}$ સમૂહ શર્કરા વલયની વિરુદ્ધ બાજુએ હોય છે $\mathrm{CH}_{2} \mathrm{OH}$ સમૂહથી જે $\mathrm{D}$ અને $\mathrm{L}$ રચના નિર્દેશિત કરતા કાઇરલ કેન્દ્ર પર હોય છે (ગ્લુકોઝના કિસ્સામાં $\mathrm{C}-5$). બીજા એનોમરને $\beta$-એનોમર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

જલીય દ્રાવણમાં $\alpha$ અને $\beta$ એનોમર્સની પરસ્પર રૂપાંતરણને મ્યુટેરોટેશન કહેવામાં આવે છે, જેમાં એક વલય સ્વરૂપ સંક્ષિપ્તમાં રેખીય સ્વરૂપમાં ખુલે છે, પછી $\beta$ એનોમર્સ ઉત્પન્ન કરવા માટે ફરીથી બંધ થાય છે (આકૃતિ 3.4).

આકૃતિ. 3.4: ગ્લુકોઝના બે ચક્રીય સ્વરૂપો

$-\mathrm{OH}$ ની ફક્ત એક કાર્બન પરમાણુ પર જુદી જુદી રચના ધરાવતા સમઘટકોને એપિમર્સ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ગ્લુકોઝના સૌથી મહત્વપૂર્ણ એપિમર્સ મેનોઝ ($\mathrm{C}-2$ પર એપિમર્સ) અને ગેલેક્ટોઝ (C-4 પર એપિમર્સ) છે જે આકૃતિ. 3.5 માં બતાવ્યા પ્રમાણે છે.

આકૃતિ. 3.5: ગ્લુકોઝના એપિમર્સ

(b) ડાઇસેકેરાઇડ્સ

ડાઇસેકેરાઇડ્સમાં ગ્લાયકોસિડિક કડી દ્વારા જોડાયેલા બે મોનોસેકેરાઇડ્સ હોય છે. ડાઇસેકેરાઇડ માલ્ટોઝમાં ગ્લાયકોસિડિક કડી દ્વારા જોડાયેલા બે D-ગ્લુકોઝ અવશેષો હોય છે, જે એક સહસંયોજક બંધ છે જે એક મોનોસેકેરાઇડના $-\mathrm{OH}$ સમૂહને બીજી શર્કરા એકમના એનોમરિક કાર્બન સાથે જોડાણ દ્વારા રચાય છે. લેક્ટોઝ D-ગેલેક્ટોઝ અને D-ગ્લુકોઝ અવશેષોથી બનેલો છે (આકૃતિ. 3.6 અને 3.7).

ડાઇસેકેરાઇડ્સને તનુ અમ્લ સાથે ઉકાળીને તેમના ઘટક મોનોસેકેરાઇડ્સમાં જળવિભાજન કરી શકાય છે. સુક્રોઝના જળવિભાજનથી ગ્લુકોઝ અને ફ્રુક્ટોઝનું મિશ્રણ મળે છે.

આકૃતિ. 3.6: $\alpha$ D-ગ્લુકોઝના બે અણુઓમાંથી માલ્ટોઝનું નિર્માણ

લેક્ટોઝ ($\beta$-D-ગેલેક્ટોપાયરેનોસિલ-$(1 \rightarrow 4) \alpha$-D-ગ્લુકોપાયરેનોઝ)

આકૃતિ. 3.7: લેક્ટોઝની રચના

(c) પોલિસેકેરાઇડ્સ

સમપોલિસેકેરાઇડ્સ દ્વારા ભજવાતી કાર્યાત્મક ભૂમિકાઓના આધારે તેમનું સંગ્રહ પોલિસેકેરાઇડ્સ અને રચનાત્મક પોલિસેકેરાઇડ્સમાં વિભાજન કરવામાં આવે છે. સંગ્રહ પોલિસેકેરાઇડ્સ મોનોસેકેરાઇડના સંગ્રહ સ્વરૂપ તરીકે સેવા આપે છે જે ઇંધણ તરીકે વપરાય છે. સ્ટાર્ચ વનસ્પતિઓમાં સંગ્રહ પોલિસેકેરાઇડનું ઉદાહરણ છે, અને ગ્લાયકોજન પ્રાણીઓમાં સંગ્રહ પોલિસેકેરાઇડ છે. રચનાત્મક પોલિસેકેરાઇડ્સ જેમ કે સેલ્યુલોઝ અને કાઇટિન અનુક્રમે વનસ્પતિ કોષભિત્તિ અને પ્રાણી બાહ્યકંકાલમાં રચનાત્મક તત્ત્વો તરીકે સેવા આપે છે. સમપોલિસેકેરાઇડ્સથી વિપરીત, વિષમપોલિસેકેરાઇડ્સ સજીવોને બહ્યકોષીય આધાર પૂરો પાડે છે. પ્રાણી ઊતકોના બહ્યકોષીય સ્થાનમાં, આ એક મેટ્રિક્સ બનાવે છે જે વ્યક્તિગત કોષોને એકસાથે રાખે છે અને કોષો અને ઊતકોને આકાર, આધાર અને રક્ષણ પૂરું પાડે છે. કેટલાક સમપોલિસેકેરાઇડ્સના નામો અને ગુણધર્મો કોષ્ટક 3.2 માં આપેલા છે

કોષ્ટક 3.2: કેટલાક સામાન્ય સમપોલિસેકેરાઇડ્સની સૂચિ

કેટલાક સામાન્ય પોલિસેકેરાઇડ્સના ઉદાહરણો

(a) સ્ટાર્ચ

સ્ટાર્ચ વનસ્પતિઓમાં કંદ, બીજ, ફળો અને મૂળમાં અનામત કાર્બોદિત પદાર્થ તરીકે થાય છે. તે બે સમપોલિસેકેરાઇડ્સ, એમાયલોઝ (15-20\%) અને એમાયલોપેક્ટિન $(80-85 \%)$ થી બનેલો છે. એમાયલોઝ a-D-ગ્લુકોઝ એકમોનો રેખીય બહુલક છે અને $\mathrm{a}(1 \rightarrow 4)$ બંધ દ્વારા જોડાયેલો છે (આકૃતિ.3.8). એમાયલોપેક્ટિન, બીજી બાજુ, ગ્લુકોઝ એકમોથી બનેલો છે $\mathrm{a}(1 \rightarrow 4)$ ગ્લાયકોસિડિક કડી દ્વારા જોડાયેલા, એમાયલોઝની જેમ. જો કે, એમાયલોઝથી વિપરીત, તે ખૂબ શાખાયુક્ત છે. શાખા બિંદુઓ દર 24 થી 30 ગ્લુકોઝ અવશેષો પર આવે છે અને શાખા બિંદુઓ પરની કડી $\mathrm{a}(1 \rightarrow 6)$ ગ્લાયકોસિડિક છે (આકૃતિ. 3.9). આયોડિન સાથે સ્ટાર્ચનો લાક્ષણિક વાદળી રંગ એમાયલોઝને કારણે છે. તેનાથી વિપરીત, એમાયલોપેક્ટિન આયોડિન સાથે ફક્ત ધૂસર લાલ-ભૂરો રંગ આપે છે. લાળમાં હાજર ઉત્સેચકો (લાળ એમાયલેઝ) અને સ્વાદુપિંડના રસ (સ્વાદુપિંડ એમાયલેઝ) $\mathrm{a}(1 \rightarrow 4$) સ્ટાર્ચની ગ્લાયકોસિડિક કડીઓનું જળવિભાજન કરે છે તેથી તેને એકમો ગ્લુકોઝ અવશેષોમાં પાચન કરે છે.

$\hspace{8cm}\alpha(1 \rightarrow 4)$ ગ્લાયકોસિડિક બંધ

આકૃતિ. 3.8: એમાયલોઝની રચના

આકૃતિ. 3.9: એમાયલોપેક્ટિનની રચના

(b) ગ્લાયકોજન

ગ્લાયકોજન એ પ્રાણીઓમાં મળી આવતો વ્યાપક રીતે શાખાયુક્ત સંગ્રહ સમપોલિસેકેરાઇડ છે. એમાયલોપેક્ટિનની જેમ, તે $\mathrm{a}(1 \rightarrow 4)$ ગ્લાયકોસિડિક કડી દ્વારા એકસાથે જોડાયેલા ગ્લુકોઝ એકમોથી બનેલો છે અને શાખા બિંદુઓ પર ⟦