മുമ്പത്തെ അദ്ധ്യായത്തിൽ നിങ്ങൾ കോശത്തെയും അതിന്റെ അവയവികളെയും കുറിച്ച് പഠിച്ചു. ഓരോ അവയവികൾക്കും വ്യത്യസ്ത ഘടനയുണ്ട്, അതിനാൽ വ്യത്യസ്ത പ്രവർത്തനങ്ങൾ നിർവഹിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, കോശസ്തരം ലിപിഡുകളും പ്രോട്ടീനുകളും കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. കോശഭിത്തി കാർബോഹൈഡ്രേറ്റുകൾ കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. ക്രോമോസോമുകൾ പ്രോട്ടീനും ന്യൂക്ലിക് ആസിഡും, അതായത്, ഡിഎൻഎ കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്, റൈബോസോമുകൾ പ്രോട്ടീനും ന്യൂക്ലിക് ആസിഡുകളും, അതായത്, ആർഎൻഎ കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. കോശാവയവികളുടെ ഈ ഘടകങ്ങളെ മാക്രോമോളിക്യൂളുകൾ അല്ലെങ്കിൽ ബയോമോളിക്യൂളുകൾ എന്നും വിളിക്കുന്നു. നാല് പ്രധാന തരം ബയോമോളിക്യൂളുകളുണ്ട്: കാർബോഹൈഡ്രേറ്റുകൾ, പ്രോട്ടീനുകൾ, ലിപിഡുകൾ, ന്യൂക്ലിക് ആസിഡുകൾ. കോശത്തിന്റെ ഘടനാപരമായ അംഗങ്ങളായിരിക്കുന്നതിന് പുറമേ, ഈ ബയോമോളിക്യൂളുകൾ കോശീയ പ്രക്രിയകളിൽ പ്രധാന പ്രവർത്തനങ്ങൾ നിർവഹിക്കുന്നു. ഈ അദ്ധ്യായത്തിൽ നിങ്ങൾ ഈ ബയോമോളിക്യൂളുകളുടെ ഘടനയും പ്രവർത്തനങ്ങളും പഠിക്കും.

3.1 കാർബോഹൈഡ്രേറ്റുകൾ

കാർബോഹൈഡ്രേറ്റുകൾ പ്രകൃതിയിലെ ഏറ്റവും സമൃദ്ധമായ ബയോമോളിക്യൂൾ വർഗ്ഗങ്ങളിലൊന്നാണ്, എല്ലാ ജീവരൂപങ്ങളിലും വ്യാപകമായി കാണപ്പെടുന്നു. രാസപരമായി, അവ പോളിഹൈഡ്രിക് ആൽക്കഹോളുകളുടെ ആൽഡിഹൈഡ്, കീറ്റോൺ ഡെറിവേറ്റീവുകളാണ്. ജീവജാലങ്ങളിൽ കാർബോഹൈഡ്രേറ്റുകളുടെ പ്രധാന പങ്ക് പ്രാഥമിക ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സായി പ്രവർത്തിക്കുക എന്നതാണ്. ഈ തന്മാത്രകൾ ഊർജ്ജ സംഭരണികളായും, ഉപാപചയ ഇന്റർമീഡിയറ്റുകളായും, ബാക്ടീരിയ, സസ്യ കോശഭിത്തിയുടെ പ്രധാന ഘടകങ്ങളിലൊന്നായും പ്രവർത്തിക്കുന്നു. കൂടാതെ, ഇവ ഡിഎൻഎയുടെയും ആർഎൻഎയുടെയും ഭാഗമാണ്, അത് ഈ അദ്ധ്യായത്തിൽ പിന്നീട് പഠിക്കും. ബാക്ടീരിയയുടെയും സസ്യങ്ങളുടെയും കോശഭിത്തികൾ കാർബോഹൈഡ്രേറ്റുകളുടെ പോളിമറുകൾ കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. കാർബോഹൈഡ്രേറ്റുകൾ വിവരണാത്മക വസ്തുക്കളായും പ്രവർത്തിക്കുകയും പ്രോട്ടീനുകളുടെയും ലിപിഡുകളുടെയും ഉപരിതലങ്ങളുമായി ബന്ധിപ്പിച്ച് കോശ-കോശ ഇടപെടലിൽ പങ്കെടുക്കുകയും, കോശങ്ങൾക്കും കോശീയ പരിസ്ഥിതിയിലെ മറ്റ് മൂലകങ്ങൾക്കുമിടയിലുള്ള ഇടപെടലിൽ പങ്കെടുക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

(എ) കാർബോഹൈഡ്രേറ്റുകളുടെ വർഗ്ഗീകരണം

ലളിതമായ പഞ്ചസാരകൾ മുതൽ ഒന്നിലധികം യൂണിറ്റുകളുടെ സങ്കീർണ്ണമായ പോളിമറുകൾ വരെ വിവിധ രൂപങ്ങളിൽ കാർബോഹൈഡ്രേറ്റുകൾ കാണപ്പെടുന്നു, അതനുസരിച്ച് ഇവ വർഗ്ഗീകരിച്ചിട്ടുണ്ട്. ഇവ സാധാരണയായി മൂന്ന് വിഭാഗങ്ങളായി തരംതിരിച്ചിരിക്കുന്നു: മോണോസാക്കറൈഡുകൾ, ഒലിഗോസാക്കറൈഡുകൾ, പോളിസാക്കറൈഡുകൾ.

1. മോണോസാക്കറൈഡുകൾ

മോണോസാക്കറൈഡുകൾ ലളിതമായ പഞ്ചസാരകളാണ്, അവയെ ലളിതമായ രൂപങ്ങളായി ഹൈഡ്രോലൈസ് ചെയ്യാൻ കഴിയില്ല. ഈ മോണോസാക്കറൈഡുകൾ ഏറ്റവും ലളിതമായ കാർബോഹൈഡ്രേറ്റുകളാണ്, അവ സ്വതന്ത്ര ആൽഡിഹൈഡ് $(-\mathrm{CHO})$, കീറ്റോൺ $(>\mathrm{C}=\mathrm{O})$ ഗ്രൂപ്പുകൾ, രണ്ടോ അതിലധികമോ ഹൈഡ്രോക്സിൽ $(-\mathrm{OH})$ ഗ്രൂപ്പുകൾ $\mathrm{C} _n\left(\mathrm{H} _2 \mathrm{O}\right)_n$ എന്ന പൊതു ഫോർമുലയോടെ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു. കാർബൺ അണുക്കളുടെ എണ്ണവും പ്രവർത്തന ഗ്രൂപ്പുകളും അടിസ്ഥാനമാക്കി മോണോസാക്കറൈഡുകൾ പട്ടിക 3.1 ൽ നൽകിയിരിക്കുന്നതുപോലെ തരംതിരിച്ചിരിക്കുന്നു.

പട്ടിക 3.1: മോണോസാക്കറൈഡുകളുടെ വർഗ്ഗീകരണം

2. ഒലിഗോസാക്കറൈഡുകൾ

പരമ്പരാഗതമായി, ഒലിഗോസാക്കറൈഡുകൾ രണ്ട് മുതൽ പത്ത് വരെ മോണോസാക്കറൈഡ് യൂണിറ്റുകൾ ഗ്ലൈക്കോസിഡിക് ബോണ്ട് വഴി ചേർന്നുണ്ടാകുന്ന കാർബോഹൈഡ്രേറ്റുകളാണ്. മാൾട്ടോസ്, ലാക്ടോസ്, സുക്രോസ് തുടങ്ങിയവ ചില സാധാരണയായി കാണപ്പെടുന്ന ഒലിഗോസാക്കറൈഡുകളാണ്.

3. പോളിസാക്കറൈഡുകൾ

പോളിസാക്കറൈഡുകൾ പത്തോ അതിലധികമോ മോണോസാക്കറൈഡ് യൂണിറ്റുകളുടെ ഗ്ലൈക്കോസിഡിക് ബന്ധനങ്ങൾ വഴി ചേർന്നുണ്ടാകുന്ന പോളിമറുകളാണ്. ആവർത്തിക്കുന്ന മോണോസാക്കറൈഡ് യൂണിറ്റിന്റെ തരം (ഹോമോ-, ഹെറ്ററോ- പോളിസാക്കറൈഡുകൾ); ശാഖകളുടെ അളവിൽ, മോണോമെറിക് യൂണിറ്റുകൾ തമ്മിലുള്ള ഗ്ലൈക്കോസിഡിക് ബന്ധനത്തിന്റെ തരം എന്നിവ അടിസ്ഥാനമാക്കി ഇവ വിവിധ രീതികളിൽ തരംതിരിച്ചിരിക്കുന്നു. സ്റ്റാർച്ച്, ഗ്ലൈക്കോജൻ, സെല്ലുലോസ്, കൈറ്റിൻ എന്നിവ ചില സാധാരണ പോളിസാക്കറൈഡുകളുടെ ഉദാഹരണങ്ങളാണ്.

കാർബോഹൈഡ്രേറ്റുകൾ പ്രോട്ടീനുകളുമായും ലിപിഡുകളുമായും സംയോജിപ്പിച്ച് ഗ്ലൈക്കോകോൺജുഗേറ്റുകൾ രൂപീകരിക്കാം. മൂന്ന് തരം ഗ്ലൈക്കോകോൺജുഗേറ്റുകൾ ഉണ്ട്; ഗ്ലൈക്കോപ്രോട്ടീനുകൾ, പ്രോട്ടിയോഗ്ലൈക്കനുകൾ, ഗ്ലൈക്കോലിപിഡുകൾ. കാർബോഹൈഡ്രേറ്റ്, പ്രോട്ടീൻ എന്നിവയുടെ സംയോജനത്തിൽ പ്രോട്ടീൻ ഘടകം പ്രബലമാണെങ്കിൽ അതിനെ ഗ്ലൈക്കോപ്രോട്ടീൻ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. സംയോജനത്തിൽ പ്രോട്ടീനിനേക്കാൾ കൂടുതൽ അളവിൽ കാർബോഹൈഡ്രേറ്റ് അടങ്ങിയിട്ടുണ്ടെങ്കിൽ, അതിനെ പ്രോട്ടിയോഗ്ലൈക്കൻ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. കാർബോഹൈഡ്രേറ്റ് ലിപിഡുകളുമായി സംയോജിക്കുമ്പോൾ, അതിനെ ഗ്ലൈക്കോലിപിഡ് എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

(ബി) കാർബോഹൈഡ്രേറ്റുകളുടെ ഘടനയും ഗുണങ്ങളും

(എ) മോണോസാക്കറൈഡുകൾ

ചില സാധാരണ മോണോസാക്കറൈഡുകളുടെ ഘടന (ചിത്രം 3.1) ൽ നൽകിയിരിക്കുന്നു. ഗ്ലൂക്കോസ് പോലുള്ള മോണോസാക്കറൈഡ്

ചിത്രം. 3.1: ചില മോണോസാക്കറൈഡുകളുടെ ഘടന

നേർരേഖാ ഘടനയായും ചാക്രിക ഘടനയായും (ചിത്രം 3.2) നിലകൊള്ളുന്നു. കാർബോണൈൽ ഗ്രൂപ്പും ഒരു ഹൈഡ്രോക്സിൽ ഗ്രൂപ്പും തമ്മിലുള്ള അന്തർ-അണുക പ്രവർത്തനത്തിലൂടെ ഹെമിഅസിറ്റൽ രൂപീകരണത്തിന്റെ ഫലമാണ് ചാക്രിക ഘടനകൾ.

ചിത്രം. 3.2: ഗ്ലൂക്കോസിന്റെ ഘടന: (എ) നേർരേഖാ രൂപവും (ബി) ചാക്രിക രൂപവും

ഡൈഹൈഡ്രോക്സി അസീറ്റോണിനെ ഒഴികെയുള്ള എല്ലാ മോണോസാക്കറൈഡുകളിലും ഒന്നോ അതിലധികമോ അസമമിതി (കൈറൽ) കാർബൺ (നാല് വ്യത്യസ്ത ഗ്രൂപ്പുകളാൽ ബന്ധിതമായ കാർബൺ അണുക്കൾ) അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, അതിനാൽ, ഒപ്റ്റിക്കലി സജീവ ഐസോമറുകൾ (എനാന്റിയോമറുകൾ) ആണ്. $n$ കൈറൽ കേന്ദ്രങ്ങളുള്ള ഒരു തന്മാത്രയ്ക്ക് $2^{\mathrm{n}}$ സ്റ്റീരിയോഐസോമറുകൾ ഉണ്ടായിരിക്കാം. അങ്ങനെ, ഒരു കൈറൽ കേന്ദ്രമുള്ള ഗ്ലിസറാൽഡിഹൈഡിന് $2^{1}=2$ ഉണ്ട്, നാല് കൈറൽ കേന്ദ്രങ്ങളുള്ള ഗ്ലൂക്കോസിന് $2^{4}=16$ സ്റ്റീരിയോഐസോമറുകൾ ഉണ്ട്.

കാർബോണൈൽ കാർബണിൽ നിന്ന് ഏറ്റവും അകലെയുള്ള $-\mathrm{OH}$ ഗ്രൂപ്പിന്റെ ദിശയാണ് പഞ്ചസാര ഡി അല്ലെങ്കിൽ എൽ പഞ്ചസാരകളിൽ പെടുന്നുണ്ടോ എന്ന് നിർണ്ണയിക്കുന്നത്. ഈ $\mathrm{OH}$ ഗ്രൂപ്പ് അത് വഹിക്കുന്ന കാർബൺ അണുവിന്റെ വലതുവശത്താണെങ്കിൽ പഞ്ചസാര ഡി-ഐസോമറാണ്, അത് ഇടതുവശത്താണെങ്കിൽ പഞ്ചസാര എൽ ഐസോമറുകളാണ് (ചിത്രം 3.3). ജൈവിക വ്യവസ്ഥയിൽ കാണപ്പെടുന്ന മിക്ക പഞ്ചസാരകളും ഡി പഞ്ചസാരകളാണ്.

ചിത്രം. 3.3: ഗ്ലൂക്കോസിന്റെ $L$, $D$ രൂപങ്ങൾ

ഹെമിഅസിറ്റൽ (ഒരു മോണോസാക്കറൈഡിന്റെ ആൽക്കഹോളിക്, ആൽഡിഹൈഡ് ഗ്രൂപ്പുകൾ തമ്മിലുള്ള പ്രവർത്തനം മൂലം രൂപംകൊള്ളുന്നു) അല്ലെങ്കിൽ ഹെമികീറ്റൽ (ഒരു മോണോസാക്കറൈഡിന്റെ ആൽക്കഹോളിക്, കീറ്റോ ഗ്രൂപ്പുകൾ തമ്മിലുള്ള പ്രവർത്തനം മൂലം രൂപംകൊള്ളുന്നു) കാർബൺ അണുവിനെ ചുറ്റിപ്പറ്റിയുള്ള കോൺഫിഗറേഷനിൽ മാത്രം വ്യത്യാസമുള്ള മോണോസാക്കറൈഡിന്റെ ഐസോമെറിക് രൂപങ്ങളെ അനോമറുകൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. കാർബോണൈൽ കാർബൺ അണുവിനെ അനോമെറിക് കാർബൺ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. $\alpha$-അനോമറിൽ, കാർബണിന്റെ - $\mathrm{OH}$ ഗ്രൂപ്പ് പഞ്ചസാര വലയത്തിൽ നിന്ന് വിപരീതമാണ്, അത് $\mathrm{CH}_{2} \mathrm{OH}$ ഗ്രൂപ്പിൽ നിന്നാണ്, $\mathrm{D}$, $\mathrm{L}$ കോൺഫിഗറേഷൻ നിർണ്ണയിക്കുന്ന കൈറൽ കേന്ദ്രത്തിൽ (ഗ്ലൂക്കോസിന്റെ കാര്യത്തിൽ $\mathrm{C}-5$). മറ്റൊരു അനോമറിനെ $\beta$-അനോമർ എന്ന് അറിയപ്പെടുന്നു.

ജലീയ ലായനിയിൽ $\alpha$, $\beta$ അനോമറുകളുടെ പരസ്പര പരിവർത്തനത്തെ മ്യൂട്ടാറൊട്ടേഷൻ എന്ന് വിളിക്കുന്നു, ഇതിൽ ഒരു വലയ രൂപം ഹ്രസ്വമായി രേഖീയ രൂപത്തിലേക്ക് തുറക്കുകയും, തുടർന്ന് വീണ്ടും അടയ്ക്കുകയും $\beta$ അനോമറുകൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു (ചിത്രം 3.4).

ചിത്രം. 3.4: ഗ്ലൂക്കോസിന്റെ രണ്ട് ചാക്രിക രൂപങ്ങൾ

$-\mathrm{OH}$ ന്റെ വ്യത്യസ്ത കോൺഫിഗറേഷൻ ഒരു കാർബൺ അണുവിൽ മാത്രമുള്ള ഐസോമറുകളെ എപിമറുകൾ എന്ന് അറിയപ്പെടുന്നു. ഗ്ലൂക്കോസിന്റെ ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട എപിമറുകൾ മന്നോസ് ($\mathrm{C}-2$ ൽ എപിമറുകൾ), ഗാലക്ടോസ് (സി-4 ൽ എപിമറുകൾ) എന്നിവയാണ്, ചിത്രം 3.5 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ.

ചിത്രം. 3.5: ഗ്ലൂക്കോസിന്റെ എപിമറുകൾ

(ബി) ഡൈസാക്കറൈഡുകൾ

ഡൈസാക്കറൈഡുകൾ രണ്ട് മോണോസാക്കറൈഡുകൾ ഗ്ലൈക്കോസിഡിക് ബന്ധനം വഴി ചേർന്നതാണ്. ഡൈസാക്കറൈഡ് മാൾട്ടോസിൽ രണ്ട് ഡി-ഗ്ലൂക്കോസ് അവശിഷ്ടങ്ങൾ ഒരു ഗ്ലൈക്കോസിഡിക് ബന്ധനം വഴി ചേർന്നിരിക്കുന്നു, അത് ഒരു സഹസംയോജക ബോണ്ടാണ്, അത് ഒരു മോണോസാക്കറൈഡിന്റെ $-\mathrm{OH}$ ഗ്രൂപ്പും മറ്റൊരു പഞ്ചസാര യൂണിറ്റിന്റെ അനോമെറിക് കാർബണും ചേർന്ന് രൂപംകൊള്ളുന്നു. ലാക്ടോസ് ഡി-ഗാലക്ടോസ്, ഡി-ഗ്ലൂക്കോസ് അവശിഷ്ടങ്ങൾ കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത് (ചിത്രം 3.6, 3.7).

ഡൈസാക്കറൈഡുകൾ നേർപ്പിച്ച ആസിഡുമായി തിളപ്പിച്ച് അവയുടെ ഘടക മോണോസാക്കറൈഡുകളായി ഹൈഡ്രോലൈസ് ചെയ്യാം. സുക്രോസ് ഹൈഡ്രോലൈസ് ചെയ്യുമ്പോൾ ഗ്ലൂക്കോസ്, ഫ്രക്ടോസ് എന്നിവയുടെ മിശ്രിതം ലഭിക്കുന്നു.

ചിത്രം. 3.6: $\alpha$ ഡി-ഗ്ലൂക്കോസിന്റെ രണ്ട് തന്മാത്രകളിൽ നിന്ന് മാൾട്ടോസ് രൂപീകരണം

ലാക്ടോസ് ($\beta$-ഡി-ഗാലക്ടോപൈറാനോസിൽ-$(1 \rightarrow 4) \alpha$-ഡി-ഗ്ലൂക്കോപൈറാനോസ്)

ചിത്രം. 3.7: ലാക്ടോസിന്റെ ഘടന

(സി) പോളിസാക്കറൈഡുകൾ

ഹോമോപോളിസാക്കറൈഡുകൾ നിർവഹിക്കുന്ന പ്രവർത്തന പങ്കുകളെ ആശ്രയിച്ച് സംഭരണ പോളിസാക്കറൈഡുകളായും ഘടനാപരമായ പോളിസാക്കറൈഡുകളായും തിരിച്ചിരിക്കുന്നു. സംഭരണ പോളിസാക്കറൈഡുകൾ ഇന്ധനമായി ഉപയോഗിക്കുന്ന മോണോസാക്കറൈഡിന്റെ സംഭരണ രൂപമായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു. സസ്യങ്ങളിലെ സംഭരണ പോളിസാക്കറൈഡിന്റെ ഉദാഹരണമാണ് സ്റ്റാർച്ച്, ജന്തുക്കളിലെ സംഭരണ പോളിസാക്കറൈഡാണ് ഗ്ലൈക്കോജൻ. സെല്ലുലോസ്, കൈറ്റിൻ എന്നിവ പോലുള്ള ഘടനാപരമായ പോളിസാക്കറൈഡുകൾ യഥാക്രമം സസ്യ കോശഭിത്തിയിലും ജന്തു എക്സോസ്കെലിറ്റണിലും ഘടനാപരമായ മൂലകങ്ങളായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു. ഹോമോപോളിസാക്കറൈഡുകളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, ഹെറ്ററോപോളിസാക്കറൈഡുകൾ ജീവികൾക്ക് ബാഹ്യകോശ പിന്തുണ നൽകുന്നു. ജന്തു കലകളുടെ ബാഹ്യകോശ ഇടത്തിൽ, ഇവ ഒരു മാട്രിക്സ് രൂപീകരിക്കുന്നു, അത് വ്യക്തിഗത കോശങ്ങളെ ഒരുമിച്ച് പിടിച്ചുനിർത്തുകയും കോശങ്ങൾക്കും കലകൾക്കും ആകൃതി, പിന്തുണ, സംരക്ഷണം നൽകുകയും ചെയ്യുന്നു. ചില ഹോമോപോളിസാക്കറൈഡുകളുടെ പേരുകളും ഗുണങ്ങളും പട്ടിക 3.2 ൽ നൽകിയിരിക്കുന്നു

പട്ടിക 3.2: ചില സാധാരണ ഹോമോപോളിസാക്കറൈഡുകളുടെ പട്ടിക