जैव अणु

जैव अणुओं के आकार और आकृतियों की एक विस्तृत श्रृंखला होती है, और वे जीवन प्रक्रियाओं की एक विस्तृत श्रृंखला में शामिल हैं। वये 25 से अधिक प्राकृतिक तत्वों से मिलकर बने होते हैं, जिनमें कार्बन, हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, फॉस्फोरस और सल्फर सबसे महत्वपूर्ण हैं।

कार्बन यौगिक जैव अणुओं के निर्माण में एक बड़ा हिस्सा हैं। वे सहसंयोजक बंधों के माध्यम से अन्य तत्वों के साथ मिलकर कई अन्य यौगिक बनाते हैं।

जैव अणुओं को चार मुख्य समूहों में रखा जा सकता है:

• कार्बोहाइड्रेट
• प्रोटीन
• न्यूक्लिक एसिड
• लिपिड

कार्बोहाइड्रेट

कार्बोहाइड्रेट वह कार्बनिक पदार्थ हैं जिसमें कार्बन, हाइड्रोजन व आक्सीजन उपस्थित होते है। इसमें हाइड्रोजन व आक्सीजन का अनुपात जल के समान होता है। कुछ कार्बोहाइड्रेट हमारे शरीर को उर्जा प्रदान करते हैं। यह शरीर मे शक्ति उत्पन्न करने का प्रमुख स्रोत है। शरीर को शक्ति और गर्मी प्रदान करने के लिए यह वसा की भांति कार्य करता है। कार्बोहाइड्रेट का वसा की अपेक्षा शरीर मे जल्दी पाचन होता है।

जैसे - मण्ड, शर्करा, ग्लूकोज़, ग्लाइकोजेन

रासायनिक रुप से कार्बोहाइड्रेट पॉलीहाइड्राक्सी एल्डिहाइड या पॉलीहाइड्राक्सी कीटोन होते हैं इनके जल अपघटन से पॉलीहाइड्राक्सी एल्डिहाइड या पॉलीहाइड्राक्सी कीटोन प्राप्त होता है।

कार्बोहाइड्रेट् के प्रकार

कार्बोहाइड्रेट् तीन प्रकार के होते हैं:

मोनोसैकराइड

ये सबसे सरल कार्बोहाइड्रेट होते हैं। इनका जलीय अपघटन आसान नहीं होता है। ये सबसे सामान्य कार्बोहाइड्रेट होते हैं। ये जल में विलेय होते हैं।

${\ce {C6H12O6(l) ->[zymase] 2C2H5OH(l) + 2CO2(g)}}$

जैसे- पेण्टोज, हेक्सोज (ग्लूकोज) आदि।

ओलिगोसैकराइड

ओलिगोसैकराइड 2 से 10 मोनोसैकराइड के आपस में संगठित होने से बनते हैं। इनका जलीय अपघटन आसान होता है। जिनसे सबसे सामान्य कार्बोहाइड्रेट प्राप्त होते हैं।

जैसे - सुक्रोज, माल्टोज, लैक्टोज आदि।

${\ce {C12H22O11(l) + H2O(l) ->[invertase] C6H12O6(l) + C6H12O6(l)}}$

पॉलीसैकराइड

यह 10 से लेकर 1000 या उसे भी अधिक मोनोसैकराइड्स से बनते हैं। ये जल में अविलेय होते हैं।

${\ce {2(C6H10O5)n + nH2O(l) ->[Diastase] nC12H22O11(l)}}$

जैसे - स्टार्च, सेल्यूलोज, काइटिन आदि।

कार्बोहाइर्डे‌ट के मुख्य कार्य

• कार्बोहाइर्डे‌ट का मुख्य कार्य शरीर को ऊर्जा प्रदान करना होता है।
• यह शरीर को शक्ति प्रदान करता है।
• यह जन्तुओं तथा मनुष्यों में ग्लूकोज और ग्लायकोजन के रूप में ऊर्जा का भंडार करते हैं।
• जंतुओं तथा पौधों में भोजन ग्लाइकोजन तथा स्टार्च के रूप में संग्रहित करते हैं।
• यह शरीर को ऊष्मा प्रदान करता है।

प्रोटीन

प्रोटीन को जीवन के निर्माण खंड के रूप में जाना जाता है क्योंकि वे शरीर में उपस्थित सबसे प्रचुर अणु हैं और कोशिकाओं के शुष्क भार का लगभग 60% बनाते हैं।

वे सभी जीवित चीजों में अधिकांश कोशिकाएँ बनाते हैं। कोशिकाओं के अलावा, प्रोटीन शरीर के अधिकांश संरचनात्मक, नियामक और एंजाइम घटकों का निर्माण करते हैं। इसलिए वे किसी व्यक्ति की वृद्धि और विकास के लिए महत्वपूर्ण हैं। अंडे, दालें, दूध और अन्य दूध उत्पाद जैसे भोजन शरीर के लिए प्रमुख उच्च-प्रोटीन खाद्य पदार्थ हैं।

प्रोटीन क्या हैं?

मूल रूप से, प्रोटीन हमारे शरीर के मूलभूत निर्माण खंड हैं। वे बड़े और जटिल मैक्रोमोलेक्यूल्स या जैव-अणु हैं जो हमारे शरीर की कोशिकाओं, ऊतकों और मानव शरीर के अन्य अंगों के कामकाज और विनियमन में प्रमुख भूमिका निभाते हैं। इनका उपयोग हमारे शरीर को हार्मोन, एंजाइम और अन्य चयापचय रसायनों के उत्पादन में शक्ति प्रदान करने में भी किया जाता है। वे हमारे शरीर की कोशिकाओं, ऊतकों और अंगों के कामकाज और विनियमन में भी शामिल हैं।

प्रोटीन अमीनो एसिड से बने होते हैं, जिन्हें विभिन्न समूहों में व्यवस्थित किया जाता है। ये मौलिक अमीनो एसिड अनुक्रम विशिष्ट हैं और इसकी व्यवस्था डीएनए द्वारा नियंत्रित होती है। चूँकि हमारा शरीर इन आवश्यक अमीनो एसिड को स्वयं संश्लेषित नहीं कर सकता है, इसलिए हमें अपने शरीर के चयापचय को स्थिर रखने के लिए अपने रोजमर्रा के आहार में भरपूर मात्रा में प्रोटीन खाद्य पदार्थ शामिल करने चाहिए।

प्रोटीन संरचना

अमीनो एसिड अवशेषों की एक बहुलक श्रृंखला प्रोटीन का निर्माण करती है। प्रोटीन की संरचना मुख्य रूप से अमीनो एसिड की लंबी श्रृंखलाओं से बनी होती है। अमीनो एसिड की व्यवस्था और स्थान प्रोटीन को कुछ विशेषताएं प्रदान करते हैं। सभी अमीनो एसिड अणुओं में एक अमीनो (-NH2) और एक कार्बोक्सिल (-COOH) कार्यात्मक समूह होता है। इसलिए, नाम "अमीनो-एसिड"।

पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं को अमीनो एसिड को एक साथ जोड़कर संश्लेषित किया जाता है। एक प्रोटीन तब बनता है जब इनमें से एक या अधिक श्रृंखलाएं एक विशिष्ट तरीके से मुड़ती हैं। मीथेन को अमीनो एसिड द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, जिसमें हाइड्रोजन, अमीनो समूह, कार्बोक्सिल समूह और एक चर आर-समूह होता है जो अल्फा कार्बन की पहली तीन संयोजकताएं भरता है।

आर-समूह के आधार पर कई प्रकार के अमीनो एसिड होते हैं, और एक पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला में उनमें से 20 होते हैं। प्रोटीन की अंतिम संरचना और उद्देश्य अमीनो एसिड की इन सभी विशेषताओं से निर्धारित होता है।

प्रोटीन की संरचना को 4 स्तरों पर वर्गीकृत किया गया है:-

• प्राथमिक - प्रोटीन की प्राथमिक संरचना एक विशेष क्रम में अमीनो एसिड द्वारा बनाई गई रैखिक पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला है। एक भी अमीनो एसिड की स्थिति बदलने से एक अलग श्रृंखला और इसलिए एक अलग प्रोटीन बन जाएगा।
• द्वितीयक - प्रोटीन की द्वितीयक संरचना पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला में हाइड्रोजन बंधन द्वारा बनती है। ये बंधन श्रृंखला को दो अलग-अलग संरचनाओं में मोड़ने और कुंडलित करने का कारण बनते हैं जिन्हें α-हेलिक्स या β-प्लीटेड शीट के रूप में जाना जाता है। α-हेलिक्स एक एकल सर्पिल की तरह है और हर चौथे अमीनो एसिड के बीच हाइड्रोजन बंधन द्वारा बनता है। β-प्लेटेड शीट दो या दो से अधिक आसन्न पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं के बीच हाइड्रोजन बॉन्डिंग द्वारा बनाई जाती है।
• तृतीयक - तृतीयक संरचना प्रत्येक अमीनो एसिड के विभिन्न आर-समूहों की आकर्षक और प्रतिकारक शक्तियों के तहत पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं द्वारा प्राप्त अंतिम 3-आयामी आकार है। यह एक कुंडलित संरचना है जो प्रोटीन कार्यों के लिए बहुत आवश्यक है।
• चतुर्धातुक - यह संरचना केवल उन प्रोटीनों द्वारा प्रदर्शित की जाती है जिनमें कई पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाएं मिलकर एक बड़ा परिसर बनाती हैं। व्यक्तिगत श्रृंखलाओं को तब सबयूनिट कहा जाता है।

प्रोटीन के कार्य

शरीर विभिन्न उद्देश्यों के लिए प्रोटीन का उपयोग करता है, और उनकी संरचना यह निर्धारित करती है कि वे कैसे काम करते हैं। कई उल्लेखनीय कार्यों में शामिल हैं:

• पाचन - पाचन एंजाइम, जो मूल रूप से मुख्य रूप से प्रोटीनयुक्त होते हैं, पाचन करते हैं।
• गति - मांसपेशियों में मायोसिन नामक एक प्रोटीन शामिल होता है, जो मांसपेशियों को सिकुड़ने में मदद करता है, जिससे गति की अनुमति मिलती है।
• संरचना और समर्थन - केराटिन नामक संरचनात्मक प्रोटीन ही मनुष्यों और अन्य जानवरों को बाल, नाखून और सींग देता है।
• सेलुलर संचार - अपनी सतह पर रिसेप्टर्स के माध्यम से, कोशिकाएं अन्य कोशिकाओं और बाहरी दुनिया के साथ संचार कर सकती हैं। ये रिसेप्टर्स प्रोटीन से बने होते हैं।
• संदेशवाहक के रूप में कार्य करें - ये प्रोटीन रासायनिक संदेशवाहक के रूप में कार्य करते हैं जो कोशिकाओं, ऊतकों और अंगों के बीच संचार की सुविधा प्रदान करते हैं।
• एंजाइम: एंजाइम अधिकतर कोशिका के भीतर होने वाली सभी रासायनिक प्रतिक्रियाओं को अंजाम देते हैं। वे डीएनए अणुओं को पुनर्जीवित करने और बनाने में भी मदद करते हैं और जटिल प्रक्रियाओं को पूरा करते हैं।
• हार्मोन: प्रोटीन विभिन्न प्रकार के हार्मोन के निर्माण में शामिल होते हैं जो शरीर के घटकों को संतुलित करने में मदद करते हैं। उदाहरण के लिए इंसुलिन जैसे हार्मोन, जो रक्त शर्करा और स्राव को विनियमित करने में मदद करते हैं। यह पाचन प्रक्रिया और पाचक रसों के निर्माण में भी शामिल होता है।
• एंटीबॉडी: एंटीबॉडी को इम्युनोग्लोबुलिन के रूप में भी जाना जाता है। यह एक प्रकार का प्रोटीन है जिसका उपयोग प्रतिरक्षा प्रणाली द्वारा विदेशी बैक्टीरिया से शरीर की मरम्मत और उपचार के लिए किया जाता है। वे अक्सर एंटीजन को पहचानने और अलग करने के लिए अन्य प्रतिरक्षा कोशिकाओं के साथ मिलकर काम करते हैं जब तक कि श्वेत रक्त कोशिकाएं उन्हें पूरी तरह से नष्ट नहीं कर देतीं।
• ऊर्जा: प्रोटीन ऊर्जा का प्रमुख स्रोत है जो हमारे शरीर की गतिविधियों में मदद करता है। प्रोटीन को ऊर्जा में बदलने के लिए सही मात्रा में प्रोटीन का होना जरूरी है। प्रोटीन, जब अधिक मात्रा में सेवन किया जाता है, तो वसा बनाने के लिए उपयोग किया जाता है और वसा कोशिकाओं का हिस्सा बन जाता है।

न्यूक्लिक अम्ल

न्यूक्लिक अम्ल लंबी श्रृंखला वाले पॉलिमरिक अणु होते हैं जिनमें मोनोमर (दोहराई जाने वाली इकाई) होता है जिसे न्यूक्लियोटाइड के रूप में जाना जाता है। कभी-कभी न्यूक्लिक अम्ल कई न्यूक्लियोटाइड से बने होते हैं जिन्हें पॉलीन्यूक्लियोटाइड कहा जाता है। न्यूक्लिक अम्ल जीवन की निरंतरता के लिए प्रमुख मैक्रोमोलेक्यूल्स हैं।

न्यूक्लिक अम्ल प्राकृतिक यौगिक हैं जो कोशिकाओं में प्राथमिक सूचना-वाहक अणुओं के रूप में कार्य करते हैं।ये प्रोटीन संश्लेषण को निर्देशित करने के लिए महत्वपूर्ण हैं। न्यूक्लिक अम्ल के दो मुख्य वर्ग डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक अम्ल (डीएनए) और राइबोन्यूक्लिक अम्ल (आरएनए) हैं।

1889 में रिचर्ड ऑल्टमैन ने पाया कि न्यूक्लिन में अम्लीय गुण होते हैं और इसे न्यूक्लिक अम्ल नाम दिया गया था।

आरएनए और डीएनए को न्यूक्लिक अम्ल कहा जाता है क्योंकि इससे जुड़ा फॉस्फेट समूह प्रकृति में अम्लीय होता है, क्योंकि फॉस्फेट समूह नकारात्मक रूप से चार्ज होता है और यह घोल में प्रोटॉन दान करता है जो अम्ल का गुण है।

प्रकार

डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक अम्ल (डीएनए) और राइबोन्यूक्लिक अम्ल (आरएनए) दो प्रमुख प्रकार के न्यूक्लिक अम्ल हैं।

डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक अम्ल (डीएनए)

डीएनए एक जैविक अणु है जिसमें एक जीव के विकास, जीवित रहने और प्रजनन के लिए आवश्यक सभी जानकारी सम्मिलित होती है। यह पृथ्वी पर जीवन के सभी रूपों में उपस्थित है और इसमें प्रत्येक जीव का आनुवंशिक कोड सम्मिलित है।

डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक अम्ल (डीएनए) एक बहुलक है जो दो पॉलीन्यूक्लियोटाइड श्रृंखलाओं से बना होता है जो एक डबल हेलिक्स बनाने के लिए एक दूसरे के चारों ओर कुंडलित होते हैं। डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक अम्ल (संक्षिप्त डीएनए) वह अणु है जो किसी जीव के विकास और कामकाज के लिए आनुवंशिक जानकारी रखता है। न्यूक्लिक अम्ल डीएनए या आरएनए के रूप में सभी जीवों में उपस्थित कार्बनिक पदार्थ हैं जो आनुवंशिक सामग्री के रूप में कार्य करते हैं। डीएनए का एक महत्वपूर्ण गुण यह है कि यह अपनी प्रतिकृति बना सकता है, या अपनी प्रतियां बना सकता है।डीएनए रासायनिक और संरचनात्मक रूप से बहुत स्थिर है जो इसे उपयुक्त आनुवंशिक सामग्री बनाता है।डीएनए प्रोटीन के उत्पादन में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

डीएनए संरचना

डीएनए की संरचना अपनी लंबाई के साथ गतिशील होती है, जो तंग लूपों और अन्य आकृतियों में कुंडलित होने में सक्षम होती है। डीएनए संरचना डीएनए की संरचना डबल-हेलिकल है। यह न्यूक्लियोटाइड से बना एक न्यूक्लिक अम्ल है। प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड तीन अलग-अलग घटकों जैसे शक्कर (डीऑक्सीराइबोस), फॉस्फेट समूह और नाइट्रोजन बेस से बना है। न्यूक्लियोटाइड आधारों में साइटोसिन, गुआनिन, थाइमिन और एडेनिन सम्मिलित हैं। फॉस्फेट और शक्कर समूहों का कार्य डीएनए के सभी स्ट्रैंड बनाने के लिए न्यूक्लियोटाइड को एक दूसरे से जोड़ना है।

नाइट्रोजन आधार चार प्रकार के होते हैं- साइटोसिन (C), गुआनाइन (G) , थाइमिन (T) , एडेनिन (A)। इन आधारों का क्रम, या क्रम, जीनोम में निर्देश बनाता है। युग्मन क्रम इस प्रकार है - ग्वानिन (जी) के साथ साइटोसिन (सी) और थाइमिन (टी) के साथ एडेनिन (ए)। शक्कर डीएनए अणु की रीढ़ की हड्डी के रूप में कार्य करती है और विपरीत स्ट्रैंड के नाइट्रोजनस आधार हाइड्रोजन बांड बनाते हैं, जिससे सीढ़ी जैसी संरचना बनती है। नाइट्रोजनी आधारों को दो समूहों में विभाजित किया गया है; प्यूरीन (जी और ए), और पाइरीमिडीन (सी और टी)। न्यूक्लियोटाइड्स आपस में जुड़कर दो लंबे स्ट्रैंड बनाते हैं जो मुड़कर एक संरचना बनाते हैं जिसे डबल हेलिक्स कहा जाता है। दोहरी हेलिक्स संरचना एक सीढ़ी की तरह दिखती है, जिसमें फॉस्फेट और शक्कर के कण किनारे होंगे, जबकि आधार मिलान सीढ़ियाँ होंगी। चूँकि ये दोनों श्रृंखलाएँ अलग-अलग धागों के आधारों के बीच हाइड्रोजन बंधन द्वारा एक साथ जुड़ी हुई हैं, सभी आधार डबल हेलिक्स के अंदर हैं, और चीनी-फॉस्फेट रीढ़ बाहर की तरफ हैं। एक दो-रिंग बेस (एक प्यूरीन) को सिंगल-रिंग बेस (एक पाइरीमिडीन) के साथ जोड़ा जाता है और एक नियम के रूप में, A को हमेशा T के साथ जोड़ा जाता है, और G को C के साथ जोड़ा जाता है।

राइबोन्यूक्लिक अम्ल (आरएनए)

आरएनए एक राइबोन्यूक्लिक अम्ल है जो प्रोटीन के संश्लेषण में मदद करता है। आरएनए मानव शरीर में नई कोशिकाओं के उत्पादन के लिए जिम्मेदार है। आरएनए का मतलब राइबोन्यूक्लिक अम्ल है और यह एकल-कोशिका वाले सूक्ष्मजीवों, पौधों और मनुष्यों सहित सभी जीवों के लिए एक महत्वपूर्ण अणु है। आरएनए कई सेलुलर प्रक्रियाओं में सम्मिलित है और पौधे, पशु और मानव स्वास्थ्य में व्यापक अनुप्रयोगों में इसकी क्षमता है।

डीएनए को मुख्य वंशानुगत सामग्री माना जाता है, लेकिन आरएनए भी रेट्रोवायरस जैसे कई जीवों के लिए आनुवंशिक सामग्री है। लेकिन आरएनए उच्च जीवों में एक संदेशवाहक की भूमिका निभाता है।आनुवंशिक सामग्री न्यूक्लियोटाइड से बनी होती है जो कोशिका की आनुवंशिक सामग्री न्यूक्लिक अम्ल के मोनोमर्स होते हैं।

राइबोन्यूक्लिक अम्ल एक न्यूक्लिक अम्ल है जो सभी जीवित कोशिकाओं में उपस्थित होता है, जिसमें डीएनए के साथ संरचनात्मक समानताएं होती हैं और यह कई जीवों में आनुवंशिक सामग्री के रूप में भी कार्य करता है। हालांकि, डीएनए की तुलना में आरएनए प्रायः एकल-स्ट्रैंडेड होता है जो डबल स्ट्रैंडेड होता है। एक आरएनए अणु की रीढ़ डीएनए में पाए जाने वाले डीऑक्सीराइबोज़ के बजाय वैकल्पिक फॉस्फेट समूहों और राइबोज़ से बनी होती है।आरएनए की तुलना में डीएनए रासायनिक रूप से कम प्रतिक्रियाशील और संरचनात्मक रूप से अधिक स्थिर होता है, इसलिए यह आरएनए की तुलना में कई जीवों के लिए अधिकांश आनुवंशिक सामग्री बनाता है। थाइमिन डीएनए को आरएनए की तुलना में अधिक स्थिर बनाता है, जहां इसे यूरैसिल द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।अधिकांश पादप विषाणुओं में, आरएनए आनुवंशिक सामग्री है।

अभ्यास प्रश्न:

1. डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक अम्ल (डीएनए) क्या है?
2. प्रोटीन के चार प्रकार कौन से हैं?
3. प्रोटीन क्यों जरूरी है?
4. प्रोटीन के कार्य लिखिए।
5. जैव अणु क्या है?