यह शरीर में रासायनिक अभिक्रियाओं का सामंजस्यपूर्ण और समकालिक प्रगति है जो जीवन को जन्म देती है।

एक जीवित प्रणाली वृद्धि करती है, अपना संधारण करती है और स्वयं को पुनरुत्पन्न करती है। एक जीवित प्रणाली के बारे में सबसे आश्चर्यजनक बात यह है कि यह अजीव परमाणुओं और अणुओं से बनी होती है। जीवित प्रणाली के भीतर रासायनिक रूप से क्या होता है, इस ज्ञान की खोज जैवरसायन के क्षेत्र में आती है। जीवित प्रणालियाँ कार्बोहाइड्रेट, प्रोटीन, न्यूक्लिक अम्ल, लिपिड आदि जैसे विभिन्न जटिल जैवअणुओं से बनी होती हैं। प्रोटीन और कार्बोहाइड्रेट हमारे भोजन के आवश्यक घटक हैं। ये जैवअणु एक-दूसरे के साथ अंतःक्रिया करते हैं और जीवन प्रक्रियाओं की अणुगत तर्कधारा का निर्माण करते हैं। इसके अतिरिक्त, कुछ सरल अणु जैसे विटामिन और खनिज लवण भी जीवों की कार्यप्रणाली में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इनमें से कुछ जैवअणुओं की संरचनाएँ और कार्य इस इकाई में चर्चित किए गए हैं।

14.1 कार्बोहाइड्रेट

कार्बोहाइड्रेट मुख्य रूप से पौधों द्वारा उत्पादित होते हैं और प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले कार्बनिक यौगिकों का एक बहुत बड़ा समूह बनाते हैं। कार्बोहाइड्रेट के कुछ सामान्य उदाहरण गन्ने की चीनी, ग्लूकोज, स्टार्च आदि हैं। अधिकांश की एक सामान्य सूत्र होता है, $\mathrm{C_\mathrm{x}}\left(\mathrm{H_2} \mathrm{O}\right)_{\mathrm{y}}$, और इन्हें कार्बन के हाइड्रेट माना जाता था, जिससे इनका नाम कार्बोहाइड्रेट पड़ा। उदाहरण के लिए, ग्लूकोज का अणुसूत्र $\left(\mathrm{C_6} \mathrm{H_12} \mathrm{O_6}\right)$ इस सामान्य सूत्र $\mathrm{C_6}\left(\mathrm{H_2} \mathrm{O}\right)_6$ में फिट बैठता है। लेकिन वे सभी यौगिक जो इस सूत्र में फिट बैठते हैं, कार्बोहाइड्रेट के रूप में वर्गीकृत नहीं किए जा सकते। उदाहरण के लिए, एसीटिक अम्ल $\left(\mathrm{CH_3} \mathrm{COOH}\right)$ इस सामान्य सूत्र $\mathrm{C_2}\left(\mathrm{H_2} \mathrm{O}\right)_2$ में फिट बैठता है, लेकिन यह कार्बोहाइड्रेट नहीं है। इसी प्रकार, रैमनोज, $\mathrm{C_6} \mathrm{H_12} \mathrm{O_5}$ एक कार्बोहाइड्रेट है, लेकिन यह इस परिभाषा में फिट नहीं बैठता। इनकी बड़ी संख्या में प्रतिक्रियाओं से यह दिखाया गया है कि इनमें विशिष्ट कार्यात्मक समूह होते हैं। रासायनिक रूप से, कार्बोहाइड्रेट को प्रकाशिक रूप से सक्रिय बहु-हाइड्रॉक्सी ऐल्डिहाइड या कीटोन या ऐसे यौगिकों के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जो हाइड्रोलिसिस पर ऐसी इकाइयां उत्पन्न करते हैं। कुछ कार्बोहाइड्रेट, जो स्वाद में मीठे होते हैं, उन्हें शर्करा भी कहा जाता है। सबसे सामान्य शर्करा, जो हमारे घरों में प्रयोग होती है, उसे सुक्रोज कहा जाता है, जबकि दूध में मौजूद शर्करा को लैक्टोज कहा जाता है। कार्बोहाइड्रेट को सैकेराइड्स भी कहा जाता है (ग्रीक: सैकेरॉन का अर्थ है शर्करा)।

14.1.1 कार्बोहाइड्रेट्स का वर्गीकरण

कार्बोहाइड्रेट्स को उनके हाइड्रोलिसिस पर व्यवहार के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है। इन्हें व्यापक रूप से निम्नलिखित तीन समूहों में विभाजित किया गया है।

(i) मोनोसैकेराइड्स: एक कार्बोहाइड्रेट जिसे आगे हाइड्रोलाइज़ करके सरल इकाई पॉलिहाइड्रॉक्सी ऐल्डिहाइड या कीटोन नहीं दी जा सकती, उसे मोनोसैकेराइड कहा जाता है। लगभग 20 मोनोसैकेराइड्स प्रकृति में पाए जाने के लिए जाने जाते हैं। कुछ सामान्य उदाहरण ग्लूकोज, फ्रक्टोज, राइबोज आदि हैं।

(ii) ओलिगोसैकेराइड्स: कार्बोहाइड्रेट्स जो हाइड्रोलिसिस पर दो से दस मोनोसैकेराइड इकाइयाँ देते हैं, उन्हें ओलिगोसैकेराइड्स कहा जाता है। इन्हें आगे डाइसैकेराइड्स, ट्राइसैकेराइड्स, टेट्रासैकेराइड्स आदि के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि वे हाइड्रोलिसिस पर कितनी मोनोसैकेराइड इकाइयाँ प्रदान करते हैं। इनमें सबसे सामान्य डाइसैकेराइड्स होते हैं। एक डाइसैकेराइड के हाइड्रोलिसिस पर प्राप्त होने वाली दो मोनोसैकेराइड इकाइयाँ समान या भिन्न हो सकती हैं। उदाहरण के लिए, एक अणु सुक्रोज के हाइड्रोलिसिस पर एक अणु ग्लूकोज और एक अणु फ्रक्टोज प्राप्त होता है जबकि माल्टोज केवल ग्लूकोज के दो अणु देता है।

(iii) पॉलिसैकेराइड्स: कार्बोहाइड्रेट्स जो हाइड्रोलिसिस पर बड़ी संख्या में मोनोसैकेराइड इकाइयाँ देते हैं, उन्हें पॉलिसैकेराइड्स कहा जाता है। कुछ सामान्य उदाहरण स्टार्च, सेल्युलोज, ग्लाइकोजन, गम्स आदि हैं। पॉलिसैकेराइड्स स्वाद में मीठे नहीं होते हैं, इसलिए इन्हें नॉन-शुगर भी कहा जाता है।

कार्बोहाइड्रेट्स को कम करने वाले या अकम करने वाले शर्कराओं के रूप में भी वर्गीकृत किया जा सकता है। वे सभी कार्बोहाइड्रेट्स जो फेहलिंग के विलयन और टॉलेन के अभिकर्मक को कम करते हैं, कम करने वाली शर्कराएँ कहलाती हैं। सभी मोनोसैकेराइड्स चाहे वे एल्डोस हों या कीटोस, कम करने वाली शर्कराएँ होती हैं।

14.1.2 मोनोसैकेराइड्स

मोनोसैकेराइड्स को आगे कार्बन परमाणुओं की संख्या और उनमें उपस्थित कार्यात्मक समूह के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है। यदि कोई मोनोसैकेराइड एल्डिहाइड समूह रखता है, तो उसे एल्डोस कहा जाता है और यदि वह कीटो समूह रखता है, तो उसे कीटोस कहा जाता है। मोनोसैकेराइड बनाने वाले कार्बन परमाणुओं की संख्या को भी नाम में शामिल किया जाता है जैसा कि तालिका 14.1 में दिए गए उदाहरणों से स्पष्ट है।

तालिका 14.1: मोनोसैकेराइड्स के विभिन्न प्रकार

14.1.2.1 ग्लूकोज़

ग्लूकोज़ प्रकृति में स्वतंत्र रूप से और संयुक्त रूप में पाया जाता है। यह मीठे फलों और शहद में उपस्थित होता है। पके हुए अंगूरों में भी ग्लूकोज़ बड़ी मात्रा में होता है। इसे निम्न प्रकार से तैयार किया जाता है:

ग्लूकोज़ की तैयारी

1. सुक्रोज़ (गन्ने की चीनी) से: यदि सुक्रोज़ को तनु $\mathrm{HCl}$ या $\mathrm{H_2} \mathrm{SO_4}$ के साथ ऐल्कोहलिक विलयन में उबाला जाता है, तो ग्लूकोज़ और फ्रक्टोज़ समान मात्रा में प्राप्त होते हैं।

$$ \begin{aligned} & \underset{\text { सुक्रोज } }{\mathrm{C} _{12} \mathrm{H} _{22} \mathrm{O} _{11}} +\mathrm{H} _2 \mathrm{O} \xrightarrow{\mathrm{H}^{+}} \underset{ \text { ग्लूकोज } }{\mathrm{C} _6 \mathrm{H} _{12} \mathrm{O} _6}+ \underset{ \text { फ्रक्टोज } }{\mathrm{C} _6 \mathrm{H} _{12} \mathrm{O} _6} \end{aligned} $$

2. स्टार्च से: व्यावसायिक रूप से ग्लूकोज स्टार्च के हाइड्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किया जाता है, जिसे तनु $\mathrm{H_2} \mathrm{SO_4}$ के साथ $393 \mathrm{~K}$ पर दबाव में उबालकर किया जाता है।

$$ \underset{\text { स्टार्च या सेल्युलोज }}{\left(\mathrm{C_6} \mathrm{H_10} \mathrm{O_5}\right)_{\mathrm{n}}}+\mathrm{nH_2} \mathrm{O} \xrightarrow[\text { 393K; 2-3} \mathrm{ atm} ] {[\mathrm{H}^{+}]} \underset{ \text{ग्लूकोज} }{\mathrm{nC_6} \mathrm{H_12} \mathrm{O_6} } $$

ग्लूकोज की संरचना

ग्लूकोज एक ऐल्डोहेक्सोज है और इसे डेक्सट्रोज के नाम से भी जाना जाता है। यह बड़े कार्बोहाइड्रेट्स, अर्थात् स्टार्च, सेल्युलोज का मोनोमर है। यह संभवतः पृथ्वी पर सबसे प्रचुर कार्बनिक यौगिक है। इसे नीचे दी गई संरचना निम्नलिखित प्रमाणों के आधार पर सौंपी गई थी:

1. इसका आण्विक सूत्र $\mathrm{C_6} \mathrm{H_12} \mathrm{O_6}$ पाया गया।

2. $\mathrm{HI}$ के साथ देर तक गर्म करने पर यह n-हेक्सेन बनाता है, जिससे सुझाव मिलता है कि सभी छः कार्बन परमाणु एक सीधी श्रृंखला में जुड़े हैं।

3. ग्लूकोज हाइड्रॉक्सिलैमीन से अभिक्रिया करके एक ऑक्साइम बनाता है और हाइड्रोजन सायनाइड के एक अणु को जोड़कर सायनोहाइड्रिन देता है। ये अभिक्रियाएँ ग्लूकोज में कार्बोनिल समूह ( $>\mathrm{C}=\mathrm{O}$) की उपस्थिति की पुष्टि करती हैं।

4. ग्लूकोज एक हल्के ऑक्सीकारक जैसे ब्रोमीन पानी के साथ अभिक्रिया करके छह कार्बन वाली कार्बोक्सिलिक अम्ल (ग्लूकोनिक अम्ल) में ऑक्सीकृत हो जाता है। यह दर्शाता है कि कार्बोनिल समूह एक ऐल्डिहाइडिक समूह के रूप में उपस्थित है।

5. ग्लूकोज का एसेटिक एनहाइड्राइड के साथ एसिटिलेशन ग्लूकोज पेंटाऐसीटेट देता है जो पाँच –OH समूहों की उपस्थिति की पुष्टि करता है। चूँकि यह एक स्थायर यौगिक के रूप में विद्यमान है, पाँच –OH समूहों को भिन्न-भिन्न कार्बन परमाणुओं से जुड़ा होना चाहिए।

6. नाइट्रिक अम्ल के साथ ऑक्सीकरण पर, ग्लूकोज के साथ-साथ ग्लूकोनिक अम्ल दोनों एक डाइकार्बोक्सिलिक अम्ल, सैकैरिक अम्ल देते हैं। यह ग्लूकोज में एक प्राथमिक ऐल्कोहॉलिक $(-\mathrm{OH})$ समूह की उपस्थिति को दर्शाता है।

विभिन्न —OH समूहों की सटीक स्थानिक व्यवस्था को फिशर ने अन्य कई गुणों का अध्ययन करने के बाद दिया था। इसक�कृति को सही रूप से I के रूप में दर्शाया गया है। इसलिए ग्लूकोनिक अम्ल को II और सैकैरिक अम्ल को III के रूप में दर्शाया गया है।

ग्लूकोस को सही रूप से $\mathrm{D}(+)$-ग्लूकोस कहा जाता है। ग्लूकोस के नाम से पहले ’ $\mathrm{D}$ ’ विन्यास को दर्शाता है जबकि ’ $(+)$ ’ अणु की दक्षिणावर्ती प्रकृति को दर्शाता है। यह याद रखना चाहिए कि ’ $D$ ’ और ’ $L$ ’ का यौगिक की प्रकाशिक सक्रियता से कोई संबंध नहीं है। वे अक्षर ’d’ और ’l’ से भी संबंधित नहीं हैं (इकाई 6 देखें)। $\mathrm{D}-$ और $\mathrm{L}-$ संकेतों का अर्थ इस प्रकार है।

किसी भी यौगिक के नाम से पहले अक्षर ’ $D$ ’ या ’ $L$ ’ किसी यौगिक के किसी विशिष्ट स्टीरियोआइसोमर के सापेक्ष विन्यास को किसी अन्य यौगिक के विन्यास के सापेक्ष दर्शाते हैं, जिसका विन्यास ज्ञात है। कार्बोहाइड्रेट्स के मामले में, यह ग्लिसराल्डिहाइड के किसी विशिष्ट आइसोमर से उनके संबंध को दर्शाता है। ग्लिसराल्डिहाइड में एक असममित कार्बन परमाणु होता है और यह नीचे दिखाए गए दो एनान्टिओमेरिक रूपों में मौजूद होता है।

$(+)$ ग्लिसराल्डिहाइड का आइसोमर ‘D’ विन्यास रखता है। इसका अर्थ है कि जब इसकी संरचना को कागज़ पर विशिष्ट नियमों के अनुसार लिखा जाता है (जिन्हें आप उच्च कक्षाओं में पढ़ेंगे), तो -OH समूह संरचना में दाहिनी ओर होता है। वे सभी यौगिक जो रासायनिक रूप से ग्लिसराल्डिहाइड के D(+) आइसोमर से संबंधित हो सकते हैं, उन्हें D-विन्यास कहा जाता है, जबकि जो यौगिक ‘L’(-) आइसोमर से संबंधित हो सकते हैं, उन्हें L-विन्यास कहा जाता है। L(-) आइसोमर में -OH समूह बाईं ओर होता है जैसा कि आप संरचना में देख सकते हैं। मोनोसैकेराइड्स के विन्यास निर्धारित करने के लिए, सबसे निचला असममित कार्बन परमाणु (जैसा कि नीचे दिखाया गया है) की तुलना की जाती है। (+) ग्लूकोज़ में, सबसे निचले असममित कार्बन पर -OH दाहिनी ओर होता है जो (+) ग्लिसराल्डिहाइड के समान है, इसलिए (+) ग्लूकोज़ को D-विन्यास दिया जाता है। ग्लूकोज़ के अन्य असममित कार्बन परमाणुओं को इस तुलना में नहीं लिया जाता है। साथ ही, ग्लूकोज़ और ग्लिसराल्डिहाइड की संरचना इस प्रकार लिखी जाती है कि सबसे अधिक ऑक्सीकृत कार्बन (इस मामले में -CHO) सबसे ऊपर होता है।

ग्लूकोज़ की चक्रीय संरचना

ग्लूकोज़ की संरचना (I) इसके अधिकांश गुणों को समझाती है, लेकिन निम्नलिखित अभिक्रियाएँ और तथ्य इस संरचना द्वारा समझाए नहीं जा सकते।

1. ग्लूकोस में ऐल्डिहाइड समूह होने के बावजूद यह शिफ़ परीक्षण नहीं देता और यह (\mathrm{NaHSO_3}) के साथ हाइड्रोजन सल्फाइट योग उत्पाद नहीं बनाता।

2. ग्लूकोस का पेंटाऐसीटेट हाइड्रॉक्सिलैमीन से अभिक्रिया नहीं करता, जिससे यह संकेत मिलता है कि इसमें मुक्त - (\mathrm{CHO}) समूह अनुपस्थित है।

3. ग्लूकोस दो भिन्न क्रिस्टलीय रूपों में पाया जाता है जिन्हें (\alpha) और (\beta) नाम दिया गया है। (\alpha)-रूप का ग्लूकोस (द्रवांक बिंदु (419 \mathrm{~K})) (303 \mathrm{~K}) पर ग्लूकोस के सांद्रित विलयन से क्रिस्टलीकरण द्वारा प्राप्त होता है, जबकि (\beta)-रूप (द्रवांक बिंदु (423 \mathrm{~K})) (371 \mathrm{~K}) पर गर्म और संतृप्त जलीय विलयन से क्रिस्टलीकरण द्वारा प्राप्त होता है।

इस व्यवहार की व्याख्या ग्लूकोस की खुली श्रृंखला संरचना (I) द्वारा नहीं की जा सकी। यह प्रस्तावित किया गया कि - (\mathrm{OH}) समूहों में से एक - (\mathrm{CHO}) समूह से योग करके एक चक्रीय हेमीऐसिटल संरचना बना सकता है। यह पाया गया कि ग्लूकोस एक छह-सदस्यीय वलय बनाता है जिसमें (\mathrm{C}-5) पर स्थित - (\mathrm{OH}) वलय निर्माण में भाग लेता है। यह - (\mathrm{CHO}) समूह की अनुपस्थिति और ग्लूकोस के दो रूपों में अस्तित्व की व्याख्या करता है जैसा कि नीचे दिखाया गया है। ये दोनों चक्रीय रूप खुली श्रृंखला संरचना के साथ साम्यावस्था में रहते हैं।

ग्लूकोज़ के दो चक्रीय हेमीऐसिटल रूप केवल $\mathrm{C} 1$ पर हाइड्रॉक्सिल समूह की विन्यास में भिन्न होते हैं, जिसे ऐनोमेरिक कार्बन कहा जाता है (चक्रीकरण से पहले का ऐल्डिहाइड कार्बन)। ऐसे समावयवी, अर्थात् $\alpha$-रूप और $\beta$-रूप, को ऐनोमर कहा जाता है। ग्लूकोज़ की छः-सदस्यीय चक्रीय संरचना को पाइरानोज़ संरचना ($\alpha-$ या $\beta-$) कहा जाता है, पाइरन के समानता में। पाइरन एक चक्रीय कार्बनिक यौगिक है जिसमें एक ऑक्सीजन परमाणु और पाँच कार्बन परमाणु होते हैं। ग्लूकोज़ की चक्रीय संरचना को अधिक सही रूप से नीचे दी गई हॉवर्थ संरचना द्वारा दर्शाया गया है।

14.1.2.2 फ्रक्टोज़

फ्रक्टोज़ एक महत्वपूर्ण कीटोहेक्सोज़ है। यह डाइसैकेराइड, सुक्रोज़ के हाइड्रोलिसिस के साथ ग्लूकोज़ के साथ प्राप्त होता है। यह फलों, शहद और सब्जियों में पाया जाने वाला एक प्राकृतिक मोनोसैकेराइड है। इसका शुद्ध रूप मीठा बनाने के लिए प्रयोग किया जाता है। यह भी एक महत्वपूर्ण कीटोहेक्सोज़ है।

फ्रक्टोज़ की संरचना

फ्रक्टोज़ का भी आण्विक सूत्र $\mathrm{C_6} \mathrm{H_12} \mathrm{O_6}$ है और इसकी अभिक्रियाओं के आधार पर यह पाया गया कि इसमें कार्बन संख्या 2 पर एक कीटोनिक कार्यात्मक समूह है और ग्लूकोज़ की तरह छः कार्बन सीधी श्रृंखला में हैं। यह $\mathrm{D}$-श्रेणी से संबंधित है और एक लेवोरोटेटरी यौगिक है। इसे उचित रूप से D-(-)-फ्रक्टोज़ लिखा जाता है। इसकी खुली श्रृंखला संरचना इस प्रकार दिखाई गई है।

यह दो चक्रीय रूपों में भी विद्यमान है जो $D-(-)-$ फ्रुक्टोस में $(-\mathrm{C}=\mathrm{O})$ समूह पर C5 से $-\mathrm{OH}$ के योग से प्राप्त होते हैं। इस प्रकार बनने वाली वलय एक पाँच-सदस्यीय वलय है और इसे फ्यूरेन के समान फ्यूरेनोस नाम दिया गया है। फ्यूरेन एक पाँच-सदस्यीय चक्रीय यौगिक है जिसमें एक ऑक्सीजन और चार कार्बन परमाणु होते हैं।

फ्रुक्टोस के दो एनोमरों की चक्रीय संरचनाओं को हॉवर्थ संरचनाओं द्वारा निम्न प्रकार दर्शाया गया है।

14.1.3 डाइसैकेराइड

आप पहले ही पढ़ चुके हैं कि डाइसैकेराइड तनु अम्लों या एंजाइमों के साथ जल-अपघटन पर दो अणु या तो समान या भिन्न मोनोसैकेराइड देते हैं। दो मोनोसैकेराइड एक ऑक्साइड कड़ी द्वारा जुड़े होते हैं जो एक जल अणु के ह्रास से बनती है। दो मोनोसैकेराइड इकाइयों के बीच ऑक्सीजन परमाणु के माध्यम से ऐसी कड़ी को ग्लाइकोसिडिक कड़ी कहा जाता है।

डाइसैकेराइडों में, यदि मोनोसैकेराइडों की अपचायक समूहें अर्थात् ऐल्डिहाइडिक या कीटोनिक समूह बंधित हों, तो ये अ-अपचायक शर्कराएँ होती हैं, उदाहरण—सुक्रोस। दूसरी ओर, वे शर्कराएँ जिनमें ये क्रियात्मक समूह मुक्त होते हैं, अपचायक शर्कराएँ कहलाती हैं, उदाहरण—माल्टोस और लैक्टोस।

(i) सुक्रोस: सामान्य डाइसैकेराइडों में से एक सुक्रोस है जो जल-अपघटन पर $\mathrm{D}-(+)$-ग्लूकोस और $\mathrm{D}-(-)$ फ्रुक्टोस की समान मोलर मिश्रित मात्रा देता है।

$$\underset{\text { सुक्रोज }}{\mathrm{C} _{12} \mathrm{H} _{22}} \mathrm{O} _{11}+\mathrm{H} _2 \mathrm{O} \longrightarrow \underset{\text { D-(+)-ग्लूकोज }}{\mathrm{C} _6 \mathrm{H} _{12} \mathrm{O} _6}+\underset{\text { D-(-)-फ्रक्टोज }}{\mathrm{C}_6 \mathrm{H} _{12} \mathrm{O} _6}$$

इन दोनों मोनोसैकेराइड्स को α-D-ग्लूकोज के C1 और β-D-फ्रक्टोज के C2 के बीच एक ग्लाइकोसिडिक लिंकेज द्वारा जोड़ा गया है। चूँकि ग्लूकोज और फ्रक्टोज की रिड्यूसिंग समूहें ग्लाइकोसिडिक बंध निर्माण में शामिल हैं, सुक्रोज एक अ-रिड्यूसिंग शर्करा है।

सुक्रोज दक्षिणावर्ती है, परंतु जल अपघटन के बाद दक्षिणावर्ती ग्लूकोज और वामावर्ती फ्रक्टोज देता है। चूँकि फ्रक्टोज की वामावर्तन (-92.4°) ग्लूकोज के दक्षिणावर्तन (+52.5°) से अधिक है, मिश्रण वामावर्ती होता है। इस प्रकार, सुक्रोज के जल अपघटन से घूर्णन के चिन्ह में परिवर्तन होता है, दक्ष (+) से वाम (-) और उत्पाद को उल्ट शर्करा कहा जाता है।

(ii) माल्टोज: एक अन्य डाइसैकेराइड, माल्टोज दो α-D-ग्लूकोज इकाइयों से बना है जिसमें एक ग्लूकोज (I) का C1 दूसरी ग्लूकोज इकाई (II) के C4 से जुड़ा है। विलयन में दूसरे ग्लूकोज के C1 पर मुक्त ऐल्डिहाइड समूह उत्पन्न हो सकता है और यह रिड्यूसिंग गुण दिखाता है, इसलिए यह एक रिड्यूसिंग शर्करा है।

(iii) लैक्टोज़: इसे आमतौर पर दूध की चीनी के रूप में जाना जाता है क्योंकि यह डाइसैकेराइड दूध में पाया जाता है। यह $\beta$-D-गैलेक्टोज़ और $\beta$-D-ग्लूकोज़ से बना होता है। यह लिंकेज गैलेक्टोज़ के $\mathrm{C} 1$ और ग्लूकोज़ के $\mathrm{C} 4$ के बीच होता है। ग्लूकोज़ यूनिट के C-1 पर मुक्त ऐल्डिहाइड समूह उत्पन्न हो सकता है, इसलिए यह भी एक अपचायक शर्करा है।

14.1.4 पॉलीसैकेराइड्स

पॉलीसैकेराइड्स में ग्लाइकोसिडिक लिंकेज द्वारा जुड़े हुए बड़ी संख्या में मोनोसैकेराइड यूनिट्स होते हैं। ये प्रकृति में सबसे अधिक पाए जाने वाले कार्बोहाइड्रेट हैं। ये मुख्य रूप से भोजन भंडारण या संरचनात्मक सामग्री के रूप में कार्य करते हैं।

(i) स्टार्च: स्टार्च पौधों का मुख्य भंडारण पॉलीसैकेराइड है। यह मनुष्यों के लिए सबसे महत्वपूर्ण आहार स्रोत है। स्टार्च की उच्च मात्रा अनाज, जड़ों, कंदों और कुछ सब्जियों में पाई जाती है। यह $\alpha$-ग्लूकोज़ का एक बहुलक है और इसमें दो घटक होते हैं—एमिलोज़ और एमिलोपेक्टिन। एमिलोज़ जल में घुलनशील घटक है जो स्टार्च का लगभग $15-20 %$ होता है। रासायनिक रूप से एमिलोज़ एक लंबी अशाखित श्रृंखला होती है जिसमें 200-1000 $\alpha$-D-(+)-ग्लूकोज़ यूनिट्स $\mathrm{C} 1-\mathrm{C} 4$ ग्लाइकोसिडिक लिंकेज द्वारा जुड़े होते हैं।

एमिलोपेक्टिन जल में अघुलनशील होता है और यह स्टार्च का लगभग 80$85 %$ भाग बनाता है। यह $\alpha$-D-ग्लूकोज इकाइयों का एक शाखित श्रृंखला बहुलक है जिसमें श्रृंखला $\mathrm{C} 1-\mathrm{C} 4$ ग्लाइकोसिडिक बंध द्वारा बनती है जबकि शाखाएँ C1-C6 ग्लाइकोसिडिक बंध द्वारा बनती हैं।

(ii) सेलुलोज: सेलुलोज केवल पौधों में पाया जाता है और यह वनस्पति जगत का सबसे प्रचुर कार्बनिक पदार्थ है। यह पौधे की कोशिका भित्ति का प्रमुख घटक होता है। सेलुलोज एक सीधी श्रृंखला वाला बहुशर्करा है जो केवल $\beta$-D-ग्लूकोज इकाइयों से बना होता है जो एक ग्लूकोज इकाई के $\mathrm{C} 1$ और अगली ग्लूकोज इकाई के $\mathrm{C} 4$ के बीच ग्लाइकोसिडिक बंध द्वारा जुड़ी होती हैं।

(iii) ग्लाइकोजन: कार्बोहाइड्रेट जंतु शरीर में ग्लाइकोजन के रूप में संग्रहित होते हैं। इसे पशु स्टार्च भी कहा जाता है क्योंकि इसकी संरचना एमिलोपेक्टिन के समान है और यह अधिक शाखित होता है। यह यकृत, पेशियों और मस्तिष्क में उपस्थित होता है। जब शरीर को ग्लूकोज की आवश्यकता होती है, तो एंजाइम ग्लाइकोजन को ग्लूकोज में तोड़ देते हैं। ग्लाइकोजन यीस्ट और कवक में भी पाया जाता है।

14.1.5 कार्बोहाइड्रेट का महत्व

कार्बोहाइड्रेट्स (कार्बनिक अम्लों) पौधों और जानवरों दोनों में जीवन के लिए आवश्यक हैं। ये हमारे भोजन का एक बड़ा हिस्सा बनाते हैं। शहद को आयुर्वेदिक चिकित्सा प्रणाली में ‘वैद्यों’ द्वारा ऊर्जा के त्वरित स्रोत के रूप में लंबे समय से उपयोग किया जाता रहा है। कार्बोहाइड्रेट्स को संग्रहण अणुओं के रूप में उपयोग किया जाता है—पौधों में स्टार्च और जानवरों में ग्लाइकोजन के रूप में। बैक्टीरिया और पौधों की कोशिका भित्ति सेलूलोज़ से बनी होती है। हम फर्नीचर आदि लकड़ी के रूप में सेलूलोज़ से बनाते हैं और खुद को कपास के रूप में सेलूलोज़ से बने वस्त्रों से ढकते हैं। ये टेक्सटाइल, कागज, लैकर और ब्रुअरी जैसी कई महत्वपूर्ण उद्योगों के लिए कच्चा माल प्रदान करते हैं।

दो एल्डोपेन्टोज़ अर्थात् D-राइबोज़ और 2-डिऑक्सी-D-राइबोज़ (कक्षा XII, खंड 14.5.1) न्यूक्लिक अम्लों में पाए जाते हैं। कार्बोहाइड्रेट्स जैव-प्रणाली में कई प्रोटीनों और लिपिडों के साथ संयुक्त रूप में पाए जाते हैं।

14.2 प्रोटीन

प्रोटीन जीवित प्रणाली के सबसे प्रचुर जैव-अणु हैं। प्रोटीन के प्रमुख स्रोत दूध, पनीर, दालें, मूंगफली, मछली, मांस आदि हैं। ये शरीर के हर भाग में पाए जाते हैं और जीवन की संरचना और कार्यों की मूलभूत आधारशिला बनाते हैं। ये शरीर की वृद्धि और रखरखाव के लिए भी आवश्यक होते हैं। ‘प्रोटीन’ शब्द ग्रीक शब्द “प्रोटेइओस” से लिया गया है, जिसका अर्थ है प्राथमिक या सर्वोपरि महत्व का। सभी प्रोटीन α-एमिनो अम्लों के बहुलक होते हैं।

14.2.1 एमिनो अम्ल

अमीनो अम्लों में अमीनो (\left(-\mathrm{NH_2}\right)) और कार्बोक्सिल ((-\mathrm{COOH})) कार्यात्मक समूह होते हैं। अमीनो समूह की कार्बोक्सिल समूह के सापेक्ष स्थिति के आधार पर, अमीनो अम्लों को (\alpha, \beta, \gamma, \delta) आदि के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। केवल (\alpha)-अमीनो अम्ल ही प्रोटीनों के जलअपघटन पर प्राप्त होते हैं। इनमें अन्य कार्यात्मक समूह भी हो सकते हैं।

सभी (\alpha)-अमीनो अम्लों के सामान्य नाम होते हैं, जो आमतौर पर उस यौगिक के गुणधर्म या उसके स्रोत को दर्शाते हैं। ग्लाइसीन का नाम इसलिए पड़ा क्योंकि इसकी मिठास होती है (ग्रीक में glykos का अर्थ है मीठा) और टायरोसीन पहली बार पनीर से प्राप्त किया गया था (ग्रीक में tyros का अर्थ है पनीर।) अमीनो अम्लों को आमतौर पर तीन अक्षरों के प्रतीक से दर्शाया जाता है, कभी-कभी एक अक्षर का प्रतीक भी प्रयोग किया जाता है। कुछ सामान्यतः पाए जाने वाले अमीनो अम्लों की संरचनाएँ उनके 3-अक्षर और 1-अक्षर प्रतीकों के साथ तालिका 14.2 में दी गई हैं।

14.2.2 अमीनो अम्लों का वर्गीकरण

अमीनो अम्लों को अम्लीय, क्षारीय या उदासीन इस बात पर निर्भर करते हुए वर्गीकृत किया जाता है कि उनके अणु में अमीनो और कार्बोक्सिल समूहों की सापेक्ष संख्या क्या है। अमीनो और कार्बोक्सिल समूहों की समान संख्या उसे उदासीन बनाती है; कार्बोक्सिल समूहों की तुलना में अमीनो समूहों की अधिक संख्या उसे क्षारीय बनाती है और अमीनो समूहों की तुलना में कार्बोक्सिल समूहों की अधिक संख्या उसे अम्लीय बनाती है। वे अमीनो अम्ल, जो शरीर में संश्लेषित किए जा सकते हैं, अनावश्यक अमीनो अम्ल कहे जाते हैं। दूसरी ओर, वे जो शरीर में संश्लेषित नहीं किए जा सकते और आहार के माध्यम से प्राप्त करने आवश्यक होते हैं, आवश्यक अमीनो अम्ल कहे जाते हैं (टेबल 14.2 में तारांकित चिह्न द्वारा अंकित)।

अमीनो अम्ल सामान्यतः रंगहीन, क्रिस्टलीय ठोस होते हैं। ये जल-विलेय, उच्च गलनांक वाले ठोस होते हैं और सरल ऐमीन या कार्बोक्सिलिक अम्लों के बजाय लवणों की तरह व्यवहार करते हैं। यह व्यवहार एक ही अणु में अम्लीय (कार्बोक्सिल समूह) और क्षारीय (अमीनो समूह) दोनों प्रकार के समूहों की उपस्थिति के कारण होता है। जलीय विलयन में, कार्बोक्सिल समूह एक प्रोटॉन खो सकता है और अमीनो समूह एक प्रोटॉन ग्रहण कर सकता है, जिससे एक द्विध्रुवीय आयन उत्पन्न होता है जिसे ज्विटर आयन कहा जाता है। यह उदासीन होता है लेकिन इसमें धनात्मक और ऋणात्मक दोनों आवेश होते हैं।

ज्विटर आयनिक रूप में, अमीनो अम्ल उभयधर्मी व्यवहार दिखाते हैं क्योंकि ये अम्लों और क्षारों दोनों के साथ अभिक्रिया करते हैं।

ग्लाइसिन को छोड़कर, अन्य सभी प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले $\alpha$-एमिनो अम्ल प्रकाशिक रूप से सक्रिय होते हैं, क्योंकि $\alpha$-कार्बन परमाणु असममित होता है। ये ‘D’ और ‘L’ दोनों रूपों में मौजूद होते हैं। अधिकांश प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले एमिनो अम्लों में L-विन्यास होता है। L-एमिनो अम्लों को $-\mathrm{NH_2}$ समूह को बाईं ओर लिखकर दर्शाया जाता है।

14.2.3 प्रोटीन की संरचना

आप पहले ही पढ़ चुके हैं कि प्रोटीन $\alpha$-एमिनो अम्लों के बहुलक होते हैं और वे एक-दूसरे से पेप्टाइड बंध या पेप्टाइड लिंकेज द्वारा जुड़े होते हैं। रासायनिक रूप से, पेप्टाइड लिंकेज एक ऐमाइड होता है जो –COOH समूह और –NH2 समूह के बीच बनता है। समान या भिन्न एमिनो अम्लों के दो अणुओं के बीच की प्रतिक्रिया, एक अणु के एमिनो समूह के दूसरे अणु के कार्बोक्सिल समूह के साथ संयोजन के माध्यम से आगे बढ़ती है। इससे एक जल अणु का विसर्जन और एक पेप्टाइड बंध $-\mathrm{CO}-\mathrm{NH}-$ का निर्माण होता है। प्रतिक्रिया का उत्पाद एक डाइपेप्टाइड कहलाता है क्योंकि यह दो एमिनो अम्लों से बना होता है। उदाहरण के लिए, जब ग्लाइसिन के कार्बोक्सिल समूह का संयोजन एलानिन के एमिनो समूह के साथ होता है, तो हमें एक डाइपेप्टाइड, ग्लाइसिलएलानिन प्राप्त होता है।

यदि कोई तीसरा अमीनो अम्ल एक डाइपेप्टाइड से मिलता है, तो उत्पाद को ट्राइपेप्टाइड कहा जाता है। एक ट्राइपेप्टाइड में दो पेप्टाइड बंधों द्वारा जुड़े हुए तीन अमीनो अम्ल होते हैं। इसी प्रकार जब चार, पाँच या छह अमीनो अम्ल जुड़ते हैं, तो संबंधित उत्पादों को क्रमशः टेट्रापेप्टाइड, पेन्टापेप्टाइड या हेक्सापेप्टाइड कहा जाता है। जब ऐसे अमीनो अम्लों की संख्या दस से अधिक हो, तो उत्पादों को पॉलिपेप्टाइड कहा जाता है। एक पॉलिपेप्टाइड जिसमें सौ से अधिक अमीनो अम्ल अवशेष हों और जिसका अणुभार $10,000 \mathrm{u}$ से अधिक हो, प्रोटीन कहलाता है। हालांकि, पॉलिपेप्टाइड और प्रोटीन के बीच कोई स्पष्ट भेद नहीं है। कम अमीनो अम्लों वाले पॉलिपेप्टाइड को भी प्रोटीन कहा जा सकता है यदि उनमें प्रोटीन जैसी सुपरिभाषित संरचना हो, जैसे कि इंसुलिन जिसमें 51 अमीनो अम्ल होते हैं।

प्रोटीनों को उनके अणु आकार के आधार पर दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है।

(क) रेशेदार प्रोटीन

जब पॉलिपेप्टाइड श्रृंखलाएँ समानांतर चलती हैं और हाइड्रोजन व डाइसल्फाइड बंधों द्वारा एक-दूसरे से जुड़ी रहती हैं, तो रेशा-जैसी संरचना बनती है। ऐसे प्रोटीन सामान्यतः जल में अविलेय होते हैं। कुछ सामान्य उदाहरण हैं केराटिन (बालों, ऊन, रेशम में पाया जाता है) और मायोसिन (पेशियों में पाया जाता है) आदि।

(ख) गोलाकार प्रोटीन

यह संरचना तब बनती है जब पॉलिपेप्टाइड श्रृंखलाएँ लपेटकर गोलाकार आकार देती हैं। ये सामान्यतः जल में विलेय होते हैं। इंसुलिन और एल्ब्यूमिन गोलाकार प्रोटीनों के सामान्य उदाहरण हैं।

प्रोटीनों की संरचना और आकृति को चार विभिन्न स्तरों पर अध्ययन किया जा सकता है, अर्थात् प्राथमिक, द्वितीयक, तृतीयक और चतुष्कीय, प्रत्येक स्तर पिछले से अधिक जटिल होता है।

चित्र 10.1: प्रोटीनों की α-हेलिक्स संरचना

(i) प्रोटीनों की प्राथमिक संरचना: प्रोटीनों में एक या अधिक पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाएँ हो सकती हैं। प्रत्येक पॉलीपेप्टाइड में अमीनो अम्ल एक विशिष्ट क्रम में आपस में जुड़े होते हैं और यही अमीनो अम्लों का क्रम उस प्रोटीन की प्राथमिक संरचना कहलाता है। इस प्राथमिक संरचना में, अर्थात् अमीनो अम्लों के क्रम में कोई भी परिवर्तन एक भिन्न प्रोटीन बना देता है।

(ii) प्रोटीनों की द्वितीयक संरचना: प्रोटीन की द्वितीयक संरचना उस आकृति को दर्शाती है जिसमें एक लंबी पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला विद्यमान रह सकती है। ये दो भिन्न प्रकार की संरचनाओं में पाई जाती हैं, अर्थात् α-हेलिक्स और β-प्लीटेड शीट संरचना। ये संरचनाएँ पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला की रीढ़ के नियमित मोड़ के कारण उत्पन्न होती हैं जो पेप्टाइड बंध के $\underset{-\mathrm{C}-}{\mathrm{|}}$ और $-\mathrm{NH}$ - समूहों के बीच हाइड्रोजन बंधन के कारण होती हैं।

α-हेलिक्स एक सबसे सामान्य तरीका है जिसमें एक पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला सभी संभावित हाइड्रोजन बंध बनाती है, एक दक्षिणावर्त पेंच (हेलिक्स) में मुड़कर, जिसमें प्रत्येक अमीनो अम्ल अवशेष का -NH समूह हेलिक्स की एक संलग्न मोड़ के $\triangle \mathrm{C}=\mathrm{O}$ से हाइड्रोजन बंधित होता है जैसा कि चित्र 14.1 में दिखाया गया है।

$\beta$-प्लीटेड शीट संरचना में सभी पेप्टाइड श्रृंखलाएँ लगभग अधिकतम विस्तार तक खींची होती हैं और फिर एक के बगल में एक रखी जाती हैं, जिन्हें अंतर-अणुक हाइड्रोजन बंधों द्वारा एक साथ बाँधा जाता है। यह संरचना पर्दों की प्लीटेड तहों जैसी दिखती है और इसलिए इसे $\beta$-प्लीटेड शीट कहा जाता है।

चित्र 10.2: प्रोटीनों की $\beta$-प्लीटेड शीट संरचना

(iii) प्रोटीनों की तृतीयक संरचना: प्रोटीनों की तृतीयक संरचना पॉलिपेप्टाइड श्रृंखलाओं की समग्र मोड़ को दर्शाती है, अर्थात् द्वितीयक संरचना की आगे की मोड़। यह दो प्रमुख आण्विक आकृतियाँ उत्पन्न करती है—रेशेदार और गोलाकार। प्रोटीनों की $2^{\circ}$ और $3^{\circ}$ संरचनाओं को स्थिर करने वाली मुख्य बल हैं—हाइड्रोजन बंध, डाइसल्फाइड लिंकेज, वान डेर वाल्स और विद्युत-आकर्षण बल।

(iv) प्रोटीनों की चतुर्धातुक संरचना: कुछ प्रोटीन दो या अधिक पॉलिपेप्टाइड श्रृंखलाओं से बने होते हैं, जिन्हें उप-इकाइयाँ कहा जाता है। इन उप-इकाइयों की एक-दूसरे के सापेक्ष स्थानिक व्यवस्था को चतुर्धातुक संरचना कहा जाता है।

इन सभी चार संरचनाओं की आरेखीय प्रस्तुति चित्र 14.3 में दी गई है, जहाँ प्रत्येक रंगीन गेंद एक अमीनो अम्ल को दर्शाती है।

चित्र 10.3: प्रोटीन संरचना की आरेखीय प्रस्तुति (चतुर्धातुक संरचना में दो प्रकार की दो उप-इकाइयाँ)

चित्र 10.4: हीमोग्लोबिन की प्राथमिक, द्वितीयक, तृतीयक और चतुष्कीय संरचनाएँ

14.2.4 प्रोटीन का विकृतिकरण

जैविक तंत्र में पाया जाने वाला प्रोटीन जिसका एक अद्वितीय त्रि-आयामी संरचना और जैविक क्रियाशीलता होती है, उसे मूल प्रोटीन कहा जाता है। जब मूल रूप में प्रोटीन को भौतिक परिवर्तन जैसे तापमान में परिवर्तन या रासायनिक परिवर्तन जैसे pH में परिवर्तन के अधीन किया जाता है, तो हाइड्रोजन बंध विचलित हो जाते हैं। इसके कारण, गोलिकाएँ खुल जाती हैं और हेलिक्स अनमुड़ जाते हैं और प्रोटीन अपनी जैविक क्रियाशीलता खो देता है। इसे प्रोटीन का विकृतिकरण कहा जाता है। विकृतिकरण के दौरान द्वितीयक और तृतीयक संरचनाएँ नष्ट हो जाती हैं लेकिन प्राथमिक संरचना अपरिवर्तित रहती है। उबालने पर अंडे की सफेदी का जमना विकृतिकरण का एक सामान्य उदाहरण है। एक अन्य उदाहरण दूध का दही बनना है जो दूध में उपस्थित जीवाणुओं द्वारा लैक्टिक अम्ल के निर्माण के कारण होता है।

14.3 एंजाइम

जीवित जीवों में विभिन्न रासायनिक अभिक्रियाओं के समन्वय के कारण ही जीवन संभव है। एक उदाहरण भोजन का पाचन है, उपयुक्त अणुओं का अवशोषण और अंततः ऊर्जा का उत्पादन। यह प्रक्रिया अभिक्रियाओं की एक श्रृंखला को सम्मिलित करती है और ये सभी अभिक्रियाएँ शरीर में बहुत ही सौम्य परिस्थितियों के अंतर्गत होती हैं। यह कुछ विशिष्ट जैव-उत्प्रेरकों, जिन्हें एंजाइम कहा जाता है, की सहायता से होता है। लगभग सभी एंजाइम गोलाकार प्रोटीन होते हैं। एंजाइम किसी विशिष्ट अभिक्रिया और किसी विशिष्ट आधार के लिए बहुत विशिष्ट होते हैं। वे सामान्यतः उस यौगिक या यौगिकों की श्रेणी के नाम पर रखे जाते हैं जिन पर वे कार्य करते हैं। उदाहरण के लिए, माल्टोज को ग्लूकोज़ में जल-अपघटित करने वाले एंजाइम को माल्टेज कहा जाता है।

कभी-कभी एंजाइमों को उस अभिक्रिया के नाम पर भी रखा जाता है जिसमें वे प्रयुक्त होते हैं। उदाहरण के लिए, जो एंजाइम एक आधार के ऑक्सीकरण को दूसरे आधार के समानांतर अपचयन के साथ उत्प्रेरित करते हैं, उन्हें ऑक्सीडोरिडक्टेज एंजाइम कहा जाता है। किसी एंजाइम के नाम का अंत -ase होता है।

14.3.1 एंजाइम क्रिया की क्रियाविधि

एंजाइमों की आवश्यकता अभिक्रिया की प्रगति के लिए केवल थोड़ी मात्रा में होती है। रासायनिक उत्प्रेरकों की क्रिया के समान, यह कहा जाता है कि एंजाइम सक्रियण ऊर्जा की मात्रा को कम करते हैं। उदाहरण के लिए, सुक्रोज के अम्लीय जल-अपघटन के लिए सक्रियण ऊर्जा $6.22 \mathrm{~kJ} \mathrm{~mol}^{-1}$ है, जबकि एंजाइम सुक्रेज द्वारा जल-अपघटन पर सक्रियण ऊर्जा केवल $2.15 \mathrm{~kJ} \mathrm{~mol}^{-1}$ है। एंजाइम क्रिया की क्रियाविधि इकाई 5 में चर्चा की गई है।

14.4 विटामिन

यह देखा गया है कि कुछ कार्बनिक यौगिकों की हमारे आहार में थोड़ी मात्रा में आवश्यकता होती है, लेकिन इनकी कमी विशिष्ट रोगों का कारण बनती है। इन यौगिकों को विटामिन कहा जाता है। अधिकांश विटामिन हमारे शरीर में संश्लेषित नहीं किए जा सकते, लेकिन पौधे लगभग सभी को संश्लेषित कर सकते हैं, इसलिए इन्हें आवश्यक आहार कारक माना जाता है। हालांकि, आंत के जीवाणु हमारे लिए आवश्यक कुछ विटामिनों का उत्पादन कर सकते हैं। सभी विटामिन सामान्यतः हमारे आहार में उपलब्ध होते हैं। विभिन्न विटामिन विभिन्न रासायनिक वर्गों से संबंधित होते हैं और इन्हें संरचना के आधार पर परिभाषित करना कठिन है। इन्हें आमतौर पर ऐसे कार्बनिक यौगिक माना जाता है जिनकी आहार में थोड़ी मात्रा में विशिष्ट जैविक कार्यों को पूरा करने के लिए आवश्यकता होती है ताकि जीव की सामान्य वृद्धि और स्वास्थ्य का इष्टतम रखरखाव हो सके। विटामिनों को A, B, C, D आदि वर्णमाला द्वारा नामित किया जाता है। इनमें से कुछ को उप-समूहों के रूप में भी नामित किया जाता है जैसे $B_{1}$, $\mathrm{B_2}, \mathrm{~B_6}, \mathrm{~B_12}$ आदि। विटामिनों की अधिकता भी हानिकारक होती है और डॉक्टर की सलाह के बिना विटामिन गोलियाँ नहीं लेनी चाहिए।

“विटामिन” शब्द vital + amine से बनाया गया था क्योंकि प्रारंभ में पहचाने गए यौगिकों में अमीनो समूह होते थे। बाद के कार्यों से पता चला कि अधिकांश में अमीनो समूह नहीं होते हैं, इसलिए अक्षर ‘e’ हटा दिया गया और आजकल विटामिन शब्द का प्रयोग किया जाता है।

14.4.1 विटामिनों का वर्गीकरण

विटामिनों को दो समूहों में वर्गीकृत किया जाता है जो उनकी पानी या वसा में घुलनशीलता पर निर्भर करता है।

(i) वसा में घुलनशील विटामिन: वे विटामिन जो वसा और तेलों में घुलनशील हैं परन्तु जल में अघुलनशील हैं, इस समूह में रखे जाते हैं। ये विटामिन A, $\mathrm{D}, \mathrm{E}$ और $\mathrm{K}$ हैं। ये यकृत और वसा-संचयी ऊतकों में संचित रहते हैं।

(ii) जल में घुलनशील विटामिन: $\mathrm{B}$ समूह के विटामिन और विटामिन $\mathrm{C}$ जल में घुलनशील होते हैं, इसलिए इन्हें एक साथ समूहीकृत किया गया है। जल में घुलनशील विटामिनों को आहार में नियमित रूप से देना चाहिए क्योंकि ये शीघ्र मूत्र द्वारा बाहर निकल जाते हैं और हमारे शरीर में संचित नहीं रह सकते (विटामिन $\mathrm{B_{12}}$ को छोड़कर)। कुछ महत्वपूर्ण विटामिन, उनके स्रोत और उनकी कमी से होने वाले रोगों को सारणी 14.3 में सूचीबद्ध किया गया है।

सारणी 14.3: कुछ महत्वपूर्ण विटामिन, उनके स्रोत और उनकी कमी से होने वाले रोग

14.5 न्यूक्लिक अम्ल

प्रत्येक पीढ़ी की प्रत्येक प्रजाति कई मायनों में अपने पूर्वजों से मिलती-जुलती है। ये लक्षण एक पीड़ी से अगली पीढ़ी तक कैसे स्थानांतरित होते हैं? यह देखा गया है कि जीवित कोशिका का केंद्रक इन जन्मजात लक्षणों, जिन्हें वंशागति भी कहा जाता है, के स्थानांतरण के लिए उत्तरदायी होता है। कोशिका के केंद्रक में वे कण जो वंशागति के लिए उत्तरदायी हैं, गुणसूत्र कहलाते हैं जो प्रोटीनों और न्यूक्लिक अम्ल नामक एक अन्य प्रकार के जैव अणुओं से बने होते हैं। ये मुख्यतः दो प्रकार के होते हैं, डिऑक्सीराइबोन्यूक्लिक अम्ल (DNA) और राइबोन्यूक्लिक अम्ल (RNA)। चूँकि न्यूक्लिक अम्ल न्यूक्लियोटाइडों के लंबे श्रृंखला बहुलक होते हैं, इसलिए इन्हें बहु-न्यूक्लियोटाइड भी कहा जाता है।

जेम्स ड्यू वाटसन

1928 में इलिनोइस, शिकागो में जन्मे, डॉ. वाटसन ने 1950 में इंडियाना विश्वविद्यालय से प्राणीशास्त्र में पीएच.डी. प्राप्त की। वे डीएनए की संरचना की खोज के लिए सर्वाधिक प्रसिद्ध हैं, जिसके लिए उन्होंने फ्रांसिस क्रिक और मॉरिस विल्किन्स के साथ 1962 का चिकित्सा और शरीर-क्रिया-विज्ञान में नोबेल पुरस्कार साझा किया। उन्होंने प्रस्तावित किया कि डीएनए अणु द्विकुंडल (डबल हेलिक्स) के आकार का होता है, एक सुरुचिपूर्ण सरल संरचना जो धीरे से मुड़ी हुई सीढ़ी जैसी दिखती है। सीढ़ी की रेलें फॉस्फेट और डिऑक्सीराइबोज़ शर्करा की बारी-बारी से आने वाली इकाइयों से बनी होती हैं; सीढ़ी की डंडियाँ प्रत्येक एक युग्मित प्यूरीन/पिरिमिडीन आधार से बनी होती हैं। इस अनुसंधान ने उभरते हुए आण्विक जीवविज्ञान के क्षेत्र की नींव रखी। न्यूक्लिओटाइड आधारों की पूरक युग्मन यह समझाता है कि मातृ डीएनए की समान प्रतियाँ दो पुत्री कोशिकाओं में कैसे स्थानांतरित होती हैं। इस अनुसंधान ने जीवविज्ञान में एक क्रांति शुरू की जिसने आधुनिक पुनःसंयोजक डीएनए तकनीकों को जन्म दिया।

14.5.1 न्यूक्लिक अम्लों का रासायनिक संघटन

डीएनए (या आरएनए) का पूर्ण जल-अपघटन एक पेंटोज़ शर्करा, फॉस्फोरिक अम्ल और नाइट्रोजन-युक्त विषमचक्रीय यौगिक (जिन्हें आधार कहा जाता है) देता है। डीएनए अणुओं में शर्करा खंड $\beta$-D-2-डिऑक्सीराइबोज़ होता है जबकि आरएनए अणु में यह $\beta$-D-राइबोज़ होता है।

डीएनए में चार क्षार होते हैं अर्थात् एडेनिन (A), ग्वानिन (G), साइटोसिन (C) और थाइमिन (T)। आरएनए में भी चार क्षार होते हैं, पहले तीन क्षार डीएनए के समान होते हैं लेकिन चौथा क्षार यूरासिल (U) होता है।

14.5.2 न्यूक्लिक अम्लों की संरचना

जब कोई क्षार शर्करा के $1^{\prime}$ स्थान से जुड़ता है तो बनने वाली इकाई को न्यूक्लियोसाइड कहा जाता है। न्यूक्लियोसाइडों में शर्करा के कार्बनों को $1^{\prime}, 2^{\prime}, 3^{\prime}$ आदि के रूप में संख्यांकित किया जाता है ताकि इन्हें क्षारों से भिन्न किया जा सके (चित्र 14.5a)। जब न्यूक्लियोसाइड शर्करा के $5^{\prime}$-स्थान पर फॉस्फोरिक अम्ल से जुड़ता है, तो हमें एक न्यूक्लियोटाइड प्राप्त होता है (चित्र 14.5)।

चित्र 10.5: संरचना (a) एक न्यूक्लियोसाइड की और (b) एक न्यूक्लियोटाइड की

न्यूक्लियोटाइड एक-दूसरे से पेंटोज शर्करा के 5¢ और 3¢ कार्बन परमाणुओं के बीच फॉस्फोडाइएस्टर बंध द्वारा जुड़े होते हैं। एक विशिष्ट डाइन्यूक्लियोटाइड का निर्माण चित्र 14.6 में दिखाया गया है।

चित्र 10.6: एक डाइन्यूक्लियोटाइड का निर्माण

न्यूक्लिक अम्ल श्रृंखला का एक सरलीकृत संस्करण नीचे दिखाया गया है।

नाभिकीय अम्ल की श्रृंखला में न्यूक्लियोटाइड्स के क्रम के बारे में जानकारी को इसकी प्राथमिक संरचना कहा जाता है। नाभिकीय अम्लों की एक द्वितीयक संरचना भी होती है। जेम्स वॉटसन और फ्रांसिस क्रिक ने डीएनए के लिए दोहरी स्ट्रैंड हेलिक्स संरचना दी (चित्र 14.7)। दो नाभिकीय अम्ल श्रृंखलाएं एक-दूसरे के चारों ओर लिपटी होती हैं और आधारों के युग्मों के बीच हाइड्रोजन बंधों द्वारा एक साथ बंधी रहती हैं। दोनों स्ट्रैंड एक-दूसरे की पूरक होती हैं क्योंकि हाइड्रोजन बंध विशिष्ट आधार युग्मों के बीच बनते हैं। एडेनिन थाइमिन के साथ हाइड्रोजन बंध बनाता है जबकि साइटोसिन ग्वानिन के साथ हाइड्रोजन बंध बनाता है।

चित्र 10.7: डीएनए के लिए दोहरी स्ट्रैंड हेलिक्स संरचना

आरएनए की द्वितीयक संरचना में एकल स्ट्रैंड हेलिक्स मौजूद होता है जो कभी-कभी स्वयं पर वापस मुड़ जाता है। आरएनए अणु तीन प्रकार के होते हैं और वे विभिन्न कार्य करते हैं। इन्हें मैसेंजर आरएनए (m-RNA), राइबोसोमल आरएनए (r-RNA) और ट्रांसफर आरएनए (t-RNA) नाम दिया गया है।

हर गोबिंद खोराना

हर गोबिंद खोराना का जन्म 1922 में हुआ था। उन्होंने लाहौर के पंजाब विश्वविद्यालय से एम.एससी. की उपाधि प्राप्त की। उन्होंने प्रोफेसर व्लादिमीर प्रेलॉग के साथ कार्य किया, जिन्होंने खोराना के विज्ञान, कार्य और प्रयासों के प्रति विचार और दर्शन को आकार दिया। 1949 में भारत में संक्षिप्त प्रवास के बाद, खोराना वापस इंग्लैंड चले गए और प्रोफेसर जी.डब्ल्यू. केनर और प्रोफेसर ए.आर. टॉड के साथ कार्य किया। यह यूके के कैम्ब्रिज में था जहाँ उन्हें प्रोटीन और न्यूक्लिक अम्ल दोनों में रुचि हुई। डॉ. खोराना ने 1968 में जेनेटिक कोड को समझने के लिए मार्शल निरेनबर्ग और रॉबर्ट होली के साथ चिकित्सा और फिजियोलॉजी का नोबेल पुरस्कार साझा किया।

14.5.3 न्यूक्लिक अम्लों की जैविक कार्य

डीएनए वंशानुक्रम का रासायनिक आधार है और इसे जेनेटिक सूचना के भंडार के रूप में माना जा सकता है। डीएनए विभिन्न प्रजातियों के जीवों की पहचान को लाखों वर्षों तक बनाए रखने के लिए पूरी तरह से उत्तरदायी है। एक डीएनए अणु कोशिका विभाजन के दौरान स्व-प्रतिकृतिकरण में सक्षम होता है और समान डीएनए स्ट्रैंड पुत्री कोशिकाओं में स्थानांतरित होते हैं। न्यूक्लिक अम्लों का एक अन्य महत्वपूर्ण कार्य कोशिका में प्रोटीन संश्लेषण है। वास्तव में, प्रोटीन कोशिका में विभिन्न आरएनए अणुओं द्वारा संश्लेषित किए जाते हैं, लेकिन किसी विशेष प्रोटीन के संश्लेषन का संदेश डीएनए में मौजूद होता है।

डीएनए फिंगरप्रिंटिंग

यह ज्ञात है कि प्रत्येक व्यक्ति की अद्वितीय उंगलियों के निशान होते हैं। ये उंगलियों के सिरों पर पाए जाते हैं और लंबे समय से पहचान के लिए उपयोग किए जाते रहे हैं, लेकिन इन्हें सर्जरी द्वारा बदला जा सकता है। डीएनए पर आधारित क्रम भी किसी व्यक्ति के लिए अद्वितीय होता है और इस संबंधी जानकारी को डीएनए फिंगरप्रिंटिंग कहा जाता है। यह प्रत्येक कोशिका के लिए समान होता है और किसी भी ज्ञात उपचार द्वारा इसे बदला नहीं जा सकता। डीएनए फिंगरप्रिंटिंग का अब उपयोग किया जाता है

(i) अपराधियों की पहचान के लिए फॉरेंसिक प्रयोगशालाओं में।

(ii) किसी व्यक्ति की पैतृकता निर्धारित करने के लिए।

(iii) किसी भी दुर्घटना में मृत शवों की पहचान के लिए माता-पिता या बच्चों के डीएनए से तुलना करके।

(iv) जैविक विकास को पुनः लिखने के लिए जातीय समूहों की पहचान करने के लिए।

14.6 हार्मोन

हार्मोन ऐसे अणु होते हैं जो अंतःकोशिकीय संदेशवाहक के रूप में कार्य करते हैं। ये शरीर में अंतःस्रावी ग्रंथियों द्वारा उत्पादित होते हैं और सीधे रक्तप्रवाह में छोड़े जाते हैं जो इन्हें क्रियास्थल तक पहुंचाता है।

रासायनिक प्रकृति के संदर्भ में, इनमें से कुछ स्टेरॉयड होते हैं, उदाहरण के लिए एस्ट्रोजन और एंड्रोजन; कुछ पॉलीपेप्टाइड होते हैं जैसे इंसुलिन और एंडोर्फिन और कुछ अन्य अमीनो अम्ल व्युत्पन्न होते हैं जैसे एपिनेफ्रिन और नॉरएपिनेफ्रिन।

हार्मोनों के शरीर में कई कार्य होते हैं। वे शरीर में जैविक क्रियाओं के संतुलन को बनाए रखने में मदद करते हैं। रक्त में ग्लूकोज़ के स्तर को संकीर्ण सीमा के भीतर रखने में इंसुलिन की भूमिका इस कार्य का एक उदाहरण है। रक्त में ग्लूकोज़ के स्तर में तेज़ वृद्धि होने पर इंसुलिन का स्राव होता है। दूसरी ओर, ग्लूकागन हार्मोन रक्त में ग्लूकोज़ के स्तर को बढ़ाने का प्रयास करता है। ये दोनों हार्मोन मिलकर रक्त में ग्लूकोज़ के स्तर को नियंत्रित करते हैं। एपिनेफ्रिन और नॉरएपिनेफ्रिन बाहरी उत्तेजनाओं के प्रति प्रतिक्रिया को मध्यस्थित करते हैं। वृद्धि हार्मोन और लिंग हार्मोन विकास और परिपक्वता में भूमिका निभाते हैं। थायरॉयड ग्रंथि में बना थायरॉक्सीन, टायरोसीन नामक अमीनो अम्ल का आयोडिनयुक्त व्युत्पन्न है। थायरॉक्सीन का असामान्य रूप से निम्न स्तर हाइपोथायरॉयडिज़्म का कारण बनता है, जिसकी विशेषता सुस्ती और मोटापा है। थायरॉक्सीन के स्तर में वृद्धि हाइपरथायरॉयडिज़्म का कारण बनती है। आहार में आयोडीन की कमी हाइपोथायरॉयडिज़्म और थायरॉयड ग्रंथि के आकार में वृद्धि का कारण बन सकती है। इस स्थिति को मुख्य रूप से वाणिज्यिक टेबल नमक में सोडियम आयोडाइड मिलाकर (“आयोडाइज़्ड” नमक) नियंत्रित किया जा रहा है।

स्टेरॉयड हार्मोन अधिवृक्का कोर्टेक्स और गोनाड्स (पुरुषों में वृषण और महिलाओं में अंडाशय) द्वारा उत्पादित किए जाते हैं। अधिवृक्का कोर्टेक्स द्वारा स्रावित हार्मोन शरीर की कार्यप्रणाली में बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। उदाहरण के लिए, ग्लूकोकार्टिकोइड कार्बोहाइड्रेट चयापचय को नियंत्रित करते हैं, सूजन संबंधी प्रतिक्रियाओं को मॉड्यूलेट करते हैं और तनाव की प्रतिक्रियाओं में शामिल होते हैं। मिनरलोकार्टिकोइड गुर्दे द्वारा पानी और नमक के उत्सर्जन के स्तर को नियंत्रित करते हैं। यदि अधिवृक्का कोर्टेक्स ठीक से कार्य नहीं करता है तो इसका एक परिणाम ऐडिसन रोग हो सकता है जो हाइपोग्लाइसीमिया, कमजोरी और तनाव के प्रति बढ़ी संवेदनशीलता से विशेषता होता है। यह रोग घातक होता है जब तक कि इसका उपचार ग्लूकोकार्टिकोइड और मिनरलोकार्टिकोइड द्वारा न किया जाए। गोनाड्स द्वारा स्रावित हार्मोन द्वितीयक लैंगिक लक्षणों के विकास के लिए उत्तरदायी होते हैं। टेस्टोस्टेरोन पुरुषों में उत्पादित प्रमुख लैंगिक हार्मोन है। यह द्वितीयक पुरुष लक्षणों (गहरी आवाज, चेहरे के बाल, सामान्य शारीरिक संरचना) के विकास के लिए उत्तरदायी है और एस्ट्राडियोल मुख्य महिला लैंगिक हार्मोन है। यह द्वितीयक महिला लक्षणों के विकास के लिए उत्तरदायी है और मासिक चक्र के नियंत्रण में भाग लेता है। प्रोजेस्टेरोन निषेचित अंडे के आरोपण के लिए गर्भाशय को तैयार करने के लिए उत्तरदायी है।

सारांश

कार्बोहाइड्रेट्स प्रकाशिक रूप से सक्रिय बहु-हाइड्रॉक्सी ऐल्डिहाइड्स या कीटोन होते हैं या ऐसे अणु जो हाइड्रोलिसिस पर ऐसी इकाइयाँ प्रदान करते हैं। इन्हें व्यापक रूप से तीन समूहों में वर्गीकृत किया गया है—मोनोसैकेराइड्स, डाइसैकेराइड्स और पॉलीसैकेराइड्स। ग्लूकोज, स्तनधारियों के लिए ऊर्जा का सबसे महत्वपूर्ण स्रोत, स्टार्च के पाचन द्वारा प्राप्त होता है। मोनोसैकेराइड्स ग्लाइकोसिडिक लिंकेज द्वारा एक साथ जुड़कर डाइसैकेराइड्स या पॉलीसैकेराइड्स बनाते हैं।

प्रोटीन्स लगभग बीस विभिन्न $\alpha$-अमीनो अम्लों के बहुलक होते हैं जो पेप्टाइड बंधों द्वारा जुड़े होते हैं। दस अमीनो अम्लों को आवश्यक अमीनो अम्ल कहा जाता है क्योंकि इन्हें हमारा शरीर संश्लेषित नहीं कर सकता, इसलिए इन्हें आहार के माध्यम से प्रदान किया जाना चाहिए। प्रोटीन्स जीवों में विभिन्न संरचनात्मक और गतिशील कार्य करते हैं। प्रोटीन्स जिनमें केवल $\alpha$-अमीनो अम्ल होते हैं, उन्हें सरल प्रोटीन्स कहा जाता है। प्रोटीन्स की द्वितीयक या तृतीयक संरचना $\mathrm{pH}$ या तापमान में परिवर्तन के कारण विचलित हो जाती है और वे अपने कार्य नहीं कर पाते। इसे प्रोटीन्स का विकृतिकरण कहा जाता है। एंजाइम्स जैवउत्प्रेरक होते हैं जो जैवतंत्रों में अभिक्रियाओं को तेज करते हैं। ये अपने कार्य में बहुत विशिष्ट और चयनात्मक होते हैं और रासायनिक रूप से अधिकांश एंजाइम्स प्रोटीन्स होते हैं।

विटामिन आहार में आवश्यक सहायक खाद्य कारक होते हैं। इन्हें वसा-घुलनशील (A, D, E और K) और जल-घुलनशील (B समूह और C) के रूप में वर्गीकृत किया गया है। विटामिनों की कमी से कई रोग होते हैं।

न्यूक्लिक अम्ल न्यूक्लियोटाइड्स के बहुलक होते हैं जिनमें एक बेस, एक पेन्टोज शर्करा और फॉस्फेट समूह होता है। न्यूक्लिक अम्ल माता-पिता से संतानों में लक्षणों के स्थानांतरण के लिए उत्तरदायी होते हैं। न्यूक्लिक अम्लों के दो प्रकार होते हैं - DNA और RNA। DNA में पाँच कार्बन वाली शर्करा अणु 2-डिऑक्सीराइबोज होती है जबकि RNA में राइबोज होता है। DNA और RNA दोनों में एडेनिन, ग्वानिन और साइटोसिन होते हैं। चौथा बेस DNA में थाइमिन और RNA में यूरेसिल होता है। DNA की संरचना द्वि-स्तरीय होती है जबक RNA एकल-स्तरीय अणु होता है। DNA वंशानुक्रम का रासायनिक आधार है और इसमें कोशिका में प्रोटीन संश्लेषण के लिए संकेतित संदेश होता है। RNA के तीन प्रकार होते हैं - mRNA, rRNA और tRNA जो वास्तव में कोशिका में प्रोटीन संश्लेषण करते हैं।