అధ్యాయం 09 జీవ అణువులు

మన జీవావరణంలో జీవులలో విస్తృత వైవిధ్యం ఉంది. ఇప్పుడు మన మనస్సులలో ఒక ప్రశ్న తలెత్తుతుంది: అన్ని జీవులు ఒకే రసాయనాలు, అంటే మూలకాలు మరియు సమ్మేళనాలతో తయారైనవేనా? మూలక విశ్లేషణ ఎలా చేయబడుతుందో మీరు రసాయన శాస్త్రంలో నేర్చుకున్నారు. మనం ఒక మొక్క కణజాలం, జంతు కణజాలం లేదా సూక్ష్మజీవి పేస్ట్పై అటువంటి విశ్లేషణ చేస్తే, మనకు కార్బన్, హైడ్రోజన్, ఆక్సిజన్ మరియు అనేక ఇతర మూలకాల జాబితా మరియు జీవ కణజాలం యొక్క యూనిట్ ద్రవ్యరాశికి వాటి సంబంధిత పరిమాణం లభిస్తుంది. జీవం లేని పదార్థానికి ఉదాహరణగా భూపటలం ముక్కపై అదే విశ్లేషణ చేస్తే, సమానమైన జాబితా వస్తుంది. ఈ రెండు జాబితాల మధ్య తేడాలు ఏమిటి? సంపూర్ణంగా చెప్పాలంటే, ఎటువంటి తేడాలు గుర్తించలేము. భూపటలం నమూనాలో ఉన్న అన్ని మూలకాలు జీవ కణజాల నమూనాలో కూడా ఉంటాయి. అయితే, సన్నిహిత పరిశీలన ఏదైనా జీవిలో కార్బన్ మరియు హైడ్రోజన్ సాపేక్ష సమృద్ధి ఇతర మూలకాలతో పోల్చితే భూపటలం కంటే ఎక్కువగా ఉంటుందని తెలియజేస్తుంది (పట్టిక 9.1).

9.1 రసాయనిక కూర్పును ఎలా విశ్లేషించాలి?

అదే విధంగా మనం ప్రశ్నించడం కొనసాగించవచ్చు, జీవులలో ఎలాంటి కర్బన సమ్మేళనాలు కనిపిస్తాయి? దీనికి సమాధానం ఎలా తెలుసుకోవాలి? సమాధానం పొందడానికి, ఒకరు రసాయన విశ్లేషణ చేయాలి. మనం ఏదైనా జీవ కణజాలాన్ని (కూరగాయ లేదా కాలేయం ముక్క, మొదలైనవి) తీసుకొని దాన్ని మోర్టార్ మరియు పెస్టిల్ ఉపయోగించి ట్రైక్లోరోఎసిటిక్ ఆమ్లంలో (Cl3CCOOH) రుబ్బవచ్చు. మనకు మందపాటి ముద్ద లభిస్తుంది. దీన్ని చీజ్ క్లాత్ లేదా పత్తి ద్వారా గాలించినట్లయితే, రెండు భాగాలు లభిస్తాయి. ఒకటి ఫిల్ట్రేట్ లేదా మరింత సాంకేతికంగా, ఆమ్ల-ద్రావణీయ సముదాయం అని పిలువబడుతుంది, మరియు రెండవది, రిటెంటేట్ లేదా ఆమ్ల-అద్రావణీయ భాగం. శాస్త్రవేత్తలు ఆమ్ల-ద్రావణీయ సముదాయంలో వేలాది కర్బన సమ్మేళనాలను కనుగొన్నారు.

ఉన్నత తరగతుల్లో మీరు జీవ కణజాల నమూనాను ఎలా విశ్లేషించాలి మరియు ఒక నిర్దిష్ట కర్బన సమ్మేళనాన్ని ఎలా గుర్తించాలో నేర్చుకుంటారు. ఇక్కడ ఇది చెప్పడం సరిపోతుంది: ఒకరు సమ్మేళనాలను సేకరించి, ఆ సారాన్ని వివిధ వేరు చేయు పద్ధతులకు లోనుచేస్తారు, ఒక సమ్మేళనం అన్ని ఇతర సమ్మేళనాల నుండి వేరు చేయబడే వరకు. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, ఒకరు ఒక సమ్మేళనాన్ని వేరు చేసి శుద్ధి చేస్తారు. విశ్లేషణాత్మక పద్ధతులు, ఆ సమ్మేళనానికి వర్తించినప్పుడు, ఆ సమ్మేళనం యొక్క అణుసూత్రం మరియు సంభావ్య నిర్మాణం గురించి మాకు ఒక ఆలోచన ఇస్తాయి. జీవ కణజాలాల నుండి మనకు లభించే అన్ని కార్బన్ సమ్మేళనాలను ‘జీవ అణువులు’ అని పిలవవచ్చు. అయితే, జీవులలో అకర్బన మూలకాలు మరియు సమ్మేళనాలు కూడా ఉంటాయి. ఇది మనకు ఎలా తెలుసు? కొంచెం భిన్నమైన కానీ విధ్వంసక ప్రయోగం చేయాలి. ఒకరు చిన్న మొత్తంలో జీవ కణజాలాన్ని (ఆకు లేదా కాలేయం అని చెప్పండి మరియు దీనిని తడి బరువు అంటారు) తూకం వేసి, ఆరబెట్టాలి. అన్ని నీరు బాష్పీభవిస్తుంది. మిగిలిన పదార్థం పొడి బరువును ఇస్తుంది. ఇప్పుడు కణజాలం పూర్తిగా కాల్చబడితే, అన్ని కార్బన్ సమ్మేళనాలు వాయు రూపంలోకి (CO2, నీటి ఆవిరి) ఆక్సీకరణం చెంది తొలగించబడతాయి. మిగిలి ఉన్నది ‘బూడిద’ అని పిలువబడుతుంది. ఈ బూడిదలో అకర్బన మూలకాలు (కాల్షియం, మెగ్నీషియం మొదలైనవి) ఉంటాయి. సల్ఫేట్, ఫాస్ఫేట్ వంటి అకర్బన సమ్మేళనాలు కూడా ఆమ్ల-ద్రావణీయ భాగంలో కనిపిస్తాయి. కాబట్టి మూలక విశ్లేషణ జీవ కణజాలాల మూలక కూర్పును హైడ్రోజన్, ఆక్సిజన్, క్లోరిన్, కార్బన్ మొదలైన రూపంలో ఇస్తుంది.

పట్టిక 9.1 జీవం లేని మరియు జీవ పదార్థాలలో ఉన్న మూలకాల పోలిక

మూలకం	% బరువు భూపటలం మానవ శరీరం
హైడ్రోజన్ (H)	0.14	0.5
కార్బన్ (C)	0.03	18.5
ఆక్సిజన్ (O)	46.6	65.0
నైట్రోజన్ (N)	చాలా తక్కువ	3.3
సల్ఫర్ (S)	0.03	0.3
సోడియం (Na)	2.8	0.2
కాల్షియం (Ca)	3.6	1.5
మెగ్నీషియం (Mg)	2.1	0.1
సిలికాన్ (Si)	27.7	నగణ్యం
* CNR రావ్ నుండి అనుకూలం, అండర్స్టాండింగ్ కెమిస్ట్రీ.
యూనివర్సిటీస్ ప్రెస్. హైదరాబాద్.

పట్టిక 9.2 జీవ కణజాలాల ప్రతినిధి అకర్బన భాగాల జాబితా

భాగం	సూత్రం
సోడియం	$\mathrm{Na}^{+}$
పొటాషియం	$\mathrm{K}^{+}$
కాల్షియం	$\mathrm{Ca}^{++}$
మెగ్నీషియం	$\mathrm{Mg}^{++}$
నీరు	$\mathrm{H}_2 \mathrm{O}$
సమ్మేళనాలు	$\mathrm{NaCl}^{+}, \mathrm{CaCO}_3$,
	$\mathrm{PO}_4^{3-}, \mathrm{SO}_4^{2-}$

సమ్మేళనాల విశ్లేషణ జీవ కణజాలాలలో ఉన్న కర్బన (చిత్రం 9.1) మరియు అకర్బన భాగాల (పట్టిక 9.2) రకం గురించి ఒక ఆలోచన ఇస్తుంది. రసాయన శాస్త్ర దృక్కోణం నుండి, ఒకరు ఆల్డిహైడ్లు, కీటోన్లు, సుగంధ సమ్మేళనాలు మొదలైన క్రియాత్మక సమూహాలను గుర్తించవచ్చు. కానీ జీవశాస్త్ర దృక్కోణం నుండి, మనం వాటిని అమైనో ఆమ్లాలు, న్యూక్లియోటైడ్ బేస్లు, కొవ్వు ఆమ్లాలు మొదలైన వాటిగా వర్గీకరిస్తాము. జీవం లేని మరియు జీవ పదార్థాలలో ఉన్న మూలకాల పోలిక*

అమైనో ఆమ్లాలు ఒక అమైనో సమూహం మరియు ఒక ఆమ్ల సమూహాన్ని ఒకే కార్బన్ అంటే α-కార్బన్పై ప్రత్యామ్నాయాలుగా కలిగి ఉండే కర్బన సమ్మేళనాలు. అందుకే వాటిని α-అమైనో ఆమ్లాలు అంటారు. అవి ప్రత్యామ్నాయ మీథేన్లు. నాలుగు సంయోజకత స్థానాలను ఆక్రమించే నాలుగు ప్రత్యామ్నాయ సమూహాలు ఉన్నాయి. ఇవి హైడ్రోజన్, కార్బాక్సిల్ సమూహం, అమైనో సమూహం మరియు R సమూహంగా నిర్దేశించబడిన ఒక చర సమూహం. R సమూహం యొక్క స్వభావం ఆధారంగా అనేక అమైనో ఆమ్లాలు ఉన్నాయి. అయితే, ప్రోటీన్లలో కనిపించేవి ఇరవై రకాలు మాత్రమే. ఈ ప్రోటీన్ అమైనో ఆమ్లాలలో R సమూహం హైడ్రోజన్ (అమైనో ఆమ్లాన్ని గ్లైసిన్ అంటారు), మిథైల్ సమూహం (అలనైన్), హైడ్రాక్సీ మిథైల్ (సెరిన్) మొదలైనవి కావచ్చు. ఇరవైలో మూడు చిత్రం 9.1లో చూపబడ్డాయి.

అమైనో ఆమ్లాల రసాయన మరియు భౌతిక లక్షణాలు తప్పనిసరిగా అమైనో, కార్బాక్సిల్ మరియు R క్రియాత్మక సమూహాలవి. అమైనో మరియు కార్బాక్సిల్ సమూహాల సంఖ్య ఆధారంగా, ఆమ్ల (ఉదా., గ్లూటామిక్ ఆమ్లం), క్షార (లైసిన్) మరియు తటస్థ (వాలిన్) అమైనో ఆమ్లాలు ఉన్నాయి. అదేవిధంగా, సుగంధ అమైనో ఆమ్లాలు (టైరోసిన్, ఫెనిలాలనిన్, ట్రిప్టోఫాన్) ఉన్నాయి. అమైనో ఆమ్లాల ఒక ప్రత్యేక లక్షణం –NH2 మరియు –COOH సమూహాల యొక్క అయానీకరణ స్వభావం. కాబట్టి వివిధ pH విలువల ద్రావణాలలో, అమైనో ఆమ్లాల నిర్మాణం మారుతుంది.

లిపిడ్లు సాధారణంగా నీటిలో కరగవు. అవి సాధారణ కొవ్వు ఆమ్లాలు కావచ్చు. ఒక కొవ్వు ఆమ్లం ఒక R సమూహానికి జోడించబడిన కార్బాక్సిల్ సమూహాన్ని కలిగి ఉంటుంది. R సమూహం మిథైల్ (–CH3), లేదా ఈథైల్ (–C2H5) లేదా ఎక్కువ సంఖ్యలో –CH2 సమూహాలు (1 కార్బన్ నుండి 19 కార్బన్లు) కావచ్చు. ఉదాహరణకు, పామిటిక్ ఆమ్లంలో కార్బాక్సిల్ కార్బన్తో సహా 16 కార్బన్లు ఉంటాయి. అరాకిడోనిక్ ఆమ్లంలో కార్బాక్సిల్ కార్బన్తో సహా 20 కార్బన్ పరమాణువులు ఉంటాయి. కొవ్వు ఆమ్లాలు సంతృప్త (డబుల్ బాండ్ లేకుండా) లేదా అసంతృప్త (ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ C=C డబుల్ బాండ్లతో) కావచ్చు. మరొక సాధారణ లిపిడ్ గ్లిసరాల్, ఇది ట్రైహైడ్రాక్సీ ప్రొపేన్. అనేక లిపిడ్లు గ్లిసరాల్ మరియు కొవ్వు ఆమ్లాలు రెండింటినీ కలిగి ఉంటాయి. ఇక్కడ కొవ్వు ఆమ్లాలు గ్లిసరాల్తో ఎస్టరీకరణం చెందినట్లు కనిపిస్తాయి. అవి మోనోగ్లిసరైడ్లు, డైగ్లిసరైడ్లు మరియు ట్రైగ్లిసరైడ్లు కావచ్చు. ద్రవీభవన స్థానం ఆధారంగా వీటిని కొవ్వులు మరియు నూనెలు అని కూడా అంటారు. నూనెలకు తక్కువ ద్రవీభవన స్థానం ఉంటుంది (ఉదా., నువ్వుల నూనె) మరియు అందుకే చలికాలంలో నూనెగానే ఉంటాయి. మీరు మార్కెట్ నుండి ఒక కొవ్వును గుర్తించగలరా? కొన్ని లిపిడ్లలో ఫాస్ఫరస్ మరియు ఫాస్ఫరిలేటెడ్ కర్బన సమ్మేళనం ఉంటాయి. ఇవి ఫాస్ఫోలిపిడ్లు. అవి కణ త్వచంలో కనిపిస్తాయి. లెసిథిన్ ఒక ఉదాహరణ. కొన్ని కణజాలాలు, ప్రత్యేకించి నాడీ కణజాలాలు, మరింత సంక్లిష్ట నిర్మాణాలతో లిపిడ్లను కలిగి ఉంటాయి.

జీవులలో హెటెరోసైక్లిక్ వలయాలు కనిపించే అనేక కార్బన్ సమ్మేళనాలు ఉన్నాయి. వీటిలో కొన్ని నైట్రోజన్ బేస్లు - అడెనిన్, గ్వానిన్, సైటోసిన్, యురాసిల్ మరియు థైమిన్. చక్కెరకు జోడించబడినప్పుడు, వాటిని న్యూక్లియోసైడ్లు అంటారు. ఒక ఫాస్ఫేట్ సమూహం కూడా చక్కెరకు ఎస్టరీకరణం చెందినట్లు కనిపిస్తే, వాటిని న్యూక్లియోటైడ్లు అంటారు. అడెనోసిన్, గ్వానోసిన్, థైమిడిన్, యురిడిన్ మరియు సైటిడిన్ న్యూక్లియోసైడ్లు. అడెనిలిక్ ఆమ్లం, థైమిడిలిక్ ఆమ్లం, గ్వానిలిక్ ఆమ్లం, యురిడిలిక్ ఆమ్లం మరియు సైటిడిలిక్ ఆమ్లం న్యూక్లియోటైడ్లు. DNA మరియు RNA వంటి న్యూక్లియిక్ ఆమ్లాలు న్యూక్లియోటైడ్లను మాత్రమే కలిగి ఉంటాయి. DNA మరియు RNA జన్యు పదార్థంగా పనిచేస్తాయి.

చిత్రం 9.1 జీవ కణజాలాలలో చిన్న అణుభారం కలిగిన కర్బన సమ్మేళనాల రేఖాచిత్ర ప్రాతినిధ్యం

9.2 ప్రాథమిక మరియు ద్వితీయ ఉపాపచయ పదార్థాలు

రసాయన శాస్త్రంలో అత్యంత ఉత్సాహకరమైన అంశం జీవుల నుండి వేలాది సమ్మేళనాలు, చిన్నవి మరియు పెద్దవి, వేరు చేయడం, వాటి నిర్మాణాన్ని నిర్ణయించడం మరియు సాధ్యమైతే వాటిని సంశ్లేషణ చేయడం.

ఒకరు జీవ అణువుల జాబితాను తయారు చేస్తే, అటువంటి జాబితాలో అమైనో ఆమ్లాలు, చక్కెరలు మొదలైన వాటితో సహా వేలాది కర్బన సమ్మేళనాలు ఉంటాయి. 9.10 విభాగంలో ఇవ్వబడిన కారణాల కోసం, మనం ఈ జీవ అణువులను ‘ఉపాపచయ పదార్థాలు’ అని పిలవవచ్చు. జంతు కణజాలాలలో, చిత్రం 9.1లో చూపబడిన అన్ని రకాల సమ్మేళనాల ఉనికిని ఒకరు గమనిస్తారు. వీటిని ప్రాథమిక ఉపాపచయ పదార్థాలు అంటారు. అయితే, ఒకరు మొక్క, శిలీంధ్ర మరియు సూక్ష్మజీవి కణాలను విశ్లేషించినప్పుడు, ఈ ప్రాథమిక ఉపాపచయ పదార్థాలు అని పిలవబడే వాటి కంటే ఇతర వేలాది సమ్మేళనాలు కనిపిస్తాయి, ఉదా. ఆల్కలాయిడ్లు, ఫ్లేవనాయిడ్లు, రబ్బరు, సారాంశ నూనెలు, ప్రతిజీవకాలు, రంగు వర్ణద్రవ్యాలు, సువాసనలు, గంధాలు, మసాలాలు. వీటిని ద్వితీయ ఉపాపచయ పదార్థాలు అంటారు (పట్టిక 9.3). ప్రాథమిక ఉపాపచయ పదార్థాలు గుర్తించదగిన విధులను కలిగి ఉంటాయి మరియు సాధారణ శరీరధర్మ ప్రక్రియలలో తెలిసిన పాత్రలను పోషిస్తాయి, కానీ ప్రస్తుతం, అతిథేయి జీవులలోని అన్ని ‘ద్వితీయ ఉపాపచయ పదార్థాలు’ యొక్క పాత్ర లేదా విధులను మనం అర్థం చేసుకోలేదు. అయితే, వాటిలో చాలా వరకు ‘మానవ శ్రేయస్సు’కు ఉపయోగపడతాయి (ఉదా., రబ్బరు, మందులు, మసాలాలు, సువాసనలు మరియు లెక్టిన్స్ కోన్కనావాలిన్ A వర్ణద్రవ్యాలు). కొన్ని ద్వితీయ ఉపాపచయ పదార్థాలు పర్యావరణ ప్రాముఖ్యతను కలిగి ఉంటాయి. తరువాతి అధ్యాయాలు మరియు సంవత్సరాల్లో మీరు దీని గురించి మరింత తెలుసుకుంటారు.

పట్టిక 9.3 కొన్ని ద్వితీయ ఉపాపచయ పదార్థాలు

వర్ణద్రవ్యాలు	కెరోటినాయిడ్లు, ఆంథోసైనిన్స్, మొదలైనవి.
ఆల్కలాయిడ్లు	మార్ఫిన్, కోడెయిన్, మొదలైనవి.
టెర్పెనాయిడ్లు	మోనోటెర్పెన్లు, డైటెర్పెన్లు మొదలైనవి.
సారాంశ నూనెలు	లెమన్ గ్రాస్ ఆయిల్, మొదలైనవి.
విషాలు	అబ్రిన్, రిసిన్
లెక్టిన్స్	కోన్కనావాలిన్ A
మందులు	విన్బ్లాస్టిన్, కర్కుమిన్, మొదలైనవి.
బహుళాణు పదార్థాలు	రబ్బరు, గంధాలు, సెల్యులోజ్

9.3 జీవ స్థూల అణువులు

ఆమ్ల-ద్రావణీయ సముదాయంలో కనిపించే అన్ని సమ్మేళనాలకు ఒక సాధారణ లక్షణం ఉంది. వాటికి సుమారు 18 నుండి 800 డాల్టన్ల (Da) వరకు అణుభారం ఉంటుంది.

ఆమ్ల-అద్రావణీయ భాగంలో, నాలుగు రకాల కర్బన సమ్మేళనాలు మాత్రమే ఉంటాయి అంటే, ప్రోటీన్లు, న్యూక్లియిక్ ఆమ్లాలు, పాలిసాకరైడ్లు మరియు లిపిడ్లు. లిపిడ్లు మినహా ఈ తరగతుల సమ్మేళనాలు, పది వేల డాల్టన్లు మరియు అంతకంటే ఎక్కువ పరిధిలో అణుభారాన్ని కలిగి ఉంటాయి. ఈ కారణం చేతనే, జీవ అణువులు, అంటే జీవులలో కనిపించే రసాయన సమ్మేళనాలు రెండు రకాలు. ఒకటి, ఒక వేయి డాల్టన్ కంటే తక్కువ అణుభారం కలిగినవి మరియు సాధారణంగా సూక్ష్మ అణువులు లేదా కేవలం జీవ అణువులు అని పిలువబడతాయి, అయితే ఆమ్ల-అద్రావణీయ భాగంలో కనిపించేవి స్థూల అణువులు లేదా జీవ స్థూల అణువులు అని పిలువబడతాయి.

లిపిడ్లు మినహా అద్రావణీయ భాగంలోని అణువులు బహుళాణు పదార్థాలు. అప్పుడు 800 Da కి మించని అణుభారం కలిగిన లిపిడ్లు ఎందుకు ఆమ్ల-అద్రావణీయ భాగం అంటే స్థూల అణు భాగంలోకి వస్తాయి? లిపిడ్లు నిజంగా చిన్న అణుభారం కలిగిన సమ్మేళనాలు మరియు అలాగే మాత్రమే కాకుండా కణ త్వచం మరియు ఇతర త్వచాల వలె నిర్మాణాలుగా కూడా ఉంటాయి. మనం కణజాలాన్ని రుబ్బినప్పుడు, మనం కణ నిర్మాణాన్ని భంగపరుస్తున్నాము. కణ త్వచం మరియు ఇతర త్వచాలు ముక్కలుగా విరిగిపోతాయి మరియు నీటిలో కరగని సూక్ష్మకోశాలను ఏర్పరుస్తాయి. కాబట్టి, సూక్ష్మకోశాల రూపంలో ఉన్న ఈ త్వచ ఖండాలు ఆమ్ల-అద్రావణీయ సముదాయంతో పాటు వేరు చేయబడతాయి మరియు అందుకే స్థూల అణు భాగంలో ఉంటాయి. లిపిడ్లు కఠినంగా స్థూల అణువులు కావు.

ఆమ్ల-ద్రావణీయ సముదాయం సుమారుగా కణద్రవ్య కూర్పును సూచిస్తుంది. కణద్రవ్యం మరియు కణాంగాల నుండి వచ్చే స్థూల అణువులు ఆమ్ల-అద్రావణీయ భాగం అవుతాయి. అవి కలిసి జీవ కణజాలాలు లేదా జీవుల మొత్తం రసాయన కూర్పును సూచిస్తాయి.

సారాంశంగా, మనం జీవ కణజాలం యొక్క రసాయన కూర్పును సమృద్ధి దృక్కోణం నుండి సూచించి, వాటిని తరగతి వారీగా అమర్చినట్లయితే, నీరు జీవులలో అత్యంత సమృద్ధిగా ఉండే రసాయనం అని మనం గమనిస్తాము (పట్టిక 9.4).

పట్టిక 9.4 కణాల సగటు కూర్పు

| భాగం | $%$ మొత్తం
కణీయ ద్రవ్యరాశి | | :