અધ્યાય 09 જૈવઅણુઓ

અમારા જીવમંડળમાં સજીવોમાં વિશાળ વૈવિધ્ય છે. હવે આપણા મનમાં એક પ્રશ્ન ઉદ્ભવે છે: શું બધા સજીવો સમાન રસાયણો, એટલે કે તત્વો અને સંયોજનોથી બનેલા છે? તમે રસાયણવિજ્ઞાનમાં શીખ્યા છો કે તત્વીય વિશ્લેષણ કેવી રીતે કરવામાં આવે છે. જો આપણે એવું વિશ્લેષણ વનસ્પતિ ઊતક, પ્રાણી ઊતક અથવા સૂક્ષ્મજીવી પેસ્ટ પર કરીએ, તો આપણને કાર્બન, હાઈડ્રોજન, ઓક્સિજન અને અન્ય ઘણા તત્વોની સૂચિ અને સજીવ ઊતકની દરેક એકમ દળ માટે તેમની અનુરૂપ માત્રા મળે છે. જો બિન-સજીવ દ્રવ્યના ઉદાહરણ તરીકે પૃથ્વીની પપ્પરના એક ટુકડા પર સમાન વિશ્લેષણ કરવામાં આવે, તો આપણને સમાન સૂચિ મળે છે. બંને સૂચિઓ વચ્ચે શું તફાવતો છે? નિરપેક્ષ રીતે, કોઈ એવા તફાવતો બતાવી શકાય નહીં. પૃથ્વીની પપ્પરના નમૂનામાં હાજર તમામ તત્વો સજીવ ઊતકના નમૂનામાં પણ હાજર છે. જો કે, નજીકથી પરીક્ષણ કરવાથી જણાય છે કે અન્ય તત્વોની સાપેક્ષે કાર્બન અને હાઈડ્રોજનની સાપેક્ષ પ્રચુરતા કોઈપણ સજીવમાં પૃથ્વીની પપ્પર કરતાં વધારે છે (કોષ્ટક 9.1).

9.1 રાસાયણિક બંધારણનું વિશ્લેષણ કેવી રીતે કરવું?

આપણે એ જ રીતે પૂછતા રહી શકીએ, સજીવોમાં કયા પ્રકારના કાર્બનિક સંયોજનો જોવા મળે છે? જવાબ શોધવા માટે કેવી રીતે આગળ વધવું? જવાબ મેળવવા માટે, એક રાસાયણિક વિશ્લેષણ કરવું પડે. આપણે કોઈપણ સજીવ ઊતક (શાકભાજી અથવા યકૃતનો ટુકડો, વગેરે) લઈ શકીએ છીએ અને ખળ અને દાંડીનો ઉપયોગ કરીને ટ્રાઈક્લોરોએસીટિક એસિડ (Cl3CCOOH) માં પીસી શકીએ છીએ. આપણને ગાઢ સ્લરી (ઘોળ) મળે છે. જો આપણે તેને ચીઝક્લોથ અથવા કપાસ દ્વારા છાણીએ, તો આપણને બે અંશ મળે છે. એકને ફિલ્ટ્રેટ અથવા વધુ તકનીકી રીતે, એસિડ-દ્રાવ્ય પુલ કહેવામાં આવે છે, અને બીજાને, રિટેન્ટેટ અથવા એસિડ-અદ્રાવ્ય અંશ કહેવામાં આવે છે. વૈજ્ઞાનિકોએ એસિડ-દ્રાવ્ય પુલમાં હજારો કાર્બનિક સંયોજનો શોધ્યા છે.

ઉચ્ચ વર્ગોમાં તમે શીખશો કે સજીવ ઊતકના નમૂનાનું વિશ્લેષણ કેવી રીતે કરવું અને ચોક્કસ કાર્બનિક સંયોજનને કેવી રીતે ઓળખવું. અહીં એટલું કહેવું પૂરતું હશે કે કોઈ સંયોજનોને કાઢી લે છે, પછી કાઢેલા દ્રવ્યને વિવિધ અલગીકરણ તકનીકોને આધીન કરે છે જ્યાં સુધી એક સંયોજનને અન્ય તમામ સંયોજનોથી અલગ ન કરી દેવામાં આવે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, કોઈ સંયોજનને અલગ અને શુદ્ધ કરે છે. વિશ્લેષણાત્મક તકનીકો, જ્યારે સંયોજન પર લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે આપણને સંયોજનના આણ્વીય સૂત્ર અને સંભવિત બંધારણનો ખ્યાલ આપે છે. સજીવ ઊતકોમાંથી આપણને મળતા બધા કાર્બન સંયોજનોને ‘જૈવઅણુઓ’ કહી શકાય. જો કે, સજીવોમાં અકાર્બનિક તત્વો અને સંયોજનો પણ હોય છે. આપણે આ કેવી રીતે જાણીએ? થોડું અલગ પરંતુ વિનાશક પ્રયોગ કરવો પડે છે. કોઈ સજીવ ઊતકનો થોડો જથ્થો (જેમ કે પાન અથવા યકૃત અને તેને ભીનું વજન કહેવામાં આવે છે) તોળે છે અને તેને સુકવે છે. બધું પાણી બાષ્પીભવન પામે છે. બાકી રહેલી સામગ્રી સૂકું વજન આપે છે. હવે જો ઊતકને સંપૂર્ણપણે સળગાવવામાં આવે, તો બધા કાર્બન સંયોજનો વાયુરૂપ (CO2, પાણીની વરાળ) માં ઓક્સિડાઇઝ થાય છે અને દૂર થઈ જાય છે. જે બાકી રહે છે તેને ‘રાખ’ કહેવામાં આવે છે. આ રાખમાં અકાર્બનિક તત્વો (જેમ કે કેલ્શિયમ, મેગ્નેશિયમ વગેરે) હોય છે. સલ્ફેટ, ફોસ્ફેટ વગેરે જેવા અકાર્બનિક સંયોજનો પણ એસિડ-દ્રાવ્ય અંશમાં જોવા મળે છે. તેથી તત્વીય વિશ્લેષણ સજીવ ઊતકોનું તત્વીય બંધારણ હાઈડ્રોજન, ઓક્સિજન, ક્લોરિન, કાર્બન વગેરેના રૂપમાં આપે છે.

કોષ્ટક 9.1 બિન-સજીવ અને સજીવ દ્રવ્યમાં હાજર તત્વોની તુલના

તત્વ	% વજન પૃથ્વીની પપ્પર માનવ શરીર
હાઈડ્રોજન (H)	0.14	0.5
કાર્બન (C)	0.03	18.5
ઓક્સિજન (O)	46.6	65.0
નાઇટ્રોજન (N)	ખૂબ ઓછું	3.3
સલ્ફર (S)	0.03	0.3
સોડિયમ (Na)	2.8	0.2
કેલ્શિયમ (Ca)	3.6	1.5
મેગ્નેશિયમ (Mg)	2.1	0.1
સિલિકોન (Si)	27.7	નગણ્ય
* સી.એન.આર. રાવ, અંડરસ્ટેન્ડિંગ કેમિસ્ટ્રી પરથી અનુકૂલિત.
યુનિવર્સિટીઝ પ્રેસ. હૈદરાબાદ.

કોષ્ટક 9.2 સજીવ ઊતકોના પ્રતિનિધિ અકાર્બનિક ઘટકોની સૂચિ

ઘટક	સૂત્ર
સોડિયમ	$\mathrm{Na}^{+}$
પોટેશિયમ	$\mathrm{K}^{+}$
કેલ્શિયમ	$\mathrm{Ca}^{++}$
મેગ્નેશિયમ	$\mathrm{Mg}^{++}$
પાણી	$\mathrm{H}_2 \mathrm{O}$
સંયોજનો	$\mathrm{NaCl}^{+}, \mathrm{CaCO}_3$,
	$\mathrm{PO}_4^{3-}, \mathrm{SO}_4^{2-}$

જ્યારે સંયોજનો માટે વિશ્લેષણ સજીવ ઊતકોમાં હાજર કાર્બનિક (આકૃતિ 9.1) અને અકાર્બનિક ઘટકો (કોષ્ટક 9.2) નો ખ્યાલ આપે છે. રસાયણવિજ્ઞાનના દૃષ્ટિકોણથી, કોઈ એલ્ડિહાઇડ્સ, કીટોન્સ, સુગંધિત સંયોજનો વગેરે જેવા કાર્યાત્મક સમૂહોને ઓળખી શકે છે. પરંતુ જૈવિક દૃષ્ટિકોણથી, આપણે તેમને એમિનો એસિડ, ન્યુક્લિઓટાઇડ બેઇસ, ફેટી એસિડ વગેરેમાં વર્ગીકૃત કરીશું. બિન-સજીવ અને સજીવ દ્રવ્યમાં હાજર તત્વોની તુલના*

એમિનો એસિડ એ કાર્બનિક સંયોજનો છે જેમાં એમિનો સમૂહ અને એસિડિક સમૂહ એક જ કાર્બન પર, એટલે કે α-કાર્બન પર, અવેજીકરણ તરીકે હોય છે. તેથી, તેમને α-એમિનો એસિડ કહેવામાં આવે છે. તે અવેજીકૃત મિથેન છે. ચાર અવેજીકરણ સમૂહો છે જે ચાર સંયોજકતા સ્થાનો ધરાવે છે. આ હાઈડ્રોજન, કાર્બોક્સિલ સમૂહ, એમિનો સમૂહ અને R સમૂહ તરીકે નિયુક્ત ચલ સમૂહ છે. R સમૂહની પ્રકૃતિના આધારે ઘણા એમિનો એસિડ છે. જો કે, જે પ્રોટીનમાં જોવા મળે છે તે માત્ર વીસ પ્રકારના છે. આ પ્રોટીનયુક્ત એમિનો એસિડમાં R સમૂહ હાઈડ્રોજન (એમિનો એસિડને ગ્લાયસીન કહેવામાં આવે છે), મિથાઇલ સમૂહ (એલેનાઇન), હાઈડ્રોક્સી મિથાઇલ (સેરીન) વગેરે હોઈ શકે છે. વીસમાંથી ત્રણ આકૃતિ 9.1 માં બતાવેલ છે.

એમિનો એસિડના રાસાયણિક અને ભૌતિક ગુણધર્મો અનિવાર્યપણે એમિનો, કાર્બોક્સિલ અને R કાર્યાત્મક સમૂહોના છે. એમિનો અને કાર્બોક્સિલ સમૂહોની સંખ્યાના આધારે, એસિડિક (જેમ કે, ગ્લુટામિક એસિડ), બેઝિક (લાઇસીન) અને તટસ્થ (વેલીન) એમિનો એસિડ છે. તે જ રીતે, સુગંધિત એમિનો એસિડ (ટાયરોસીન, ફિનાઇલએલેનાઇન, ટ્રિપ્ટોફેન) છે. એમિનો એસિડનો એક ખાસ ગુણધર્મ એ –NH2 અને –COOH સમૂહોની આયનીકૃત થઈ શકે તેવી પ્રકૃતિ છે. તેથી વિવિધ pH ના દ્રાવણોમાં, એમિનો એસિડનું બંધારણ બદલાય છે.

લિપિડ્સ સામાન્ય રીતે પાણીમાં અદ્રાવ્ય હોય છે. તે સરળ ફેટી એસિડ હોઈ શકે છે. ફેટી એસિડમાં R સમૂહ સાથે જોડાયેલ કાર્બોક્સિલ સમૂહ હોય છે. R સમૂહ મિથાઇલ (–CH3), અથવા ઇથાઇલ (–C2H5) અથવા વધુ સંખ્યામાં –CH2 સમૂહો (1 કાર્બન થી 19 કાર્બન) હોઈ શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, પામિટિક એસિડમાં કાર્બોક્સિલ કાર્બન સહિત 16 કાર્બન હોય છે. એરાકિડોનિક એસિડમાં કાર્બોક્સિલ કાર્બન સહિત 20 કાર્બન પરમાણુઓ હોય છે. ફેટી એસિડ સંતૃપ્ત (બેન્ડ વિના) અથવા અસંતૃપ્ત (એક અથવા વધુ C=C ડબલ બોન્ડ સાથે) હોઈ શકે છે. બીજું સરળ લિપિડ ગ્લિસરોલ છે જે ટ્રાઈહાઈડ્રોક્સી પ્રોપેન છે. ઘણા લિપિડમાં ગ્લિસરોલ અને ફેટી એસિડ બંને હોય છે. અહીં ફેટી એસિડ ગ્લિસરોલ સાથે એસ્ટરીફાઇડ જોવા મળે છે. તે પછી મોનોગ્લિસરાઇડ્સ, ડાયગ્લિસરાઇડ્સ અને ટ્રાઈગ્લિસરાઇડ્સ હોઈ શકે છે. ગલનાંકના આધારે તેમને ચરબી અને તેલ પણ કહેવામાં આવે છે. તેલનો ગલનાંક ઓછો હોય છે (જેમ કે, તિલનું તેલ) અને તેથી શિયાળામાં તેલ તરીકે રહે છે. શું તમે બજારમાંથી ચરબી ઓળખી શકો છો? કેટલાક લિપિડમાં ફોસ્ફરસ અને ફોસ્ફરીલેટેડ કાર્બનિક સંયોજન હોય છે. આ ફોસ્ફોલિપિડ છે. તે કોષપટલમાં જોવા મળે છે. લેસિથિન એક ઉદાહરણ છે. કેટલાક ઊતકો, ખાસ કરીને ન્યુરલ ઊતકોમાં વધુ જટિલ બંધારણવાળા લિપિડ હોય છે.

સજીવોમાં ઘણા કાર્બન સંયોજનો હોય છે જેમાં હેટરોસાયક્લિક રિંગ્સ જોવા મળી શકે છે. આમાંથી કેટલાક નાઇટ્રોજન બેઇસ છે - એડેનાઇન, ગ્વાનાઇન, સાયટોસીન, યુરેસિલ અને થાઇમિન. જ્યારે શર્કરા સાથે જોડાયેલા જોવા મળે, ત્યારે તેમને ન્યુક્લિઓસાઇડ્સ કહેવામાં આવે છે. જો ફોસ્ફેટ સમૂહ પણ શર્કરા સાથે એસ્ટરીફાઇડ જોવા મળે તો તેમને ન્યુક્લિઓટાઇડ્સ કહેવામાં આવે છે. એડેનોસીન, ગ્વાનોસીન, થાઇમિડીન, યુરિડીન અને સાયટિડીન ન્યુક્લિઓસાઇડ્સ છે. એડેનિલિક એસિડ, થાઇમિડિલિક એસિડ, ગ્વાનિલિક એસિડ, યુરિડિલિક એસિડ અને સાયટિડિલિક એસિડ ન્યુક્લિઓટાઇડ્સ છે. DNA અને RNA જેવા ન્યુક્લિક એસિડમાં માત્ર ન્યુક્લિઓટાઇડ્સ હોય છે. DNA અને RNA આનુવંશિક દ્રવ્ય તરીકે કાર્ય કરે છે.

આકૃતિ 9.1 સજીવ ઊતકોમાં નાના આણ્વીય વજનવાળા કાર્બનિક સંયોજનોનું રેખાકૃતિ નિરૂપણ

9.2 પ્રાથમિક અને ગૌણ ચયાપચયિકો

રસાયણવિજ્ઞાનનો સૌથી રોમાંચક પાસો એ છે કે સજીવોમાંથી હજારો સંયોજનો, નાના અને મોટા, અલગ કરવા, તેમનું બંધારણ નક્કી કરવું અને જો શક્ય હોય તો તેમનું સંશ્લેષણ કરવું.

જો કોઈ જૈવઅણુઓની સૂચિ બનાવે, તો એવી સૂચિમાં એમિનો એસિડ, શર્કરા વગેરે સહિત હજારો કાર્બનિક સંયોજનો હશે. વિભાગ 9.10 માં આપેલા કારણો માટે, આપણે આ જૈવઅણુઓને ‘ચયાપચયિકો’ કહી શકીએ છીએ. પ્રાણી ઊતકોમાં, આકૃતિ 9.1 માં બતાવેલ તમામ શ્રેણીઓના સંયોજનોની હાજરી નોંધવામાં આવે છે. તેમને પ્રાથમિક ચયાપચયિકો કહેવામાં આવે છે. જો કે, જ્યારે કોઈ વનસ્પતિ, ફૂગ અને સૂક્ષ્મજીવી કોષોનું વિશ્લેષણ કરે છે, ત્યારે પ્રાથમિક ચયાપચયિકો કહેવાતા આ સિવાયના હજારો સંયોજનો જોવા મળશે, જેમ કે એલ્કલોઇડ્સ, ફ્લેવોનોઇડ્સ, રબર, આવશ્યક તેલો, એન્ટિબાયોટિક્સ, રંગીન રંજકો, સુગંધો, ગુંદર, મસાલા. તેમને ગૌણ ચયાપચયિકો કહેવામાં આવે છે (કોષ્ટક 9.3). જ્યારે પ્રાથમિક ચયાપચયિકોની ઓળખી શકાય તેવી કાર્યો હોય છે અને સામાન્ય શારીરિક પ્રક્રિયાઓમાં જાણીતી ભૂમિકા ભજવે છે, ત્યારે આપણે હાલમાં, યજમાન સજીવોમાં તમામ ‘ગૌણ ચયાપચયિકો’ની ભૂમિકા અથવા કાર્યો સમજતા નથી. જો કે, તેમાંથી ઘણા ‘માનવ કલ્યાણ’ માટે ઉપયોગી છે (જેમ કે, રબર, દવાઓ, મસાલા, સુગંધ અને લેક્ટિન્સ કોન્કાનાવાલિન A રંજકો). કેટલાક ગૌણ ચયાપચયિકોનું પારિસ્થિતિક મહત્વ છે. પછીના અધ્યાયો અને વર્ષોમાં તમે આ વિશે વધુ શીખશો.

કોષ્ટક 9.3 કેટલાક ગૌણ ચયાપચયિકો

રંજકો	કેરોટિનોઇડ્સ, એન્થોસાયનિન્સ, વગેરે
એલ્કલોઇડ્સ	મોર્ફીન, કોડીન, વગેરે
ટર્પેનોઇડ્સ	મોનોટર્પીન્સ, ડાયટર્પીન્સ વગેરે
આવશ્યક તેલો	લેમન ગ્રાસ તેલ, વગેરે
ઝેર	એબ્રિન, રાઇસિન
લેક્ટિન્સ	કોન્કાનાવાલિન A
દવાઓ	વિન્બ્લાસ્ટિન, હળદર, વગેરે
બહુલકીય પદાર્થો	રબર, ગુંદર, સેલ્યુલોઝ

9.3 જૈવવિશાળઅણુઓ

એસિડ દ્રાવ્ય પુલમાં જોવા મળતા તમામ સંયોજનોમાં એક સામાન્ય લક્ષણ છે. તેમનું આણ્વીય વજન લગભગ 18 થી 800 ડાલ્ટન (Da) ની રેન્જમાં હોય છે.

એસિડ અદ્રાવ્ય અંશમાં, માત્ર ચાર પ્રકારના કાર્બનિક સંયોજનો હોય છે, એટલે કે, પ્રોટીન, ન્યુક્લિક એસિડ, પોલિસેકેરાઇડ્સ અને લિપિડ. લિપિડ સિવાય, આ શ્રેણીઓના સંયોજનોનું આણ્વીય વજન દસ હજાર ડાલ્ટન અને તેનાથી વધુની રેન્જમાં હોય છે. આ જ કારણસર, જૈવઅણુઓ, એટલે કે, સજીવોમાં જોવા મળતા રાસાયણિક સંયોજનો બે પ્રકારના હોય છે. એક, જેનું આણ્વીય વજન એક હજાર ડાલ્ટનથી ઓછું હોય છે અને સામાન્ય રીતે સૂક્ષ્મઅણુઓ અથવા ફક્ત જૈવઅણુઓ તરીકે ઓળખાય છે, જ્યારે જે એસિડ અદ્રાવ્ય અંશમાં જોવા મળે છે તેમને વિશાળઅણુઓ અથવા જૈવવિશાળઅણુઓ કહેવામાં આવે છે.

લિપિડ સિવાય, અદ્રાવ્ય અંશમાંના અણુઓ બહુલકીય પદાર્થો છે. તો પછી લિપિડ, જેનું આણ્વીય વજન 800 Da કરતાં વધી જતું નથી, તે એસિડ અદ્રાવ્ય અંશ, એટલે કે, વિશાળઅણ્વીય અંશમાં કેમ આવે છે? લિપિડ ખરેખર નાના આણ્વીય વજનના સંયોજનો છે અને માત્ર એવા જ નહીં પરંતુ કોષપટલ અને અન્ય પટલો જેવી રચનાઓમાં ગોઠવાયેલા પણ હોય છે. જ્યારે આપણે ઊતકને પીસીએ છીએ, ત્યારે આપણે કોષ રચનાનું વિઘટન કરી રહ્યા છીએ. કોષપટલ અને અન્ય પટલો ટુકડાઓમાં તૂટી જાય છે, અને વેસિકલ્સ બનાવે છે જે પાણીમાં દ્રાવ્ય નથી. તેથી, વેસિકલ્સના રૂપમાં આ પટલના ટુકડાઓ એસિડ અદ્રાવ્ય પુલ સાથે અલગ થઈ જાય છે અને તેથી વિશાળઅણ્વીય અંશમાં આવે છે. લિપિડ કડક રીતે વિશાળઅણુઓ નથી.

એસિડ દ્રાવ્ય પુલ આશરે કોષદ્રવ્યીય બંધારણનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. કોષદ્રવ્ય અને અંગિકાઓમાંથી વિશાળઅણુઓ એસિડ અદ્રાવ્ય અંશ બને છે. એકસાથે તેઓ સજીવ ઊતકો અથવા સજીવોનું સંપૂર્ણ રાસાયણિક બંધારણ રજૂ કરે છે.

સારાંશમાં જો આપણે સજીવ ઊતકનું રાસાયણિક બંધારણ પ્રચુરતાના દૃષ્ટિકોણથી રજૂ કરીએ અને તેમને વર્ગ-વાર ગોઠવીએ, તો