మునుపటి అధ్యాయంలో మీరు కణం మరియు దాని అంగకాల గురించి తెలుసుకున్నారు. ప్రతి అంగకం విభిన్న నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు అందువల్ల విభిన్న విధిని నిర్వహిస్తుంది. ఉదాహరణకు, కణ త్వచం లిపిడ్లు మరియు ప్రోటీన్లతో తయారవుతుంది. కణ భిత్తి కార్బోహైడ్రేట్లతో తయారవుతుంది. క్రోమోజోములు ప్రోటీన్ మరియు న్యూక్లిక్ ఆమ్లం, అంటే DNAతో తయారవుతాయి మరియు రైబోజోములు ప్రోటీన్ మరియు న్యూక్లిక్ ఆమ్లాలు, అంటే RNAతో తయారవుతాయి. కణ అంగకాల యొక్క ఈ పదార్థాలను మాక్రోమాలిక్యూల్స్ లేదా జీవ అణువులు అని కూడా పిలుస్తారు. జీవ అణువులకు నాలుగు ప్రధాన రకాలు ఉన్నాయి: కార్బోహైడ్రేట్లు, ప్రోటీన్లు, లిపిడ్లు మరియు న్యూక్లిక్ ఆమ్లాలు. కణం యొక్క నిర్మాణాత్మక అంశాలుగా ఉండటంతోపాటు, ఈ జీవ అణువులు కణ ప్రక్రియలలో ముఖ్యమైన విధులను నిర్వహిస్తాయి. ఈ అధ్యాయంలో మీరు ఈ జీవ అణువుల నిర్మాణం మరియు విధులను అధ్యయనం చేస్తారు.

3.1 కార్బోహైడ్రేట్లు

కార్బోహైడ్రేట్లు ప్రకృతిలో అత్యంత సమృద్ధిగా ఉండే జీవ అణువుల వర్గాలలో ఒకటి మరియు అన్ని జీవ రూపాలలో విస్తృతంగా పంపిణీ చేయబడతాయి. రసాయనికంగా, అవి బహుహైడ్రిక్ ఆల్కహాల్ల యొక్క ఆల్డిహైడ్ మరియు కీటోన్ ఉత్పన్నాలు. జీవులలో కార్బోహైడ్రేట్ల ప్రధాన పాత్ర శక్తి యొక్క ప్రాథమిక మూలంగా పనిచేయడం. ఈ అణువులు శక్తి నిల్వలుగా కూడా పనిచేస్తాయి, చర్యాశీల మధ్యస్థాలు, మరియు బ్యాక్టీరియా మరియు మొక్కల కణ భిత్తి యొక్క ప్రధాన భాగాలలో ఒకటి. అలాగే, ఇవి DNA మరియు RNAలో భాగం, దీనిని మీరు ఈ అధ్యాయంలో తరువాత అధ్యయనం చేస్తారు. బ్యాక్టీరియా మరియు మొక్కల కణ భిత్తులు కార్బోహైడ్రేట్ల పాలిమర్లతో తయారవుతాయి. కార్బోహైడ్రేట్లు సమాచార పదార్థాలుగా కూడా పనిచేస్తాయి మరియు కణ-కణ పరస్పర చర్యలో, మరియు కణాలు కణ పర్యావరణంలోని ఇతర మూలకాలతో పరస్పర చర్యలో పాత్ర పోషించే ప్రోటీన్లు మరియు లిపిడ్ల ఉపరితలాలతో జతచేయబడతాయి.

(A) కార్బోహైడ్రేట్ల వర్గీకరణ

కార్బోహైడ్రేట్లు సాధారణ చక్కెరల నుండి ఒకటి కంటే ఎక్కువ యూనిట్ల సంక్లిష్ట పాలిమర్ల వరకు వివిధ రూపాలలో కనిపిస్తాయి, మరియు దీని ప్రకారం వాటిని వర్గీకరించారు. అవి సాధారణంగా మూడు వర్గాలుగా వర్గీకరించబడ్డాయి, అవి: మోనోసాకరైడ్లు, ఒలిగోసాకరైడ్లు మరియు పాలిసాకరైడ్లు.

1. మోనోసాకరైడ్లు

మోనోసాకరైడ్లు సాధారణ చక్కెరలు, వీటిని మరింత సరళ రూపాలుగా జలవిశ్లేషణ చేయలేము. ఈ మోనోసాకరైడ్లు సరళమైన కార్బోహైడ్రేట్లు, ఇవి ఉచిత ఆల్డిహైడ్ $(-\mathrm{CHO})$ మరియు కీటోన్ $(>\mathrm{C}=\mathrm{O})$ సమూహాలను కలిగి ఉంటాయి, రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ హైడ్రాక్సిల్ $(-\mathrm{OH})$ సమూహాలతో $\mathrm{C} _n\left(\mathrm{H} _2 \mathrm{O}\right)_n$ సాధారణ సూత్రంతో. కార్బన్ పరమాణువుల సంఖ్య మరియు క్రియాత్మక సమూహాల ఆధారంగా, మోనోసాకరైడ్లు పట్టిక 3.1లో ఇవ్వబడినట్లుగా వర్గీకరించబడ్డాయి.

పట్టిక 3.1: మోనోసాకరైడ్ల వర్గీకరణ

2. ఒలిగోసాకరైడ్లు

సంప్రదాయంగా, ఒలిగోసాకరైడ్లు రెండు నుండి పది యూనిట్ల మోనోసాకరైడ్లను గ్లైకోసిడిక్ బంధం ద్వారా కలిపి ఉంచే కార్బోహైడ్రేట్లు. కొన్ని సాధారణంగా కనిపించే ఒలిగోసాకరైడ్లు మాల్టోస్, లాక్టోస్, సుక్రోస్ మొదలైనవి.

3. పాలిసాకరైడ్లు

పాలిసాకరైడ్లు పది లేదా అంతకంటే ఎక్కువ మోనోసాకరైడ్ యూనిట్ల పాలిమర్లు, ఇవి గ్లైకోసిడిక్ బంధాల ద్వారా కలిపి ఉంటాయి. పునరావృత మోనోసాకరైడ్ యూనిట్ రకం (సజాతీయ- మరియు విజాతీయ-పాలిసాకరైడ్లు) ఆధారంగా; శాఖాయుతత్వం యొక్క స్థాయిలో, మరియు మోనోమెరిక్ యూనిట్ల మధ్య గ్లైకోసిడిక్ బంధం రకం ఆధారంగా ఇవి అనేక రకాలుగా వర్గీకరించబడ్డాయి. కొన్ని సాధారణ పాలిసాకరైడ్ల ఉదాహరణలు స్టార్చ్, గ్లైకోజెన్, సెల్యులోస్ మరియు కైటిన్.

కార్బోహైడ్రేట్లను ప్రోటీన్లు మరియు లిపిడ్లతో సంయోగం చేయవచ్చు గ్లైకోకాన్జుగేట్లను ఏర్పరచడానికి. గ్లైకోకాన్జుగేట్లకు మూడు రకాలు ఉన్నాయి; గ్లైకోప్రోటీన్లు, ప్రోటియోగ్లైకాన్లు మరియు గ్లైకోలిపిడ్లు. కార్బోహైడ్రేట్ మరియు ప్రోటీన్ సంయోగంలో ప్రోటీన్ భాగం ప్రధానంగా ఉంటే, దానిని గ్లైకోప్రోటీన్ అంటారు. సంయోగంలో ప్రోటీన్ కంటే ప్రధానంగా కార్బోహైడ్రేట్ ఉంటే, దానిని ప్రోటియోగ్లైకాన్ అంటారు. కార్బోహైడ్రేట్ లిపిడ్లతో సంయోగం చేసినప్పుడు, దానిని గ్లైకోలిపిడ్ అంటారు.

(B) కార్బోహైడ్రేట్ల నిర్మాణం మరియు లక్షణాలు

(a) మోనోసాకరైడ్లు

కొన్ని సాధారణ మోనోసాకరైడ్ల నిర్మాణం (Fig 3.1)లో ఇవ్వబడింది. గ్లూకోస్ వంటి మోనోసాకరైడ్ రెండు రూపాల్లో ఉంటుంది

Fig. 3.1: కొన్ని మోనోసాకరైడ్ల నిర్మాణం

సరళ గొలుసు నిర్మాణం మరియు చక్రీయ నిర్మాణం (Fig. 3.2). చక్రీయ నిర్మాణాలు కార్బోనైల్ సమూహం మరియు హైడ్రాక్సిల్ సమూహం మధ్య అంతర్గత చర్య ద్వారా హెమియాసిటల్ ఏర్పడటం యొక్క ఫలితం.

Fig. 3.2: గ్లూకోస్ నిర్మాణం: (a) సరళ గొలుసు మరియు (b) చక్రీయ రూపం

డైహైడ్రాక్సీ అసిటోన్ మినహా అన్ని మోనోసాకరైడ్లు ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ అసమాన (కైరల్) కార్బన్ (నాలుగు విభిన్న సమూహాలచే బంధించబడిన కార్బన్ పరమాణువులు) కలిగి ఉంటాయి, అందువల్ల, ఆప్టికల్గా చురుకైన ఐసోమర్లు (ఎనాంటియోమర్లు). $n$ కైరల్ కేంద్రాలు కలిగిన అణువు $2^{\mathrm{n}}$ స్టీరియోఐసోమర్లను కలిగి ఉంటుంది. అందువలన, ఒక కైరల్ కేంద్రం కలిగిన గ్లిసరాల్డిహైడ్ $2^{1}=2$ మరియు నాలుగు కైరల్ కేంద్రాలు కలిగిన గ్లూకోస్ $2^{4}=16$ స్టీరియోఐసోమర్లను కలిగి ఉంటుంది.

కార్బోనైల్ కార్బన్ నుండి చాలా దూరంలో ఉన్న $-\mathrm{OH}$ సమూహం యొక్క ఆరియెంటేషన్ చక్కెర D లేదా L చక్కెరలకు చెందినదా అని నిర్ణయిస్తుంది. ఈ- $\mathrm{OH}$ సమూహం దానిని కలిగి ఉన్న కార్బన్ పరమాణువు యొక్క కుడి వైపున ఉన్నప్పుడు చక్కెర D-ఐసోమర్, మరియు అది ఎడమ వైపున ఉన్నప్పుడు, చక్కెర L ఐసోమర్లు (Fig. 3.3). జీవ వ్యవస్థలో ఉన్న చక్కెరలలో ఎక్కువ భాగం D చక్కెరలు.

Fig. 3.3: గ్లూకోస్ యొక్క $L$ మరియు $D$ రూపాలు

హెమియాసిటల్ (మోనోసాకరైడ్ యొక్క ఆల్కహాలిక్ మరియు ఆల్డిహైడ్ సమూహాల మధ్య చర్య కారణంగా ఏర్పడుతుంది) లేదా హెమికీటల్ (మోనోసాకరైడ్ యొక్క ఆల్కహాలిక్ మరియు కీటో సమూహాల మధ్య చర్య కారణంగా ఏర్పడుతుంది) కార్బన్ పరమాణువు గురించి వాటి ఆకృతిలో మాత్రమే భిన్నంగా ఉండే మోనోసాకరైడ్ యొక్క ఐసోమెరిక్ రూపాలను అనోమర్లు అంటారు. కార్బోనైల్ కార్బన్ పరమాణువును అనోమెరిక్ కార్బన్ అంటారు. $\alpha$-అనోమర్లో, కార్బన్ యొక్క - $\mathrm{OH}$ సమూహం చక్కెర రింగ్ నుండి $\mathrm{CH}_{2} \mathrm{OH}$ సమూహం యొక్క వ్యతిరేక వైపున ఉంటుంది, ఇది $\mathrm{D}$ మరియు $\mathrm{L}$ ఆకృతిని నిర్దేశించే కైరల్ కేంద్రం వద్ద ఉంటుంది (గ్లూకోస్ విషయంలో $\mathrm{C}-5$). ఇతర అనోమర్ను $\beta$-అనోమర్ అని పిలుస్తారు.

జల ద్రావణంలో $\alpha$ మరియు $\beta$ అనోమర్ల పరస్పర మార్పిడిని మ్యుటారోటేషన్ అంటారు, దీనిలో ఒక రింగ్ రూపం సరళ రూపంలోకి క్లుప్తంగా తెరుచుకుంటుంది, తర్వాత మళ్లీ $\beta$ అనోమర్లను ఉత్పత్తి చేయడానికి మూసివేస్తుంది (Fig 3.4).

Fig. 3.4: గ్లూకోస్ యొక్క రెండు చక్రీయ రూపాలు

$-\mathrm{OH}$ యొక్క విభిన్న ఆకృతిని కేవలం ఒక కార్బన్ పరమాణువు వద్ద మాత్రమే కలిగి ఉండే ఐసోమర్లను ఎపిమర్లు అంటారు. గ్లూకోస్ యొక్క అతి ముఖ్యమైన ఎపిమర్లు మానోస్ ($\mathrm{C}-2$ వద్ద ఎపిమర్లు) మరియు గెలాక్టోస్ (C-4 వద్ద ఎపిమర్లు) Fig. 3.5లో చూపినట్లుగా.

Fig. 3.5: గ్లూకోస్ యొక్క ఎపిమర్లు

(b) డైసాకరైడ్లు

డైసాకరైడ్లు గ్లైకోసిడిక్ బంధం ద్వారా జతచేయబడిన రెండు మోనోసాకరైడ్లను కలిగి ఉంటాయి. డైసాకరైడ్ మాల్టోస్ రెండు D-గ్లూకోస్ అవశేషాలను గ్లైకోసిడిక్ బంధం ద్వారా కలిగి ఉంటుంది, ఇది ఒక మోనోసాకరైడ్ యొక్క $-\mathrm{OH}$ సమూహం మరొక చక్కెర యూనిట్ యొక్క అనోమెరిక్ కార్బన్తో జతచేయడం ద్వారా ఏర్పడే సమయోజనీయ బంధం. లాక్టోస్ D-గెలాక్టోస్ మరియు D-గ్లూకోస్ అవశేషాలతో తయారవుతుంది (Fig. 3.6 మరియు 3.7).

డైసాకరైడ్లను సాంద్రీకృత ఆమ్లంతో మరిగించడం ద్వారా వాటి కూర్పు మోనోసాకరైడ్లను ఇచ్చే విధంగా జలవిశ్లేషణ చేయవచ్చు. సుక్రోస్ జలవిశ్లేషణ గ్లూకోస్ మరియు ఫ్రక్టోస్ మిశ్రమాన్ని ఇస్తుంది.

Fig. 3.6: రెండు $\alpha$ D-గ్లూకోస్ అణువుల నుండి మాల్టోస్ ఏర్పడటం

లాక్టోస్ ($\beta$-D-గెలాక్టోపైరానోసిల్-$(1 \rightarrow 4) \alpha$-D-గ్లూకోపైరానోస్)

Fig. 3.7: లాక్టోస్ నిర్మాణం

(c) పాలిసాకరైడ్లు

సజాతీయ పాలిసాకరైడ్లు పోషించే క్రియాత్మక పాత్రల ఆధారంగా నిల్వ పాలిసాకరైడ్లు మరియు నిర్మాణాత్మక పాలిసాకరైడ్లుగా విభజించబడ్డాయి. నిల్వ పాలిసాకరైడ్లు ఇంధనంగా ఉపయోగించే మోనోసాకరైడ్ యొక్క నిల్వ రూపంగా పనిచేస్తాయి. స్టార్చ్ మొక్కలలో నిల్వ పాలిసాకరైడ్కు ఉదాహరణ, మరియు గ్లైకోజెన్ జంతువులలో నిల్వ పాలిసాకరైడ్. సెల్యులోస్ మరియు కైటిన్ వంటి నిర్మాణాత్మక పాలిసాకరైడ్లు వరుసగా మొక్కల కణ భిత్తి మరియు జంతువుల బాహ్య అస్థిపంజరంలో నిర్మాణాత్మక అంశాలుగా పనిచేస్తాయి. సజాతీయ పాలిసాకరైడ్లకు భిన్నంగా, విజాతీయ పాలిసాకరైడ్లు జీవులకు బాహ్యకణ మద్దతును అందిస్తాయి. జంతు కణజాలాల బాహ్యకణ స్థలంలో, ఇవి వ్యక్తిగత కణాలను కలిపి ఉంచే మాత్రికను ఏర్పరుస్తాయి మరియు కణాలు మరియు కణజాలాలకు ఆకారం, మద్దతు మరియు రక్షణను అందిస్తాయి. కొన్ని సజాతీయ పాలిసాకరైడ్ల పేర్లు మరియు లక్షణాలు పట్టిక 3.2లో ఇవ్వబడ్డాయి

పట్టిక 3.2: కొన్ని సాధారణ సజాతీయ పాలిసాకరైడ్ల జాబితా

కొన్ని సాధారణ పాలిసాకరైడ్ల ఉదాహరణలు

(a) స్టార్చ్

స్టార్చ్ గడ్డలు, విత్తనాలు, పండ్లు మరియు వేర్లలో రిజర్వ్ కార్బోహైడ్రేట్గా మొక్కలలో కనిపిస్తుంది. ఇది రెండు సజాతీయ పాలిసాకరైడ్లతో రూపొందించబడింది, అమైలోస్ (15-20\%) మరియు అమైలోపెక్టిన్ $(80-85 \%)$. అమైలోస్ a-D-గ్లూకోస్ మోనోమర్ల రేఖీయ పాలిమర్ మరియు $\mathrm{a}(1 \rightarrow 4)$ బంధాల ద్వారా లింక్ చేయబడింది (Fig.3.8). అమైలోపెక్టిన్, మరోవైపు, గ్లూకోస్ యూనిట్లను కలిగి ఉంటుంది $\mathrm{a}(1 \rightarrow 4)$ గ్లైకోసిడిక్ బంధం ద్వారా లింక్ చేయబడింది, అమైలోస్ వలె. అయితే, అమైలోస్కు భిన్నంగా, ఇది చాలా శాఖాయుతంగా ఉంటుంది. శాఖా బిందువులు ప్రతి 24 నుండి 30 గ్లూకోస్ అవశేషాలకు సంభవిస్తాయి మరియు శాఖా బిందువుల వద్ద బంధం $\mathrm{a}(1 \rightarrow 6)$ గ్లైకోసిడిక్ (Fig. 3.9). అయోడిన్తో స్టార్చ్ యొక్క లక్షణ నీలి రంగు అమైలోస్ కారణంగా ఉంటుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, అమైలోపెక్టిన్ అయోడిన్తో మాత్రమే మసక ఎరుపు గోధుమ రంగును ఇస్తుంది. లాలాజలంలో ఉన్న ఎంజైమ్లు (లాలాజల అమైలేస్) మరియు ప్యాంక్రియాటిక్ జ్యూస్ (ప్యాంక్రియాటిక్ అమైలేస్) $\mathrm{a}(1 \rightarrow 4$ ) స్టార్చ్ యొక్క గ్లైకోసిడిక్ బంధాలను జలవిశ్లేషణ చేస్తాయి కాబట్టి దానిని మోనోమెరిక్ గ్లూకోస్ అవశేషాలుగా జీర్ణం చేస్తాయి.

$\hspace{8cm}\alpha(1 \rightarrow 4)$ గ్లైకోసిడిక్ బంధం

Fig. 3.8: అమైలోస్ నిర్మాణం

Fig. 3.9: అమైలోపెక్టిన్ నిర్మాణం

(b) గ్లైకోజెన్

గ్లైకోజెన్ జంతువులలో కనిపించే విస్తృతంగా శాఖాయుతమైన నిల్వ సజాతీయ పాలిసాకరైడ్. అమైలోపెక్టిన్ వలె, ఇది గ్లూకోస్ యూనిట్లను $\mathrm{a}(1 \rightarrow 4)$ గ్లైకోసిడిక్ బంధం ద్వారా కలిపి ఉంచడం మరియు శాఖా బిందువుల వద్ద $\alpha(1 \rightarrow 6)$ బంధం కలిగి ఉంటుంది. కండర కణాలు వాటి పొడి బరువులో 1-2 శాతం గ్లైకోజెన్ను కలిగి ఉంటాయి, మరియు కాలేయ కణాలు వాటి పొడి బరువులో 10 శాతం వరకు గ్లైకోజెన్ను కలిగి ఉంటాయి.

(c) సెల్యులోస్

సెల్యులోస్ మొక్కలలో కనిపించే అత్యంత సమృద్ధిగా ఉండే బాహ్యకణ నిర్మాణాత్మక పాలిసాకరైడ్. ఇది జీవావరణంలోని అన్ని జీవ అణువులలో అత్యంత సమృద్ధిగా ఉంటుంది. ఇది మొక్కల కణ భిత్తి యొక్క ప్రాథమిక నిర్మాణాత్మక భాగం. నిర్మాణాత్మక