जीवन की अवस्था यह है जिसके भीतर रासायनिक प्रतिक्रियाओं की सुसंगत और समकालीन प्रगति होती है।

जीवित तंतु बढ़ता है, जीवित रहता है और अपने आप को पुनर्जन्मित करता है। जीवित तंतु के बारे में सबसे अद्भुत चीज़ यह है कि यह अजीव परमाणुओं और अणुओं से बना है। जीवित तंतु के भीतर रासायनिक क्रियाओं के क्रम के बारे में ज्ञान की खोज जैव रासायनिकी के क्षेत्र में आती है। जीवित तंतु कई अलग-अलग जटिल जैव अणुओं से बने होते हैं जैसे कार्बोहाइड्रेट, प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड, लिपिड्स आदि। प्रोटीन और कार्बोहाइड्रेट हमारे भोजन के आवश्यक अंश हैं। इन जैव अणुओं के बीच परस्पर संवाद होता है और ये जीवन प्रक्रियाओं का अणुआधारित तर्क बनते हैं। इसके अतिरिक्त, कुछ सरल अणुओं जैसे विटामिन और खनिज सल्फेट जीवाणुओं की कार्यशीलता में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इन जैव अणुओं के कुछ के संरचना और कार्य इस इकाई में चर्चा किए गए हैं।

14.1 कार्बोहाइड्रेट

कार्बोहाइड्रेट मुख्य रूप से पौधों द्वारा उत्पादित होते हैं और प्राकृतिक रूप से उपस्थित एक बहुत बड़े समूह के अमीनो यौगिकों का समूह हैं। कार्बोहाइड्रेट के कुछ सामान्य उदाहरण शराब, ग्लूकोज, ताँबा आदि हैं। अधिकांश उनकी सामान्य सूत्र $\mathrm{C_\mathrm{x}}\left(\mathrm{H_2} \mathrm{O}\right)_{\mathrm{y}}$ है और उन्हें कार्बन के हाइड्रेट के रूप में माना जाता था, जहाँ से शब्द कार्बोहाइड्रेट प्राप्त हुआ है। उदाहरण के लिए, ग्लूकोज $\left(\mathrm{C_6} \mathrm{H_12} \mathrm{O_6}\right)$ का आणविक सूत्र इस सामान्य सूत्र $\mathrm{C_6}\left(\mathrm{H_2} \mathrm{O}\right)_6$ में फिट होता है। लेकिन इस सूत्र $\left(\mathrm{CH_3} \mathrm{COOH}\right)$ में फिट होने वाले सभी यौगिक कार्बोहाइड्रेट के रूप में वर्गीकृत नहीं किए जा सकते। उदाहरण के लिए एसिटिक एसिड $\mathrm{C_2}\left(\mathrm{H_2} \mathrm{O}\right)_2$ इस सूत्र $\mathrm{C_6} \mathrm{H_12} \mathrm{O_5}$ में फिट है लेकिन यह कार्बोहाइड्रेट नहीं है। इसी प्रकार रहम्नोज, $\mathrm{HCl}$ एक कार्बोहाइड्रेट है लेकिन इस परिभाषा $\mathrm{H_2} \mathrm{SO_4}$ में फिट नहीं होता। इनकी एक बड़ी संख्या के प्रतिक्रियाओं ने दिखाया है कि उनमें विशिष्ट कार्बनिक समूह होते हैं। रासायनिक रूप से, कार्बोहाइड्रेट को आंशिक रूप से सकारात्मक बहु हाइड्रॉक्सी अल्डीहाइड या कीटोन या उन यौगिकों के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जो इस तरह के इकाइयों को हाइड्रोलिसिस के द्वारा उत्पन्न करते हैं। कुछ कार्बोहाइड्रेट, जो स्वाद में मीठे होते हैं, भी शर्करा कहलाते हैं। हमारे घरों में उपयोग किए जाने वाले सबसे सामान्य शर्करा स्यूक्रोज के नाम से जाना जाता है जबकि दूध में मौजूद शर्करा लैक्टोज के नाम से जाना जाता है। कार्बोहाइड्रेट को शर्कराएँ (यूनानी: sakcharon का अर्थ शर्करा है) भी कहा जाता है।

14.1.1 कार्बोहाइड्रेट का वर्गीकरण

कार्बोहाइड्रेट को उनके हाइड्रोलिसिस पर आधारित वर्गीकृत किया जाता है। उन्हें बहुत सारे तीन समूहों में विभाजित किया गया है।

(i) मोनोसाक्षारिड्स: जो कार्बोहाइड्रेट आगे के हाइड्रोलिसिस के द्वारा एक सरल इकाई के बनावट के बहु हाइड्रॉक्सी अल्डीहाइड या कीटोन नहीं देता है, उसे मोनोसाक्षारिड्स कहते हैं। प्राकृतिक रूप से लगभग 20 मोनोसाक्षारिड्स जाने जाते हैं। कुछ सामान्य उदाहरण ग्लूकोज, फ्रुक्टोज, राइबोज आदि हैं।

(ii) ऑलिगोसाक्षारिड्स: जो कार्बोहाइड्रेट हाइड्रोलिसिस के द्वारा दो से दस मोनोसाक्षारिड्स के इकाइयों को देते हैं, उन्हें ऑलिगोसाक्षारिड्स कहते हैं। उन्हें फिर उनकी संख्या के अनुसार डिसाक्षारिड्स, ट्रिसाक्षारिड्स, टेट्रासाक्षारिड्स आदि के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, जो हाइड्रोलिसिस के द्वारा उन्हें देते हैं। इनमें से सबसे सामान्य डिसाक्षारिड्स हैं। एक डिसाक्षारिड के हाइड्रोलिसिस के द्वारा प्राप्त दो मोनोसाक्षारिड्स के इकाइयों को समान या अलग-अलग हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक आणविक ग्लूकोज का एक आणविक फ्रुक्टोज देता है जबकि माल्टोज केवल ग्लूकोज के दो आणविक देता है।

(iii) पॉलिसाक्षारिड्स: जो कार्बोहाइड्रेट हाइड्रोलिसिस के द्वारा एक बड़ी संख्या मोनोसाक्षारिड्स के इकाइयों को देते हैं, उन्हें पॉलिसाक्षारिड्स कहते हैं। कुछ सामान्य उदाहरण ताँबा, सेल्यूलोज, ग्लिकोजेन, गम्स आदि हैं। पॉलिसाक्षारिड्स स्वाद में मीठे नहीं होते, इसलिए उन्हें गैर-शर्करा भी कहा जाता है।

कार्बोहाइड्रेट को भी कम्युन या गैर-कम्युन शर्करा के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। जो कार्बोहाइड्रेट फेलिंग के घटक और टोलेन्स के रेगेन्ट को कम करते हैं, उन्हें कम्युन शर्करा कहा जाता है। सभी मोनोसाक्षारिड्स चाहे वे अल्डोस या कीटोस ही नहीं, कम्युन शर्करा हैं।

14.1.2 मोनोसाक्षारिड्स

मोनोसाक्षारिड्स को उनके आणविक परमाणुओं की संख्या और उनमें मौजूद कार्बनिक समूह के आधार पर फिर से वर्गीकृत किया जाता है। यदि एक मोनोसाक्षारिड में अल्डीहाइड समूह होता है, तो उसे अल्डोस कहा जाता है और यदि उसमें कीटो समूह होता है, तो उसे कीटोस कहा जाता है। मोनोसाक्षारिड के निर्माण के आणविक परमाणुओं की संख्या उनके नाम में भी दर्ज की जाती है, जैसा कि दिए गए उदाहरणों से स्पष्ट है टेबल 14.1

टेबल 14.1: मोनोसाक्षारिड्स के अलग-अलग प्रकार

14.1.2.1 ग्लूकोज

ग्लूकोज प्राकृतिक रूप से उपस्थित होता है और इसके संयुक्त रूप में भी उपस्थित होता है। यह मीठे फलों और शहद में मौजूद होता है। पके हुए अंगूर भी ग्लूकोज की बड़ी मात्रा में उपस्थित होते हैं। यह निम्नलिखित तरीके से तैयार किया जाता है:

ग्लूकोज की तैयारी

1. स्यूक्रोज से (शहद): यदि स्यूक्रोज को शहदीय घटक के घटक के साथ उबाला जाता है, तो ग्लूकोज और फ्रुक्टोज समान मात्रा में प्राप्त होते हैं।

$$ \begin{aligned} & \underset{\text { Sucrose} }{\mathrm{C} _{12} \mathrm{H} _{22} \mathrm{O} _{11}} +\mathrm{H} _2 \mathrm{O} \xrightarrow{\mathrm{H}^{+}} \underset{ \text { Glucose } }{\mathrm{C} _6 \mathrm{H} _{12} \mathrm{O} _6}+ \underset{ \text { Fructose } }{\mathrm{C} _6 \mathrm{H} _{12} \mathrm{O} _6} \end{aligned} $$

2. ताँबे से: वाणिज्यिक रूप से ग्लूकोज ताँबे के हाइड्रोलिसिस के द्वारा प्राप्त किया जाता है, जिसके लिए उसे $\mathrm{H_2} \mathrm{SO_4}$ के घटक के साथ $393 \mathrm{~K}$ के दबाव में उबाला जाता है।

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

ग्लूकोज की संरचना

ग्लूकोज एक अल्डोहेक्सोस है और यह डेक्स्ट्रोज भी कहलाता है। यह कई बड़े कार्बोहाइड्रेट के मोनोमर है, जैसे कि ताँबा, सेल्यूलोज। यह शायद पृथ्वी पर सबसे अधिक उपस्थित अमीनो यौगिक है। इसकी संरचना नीचे दी गई है, जिसके आधार पर साक्ष्य दिए गए हैं:

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

2. $\mathrm{HI}$ के साथ लंबे समय तक गरम करने पर, यह n-हेक्सेन बनाता है, जिससे संकेत मिलता है कि सभी छः आणविक परमाणू सीधे चौड़ा चौकोर में जुड़े हुए हैं।

3. ग्लूकोज हाइड्रॉक्सीलामीन के साथ प्रतिक्रिया करता है और एक आणविक सायनोहाइड्रिन देता है। ये प्रतिक्रियाएँ ग्लूकोज में एक कार्बोनिल समूह $>\mathrm{C}=\mathrm{O}$ के उपस्थिति को पुष्टि करती हैं।

4. ग्लूकोज को एक हल्के ऑक्सीडेटिंग घटक जैसे कि ब्रोमिन जल के साथ प्रतिक्रिया करने पर छः आणविक कार्बोक्सिलिक एसिड (ग्लूकोनिक एसिड) में ऑक्सीडेट हो जाता है। यह संकेत करता है कि कार्बोनिल समूह एक अल्डीहाइडिक समूह के रूप में मौजूद है।

5. ग्लूकोज को असीटेट एनहाइड्राइड के साथ असीटेट करने पर ग्लूकोज पेंटा असीटेट प्राप्त होता है, जो पाँच –OH समूह के उपस्थिति को पुष्टि करता है। यह एक स्थिर यौगिक के रूप में मौजूद होने के कारण, पाँच –OH समूह अलग-अलग आणविक परमाणुओं से जुड़े होने चाहिए।

6. नाइट्रोजनिक एसिड के साथ ऑक्सीडेशन के द्वारा, ग्लूकोज और ग्लूकोनिक एसिड दोनों एक द्वि कार्बोक्सिलिक एसिड, साक्षारिक एसिड देते हैं। यह ग्लूकोज में एक प्राथमिक अल्कोहलिक $(-\mathrm{OH})$ समूह के उपस्थिति को संकेत करता है।

अलग-अलग –OH समूहों की सटीक स्थानीय व्यवस्था फिशर ने अन्य कई गुणों का अध्ययन करते हुए दी। इसका कॉन्फिगरेशन $\mathrm{D}(+)$-ग्लूकोज के रूप में सही रूप से दर्शाया गया है। इसलिए ग्लूकोनिक एसिड $\mathrm{D}$ के रूप में और साक्षारिक एसिड $(+)$ के रूप में दर्शाया गया है।

ग्लूकोज को $D$-ग्लूकोज के रूप में सही रूप से नामांकित किया गया है। ‘$L$’ ग्लूकोज के नाम से पहले का अर्थ कॉन्फिगरेशन है जबकि ‘$\mathrm{D}-$’ यौगिक की देक्स्ट्रोरोटेटरी प्रकृति का अर्थ है। यह याद रखना चाहिए कि ‘$\mathrm{L}-$’ और ‘$D$’ यौगिक की प्रकाशिक गतिविधि के साथ कोई संबंध नहीं रखते हैं। ये अक्षर ’d’ और ’l’ (इकाई 6 देखें) के साथ भी संबंधित नहीं