કાર્બોહાઇડ્રેટ (આયુર્વિજ્ઞાન)

કાર્બોહાઇડ્રેટ (આયુર્વિજ્ઞાન) : શર્કરા, સેલ્યુલોઝ અને સ્ટાર્ચ જેવા કુદરતમાં મળી આવતાં કાર્બનિક સંયોજનોનો એક સમૂહ. તેમનું સામાન્ય સૂત્ર C_x (H₂O)_y છે, જેમાં X = 3, 4, …….; Y = 3, 4 ……. હોય છે. કાર્બોહાઇડ્રેટનું વિભાગીકરણ મૉનોસૅકેરાઇડ, ઓલિગોસૅકેરાઇડ અને પૉલિસૅકેરાઇડમાં કામ કરી શકાય. તેમનાં રાસાયણિક બંધારણ અને અન્ય ગુણધર્મો આગળ ચર્ચ્યાં છે (જુઓ કાર્બોહાઇડ્રેટ).

કાર્બોહાઇડ્રેટનાં કાર્યો : (1) તેમનું મુખ્ય કામ ઊર્જા (શક્તિ) ઉત્પન્ન કરવાનું છે. દેહધાર્મિક કાર્યો માટે દરેક પળે જરૂર પડતી 90 % ઊર્જા મેળવવા માટે ગ્લુકોઝનો ઉપયોગ કરાય છે. તેથી આહારમાં કાર્બોહાઇડ્રેટનું મહત્વ ઘણું છે. એસ્કિમોના આહારમાં કાર્બોહાઇડ્રેટ હોતાં નથી. અન્ય વ્યક્તિઓએ આવો ખોરાક લેતા પહેલાં ટેવાવું જરૂરી બને છે. (2) કાર્બોહાઇડ્રેટનું બીજું કાર્ય તે અન્ય રસાયણો સાથે સંયોજાઈને વિવિધ જરૂરી સંયોજનો બનાવવાનું છે; દા. ત., હેપરિન, લોહનું જૂથ નક્કી કરતા પદાર્થો, જનીન (gene) બનાવતા ન્યુક્લિક ઍસિડ વગેરે. (3) કાર્બોહાઇડ્રેટનું ચરબી અને પ્રોટીનમાં રૂપાંતરણ પણ થાય છે.

આહારમાં શર્કરા : શર્કરા ઊર્જાનો મહત્વનો સ્રોત છે અને 1 ગ્રામ શર્કરાના દહનમાંથી 4.1 KCal ઊર્જા પ્રાપ્ત થાય છે. માટે આહારમાં શર્કરાનું વિશિષ્ટ સ્થાન છે. ખોરાકમાંની બહુશર્કરા (polysaccharide) અને દ્વિશર્કરા(disaccharide)નું અન્નમાર્ગમાં પાચન થાય છે અને એમાંથી ઉદભવતી એકશર્કરા (mono-saccharide) લોહીમાં પ્રવેશે છે. મોઢામાંની લાળમાંનો ટાયલિન તથા સ્વાદુપિંડ(pancreas)ના નાના આંતરડામાં પ્રવેશતા પાચક રસમાંનો એમાયલેઝ એ બંને અન્નમાર્ગમાં શર્કરાને પચાવતા ઉત્સેચકો છે. પ્રાણીજન્ય આહારમાંનો ગૅલૅક્ટોઝન, વનસ્પતિજન્ય આહારમાંનો સ્ટાર્ચ, દૂધમાંનો લૅક્ટોઝ, ખાંડ વગેરે ખોરાકમાંની શર્કરાનું તે પાચન કરે છે. તેમનામાંથી મુખ્યત્વે ગ્લુકોઝ, ફ્રુક્ટોઝ અને ગૅલૅક્ટોઝ નામની એકશર્કરા બને છે. વિવિધ શર્કરાનું પાચન કરવા વિવિધ ઉત્સેચકો હોય છે (જુઓ : ઉત્સેચક). ન્યુક્લિક ઍસિડના પાચનથી રિબોઝ શર્કરા ઉત્પન્ન થાય છે. આ ચારે એકશર્કરાનું અવશોષણ થાય છે. જોકે તેમાં ગ્લુકોઝ મુખ્ય એકશર્કરા ગણાય છે. મધુપ્રમેહની સારવારમાં વપરાતા બાયગ્વેનાઇડ્ઝ (દા.ત., ફેનફોરમિન) ગ્લુકોઝનું આંતરડામાં થતું અવશોષણ ઘટાડે છે.

કાર્બોહાઇડ્રેટનો યકૃતીય ચયાપચય (hepatic metabolism) : આંતરડામાંથી કાર્બોહાઇડ્રેટ લોહીમાં એકશર્કરા(ગ્લુકોઝ, ફ્રુક્ટોઝ, ગૅલૅક્ટોઝ)રૂપે પ્રવેશે છે અને નિવાહિકા શિરા (portal vein) દ્વારા યકૃતમાં જાય છે. યકૃત અને મગજના કોષોમાં ગ્લુકોઝ ઇન્સ્યુલિનની મદદ વગર પણ પ્રવેશી શકે છે જ્યારે અન્ય બધા જ કોષોમાં પ્રવેશ માટે ઇન્સ્યુલિનની હાજરી જરૂરી છે. લોહીમાંની સાંદ્રતાના સમપ્રમાણમાં ગ્લુકોઝ અને ફ્રુક્ટોઝ કોષરસમાં પ્રવેશે છે. યકૃત-કોષમાં હેક્ઝોકાઇનેઝ(ફ્રુક્ટોકાઇનેઝ અને ગ્લુકોકાઇનેઝ)ની મદદથી ATPમાંના ફૉસ્ફેટ-આયન જોડે સંયોજાઈને ગ્લુકોઝ ગ્લુકોઝ-6-ફૉસ્ફેટમાં રૂપાંતરિત થાય છે. આ પ્રક્રિયાને ગ્લુકોઝનું ફૉસ્ફોરિલેશન કહે છે. ઇન્સ્યુલિનની હાજરીમાં ગ્લુકોકાઇનેઝનું કાર્ય વધે છે અને અનાહાર અથવા મધુપ્રમેહ હોય તો તે ઘટે છે. ફ્રુક્ટોઝ તથા ગૅલૅક્ટોઝ પણ વિવિધ ઉત્સેચકોની મદદથી ગ્લુકોઝ-6-ફૉસ્ફેટમાં રૂપાંતરિત થાય છે. વધારાનો ગ્લુકોઝ પેશાબ વાટે વહાર નીકળી જાય છે અને તેને ગ્લુકોઝમૂત્રમેહ (glucosuria) કહે છે.

ગ્લુકોઝ-6-ફૉસ્ફેટનું ચાર જુદા જુદા માર્ગે ચયાપચય થાય છે.

(1) જરૂર પડ્યે યકૃત અને મૂત્રપિંડમાં ઉત્સેચકની મદદથી તેમાંથી ફરીથી ગ્લુકોઝ ઉત્પન્ન થાય છે અને લોહીમાં ગ્લુકોઝની સાંદ્રતા ઘટી હોય તો તે લોહીમાં પ્રવેશે છે; (2) યકૃતકોષો અને સ્નાયુકોષોમાં ગ્લુકોઝ-6-ફૉસ્ફેટનું ગ્લાયકોજન બને છે તેને ગ્લાયકોજન-સંશ્લેષણ (glycogen synthesis) કહે છે. ગ્લાયકોજનનો સંગ્રહ થાય છે; (3) ગ્લાયકોલયી (glycolytic) અજારક (anaerobic) ચયાપચયી માર્ગે તે પાયરુવિક ઍસિડમાં પરિણમે છે; અથવા (4) તેમાંથી પંચકાર્બનિક-શર્કરા (pentose) બને છે; દા. ત., રિબ્યુલોઝ-5-ફૉસ્ફેટ, રિબોઝ-5-ફૉસ્ફેટ અને ઝાયલ્યુલોઝ-5-ફૉસ્ફેટ. આ પંચકાર્બનિક, શર્કરા માર્ગ (pentose pathway) દ્વારા ફ્રુક્ટોઝ-6-ફૉસ્ફેટનું પુનર્નિર્માણ (regeneration) થાય છે. યકૃતમાં 2 %થી 3 % જેટલા ગ્લુકોઝનું પેન્ટોઝ શર્કરામાર્ગે દહન થાય છે.

અજારક ગ્લાયકોલયી માર્ગે ઉત્પન્ન થયેલ પાયરુવિક ઍસિડ વિવિધ રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓમાં ભાગ લે છે : (ક) તે અપચયિત કો-એન્ઝાઇમને CO₂ આપીને એસિટાઇલ કો-એન્ઝાઇમ બનાવે છે, જે ઑક્ઝેલોઍસિટિક ઍસિડને સાઇટ્રિક ઍસિડમાં રૂપાંતરિત કરે છે. ત્યારબાદ ક્રેબ્સ અથવા સાઇટ્રિક ઍસિડ ચક્ર દ્વારા વધુ ઊર્જા ઉત્પન્ન થાય છે. સાઇટ્રિક ઍસિડમાંથી ફરીથી ઑક્ઝેલોઍસેટિક ઍસિડ બને છે. ક્રેબ્સના ચક્ર દરમિયાન ATP રૂપે ઊર્જા, CO₂ અને પાણી ઉત્પન્ન થાય છે. ક્રેબ્સના ચક્રમાં જારક (aerobic) પ્રક્રિયાઓ થાય છે અને તેથી તે ઑક્સિજનનો ઉપયોગ કરે છે. જો ઑક્સિજનની હાજરી ન હોય તો પાયરુવિક ઍસિડ લૅક્ટિક ઍસિડમાં રૂપાંતરિત થાય છે. (ખ) ગ્લાયકોજન–લયન (glycogenolysis) : યકૃતકોષો અને સ્નાયુકોષોમાં સંગૃહીત ગ્લાયકોજનમાંથી જરૂર પડ્યે રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ દ્વારા ગ્લુકોઝ-6-ફૉસ્ફેટ ઉત્પન્ન થાય છે. તેને ગ્લાયકોજન-લયન કહે છે. આ રીતે ઉત્પન્ન થયેલો ગ્લુકોઝ-6-ફૉસ્ફેટનો પણ ઉપર જણાવેલ ચાર માર્ગે ચયાપચય થાય છે.

ગ્લુકોઝ–નવસર્જન (gluconeogenesis) : કાર્બોહાઇડ્રેટ સિવાયના પદાર્થો (પાયરુવિક ઍસિડ, લૅક્ટિક ઍસિડ, ગ્લિસેરેલ, મેદામ્લો અથવા સ્નેહામ્લો(fatty acid તથા ઍમિનોઍસિડ)માંથી જ્યારે ગ્લુકોઝ બને ત્યારે તેને ગ્લુકોઝ-નવસર્જન કહે છે.

કાર્બોહાઇડ્રેટ-મેદ-પ્રોટીનનું આંતર-રૂપાંતરણ (intercon-version) : ગ્લુકોઝ-નવસર્જન દ્વારા જેમ મેદ અને પ્રોટીનમાંથી ગ્લુકોઝ બને છે તેમ પાયરુવિક ઍસિડમાંથી રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ દ્વારા ઍમિનોઍસિડ બને છે અને એસિટાઇલ કો-એન્ઝાઇમમાંથી રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ દ્વારા સ્નેહામ્લો (મેદામ્લો) પણ બને છે. આમ પ્રોટીન-મેદ અને કાર્બોહાઇડ્રેટના ચયાપચયમાં વિવિધ આંતરક્રિયાઓ થાય છે. ફક્ત ચરબીના દહન દ્વારા જ્યારે ઊર્જા મેળવવામાં આવે ત્યારે કીટોન દ્રવ્યો ઉદભવે છે, જેને કીટો-અમ્લતા (ketoacidosis) કહેવાય છે. કીટો-અમ્લતાને કારણે મૃત્યુ પણ થાય છે. કાર્બોહાઇડ્રેટનું જારક દહન થાય ત્યારે કીટોન દ્રવ્યોનું ઉત્પાદન ઘટે છે.

કાર્બોહાઇડ્રેટનો યકૃતોત્તર ચયાપચય (extrahepatic metabolism) : યકૃત સિવાયના અવયવોમાં કાર્બોહાઇડ્રેટનો ચયાપચય સામાન્ય રીતે યકૃતકોષો જેવો જ છે, છતાં તેમનામાં કેટલીક વિશિષ્ટતાઓ પણ હોય છે. યકૃત અને મગજના કોષો સિવાયના બધા જ કોષોમાં ગ્લુકોઝનો પ્રવેશ ઇન્સ્યુલિનની હાજરી અને સ્થાનિક સાંદ્રતા પર આધારિત છે. હાડકાં સાથે જોડાયેલા સ્નાયુઓ તથા હૃદયના સ્નાયુમાં ઇન્સ્યુલિનની ગેરહાજરીમાં થતાં સંકોચનો પણ ગ્લુકોઝનો પ્રવેશ વધારે છે. તેથી શ્રમ કરતી વખતે તે વધુ ગ્લુકોઝ વાપરે છે. સ્નાયુ જ્યારે સંકોચનની ક્રિયા ન કરતો હોય ત્યારે તે ઇન્સ્યુલિનની હાજરીમાં ગ્લુકોઝ મેળવીને તેનું ગ્લાયકોજનમાં રૂપાંતરણ કરે છે. આ ગ્લાયકોજન સ્નાયુકોષમાં જમા થાય છે અને સ્નાયુસંકોચન સમયે જરૂરી ઊર્જા મેળવવા માટે તે ગ્લાયકોજન-લયન દ્વારા ગ્લુકોઝ-6-ફૉસ્ફેટમાં રૂપાંતરિત થાય છે. હૃદયના સ્નાયુમાં અજારક સ્થિતિમાં પાયરુવિક ઍસિડનું લૅક્ટિક ઍસિડમાં રૂપાંતરણ થતું નથી. અજારક શ્રમ કરતી વખતે હાડકાં સાથે જોડાયેલા હાથપગના સ્નાયુઓમાં લૅક્ટિક ઍસિડ અને એલેનિન બને છે અને લોહી દ્વારા યકૃતમાં પહોંચે છે. યકૃતમાં ઑક્સિજનની હાજરીમાં ફરીથી પાયરુવિક ઍસિડ અને ગ્લુકોઝ બને છે. લોહી દ્વારા ગ્લુકોઝ સ્નાયુમાં પહોંચે છે. લૅક્ટિક ઍસિડના આવા ચક્રીય ચયાપચયને કોરીનું ચક્ર કહે છે.

મૂત્રપિંડના કોષો યકૃતકોષોની જેમ કાર્બોહાઇડ્રેટની ચયાપચયી પ્રક્રિયાઓ કરી શકે છે પરંતુ તે લાંબા સમયના ભૂખમરા જેવી વિશિષ્ટ સ્થિતિમાં જ કાર્યરત બને છે. મેદકોષો ઇન્સ્યુલિનની હાજરીમાં ગ્લુકોઝ મેળવીને તેમાંથી બહુ થોડા પ્રમાણમાં મેદ બનાવે છે. ચેતાતંત્ર અને ખાસ કરીને મગજ તેની ઊર્જાની જરૂરિયાત માટે લોહીમાંના ગ્લુકોઝ પર આધાર રાખે છે. તે અન્ય ષટ્-કાર્બનિક શર્કરાઓ (hexose) ઉપયોગમાં લેતાં નથી અને લાંબા સમયના ભૂખમરા સમયે કીટોન દ્રવ્યોનો કે ઍમિનોઍસિડનો ઊર્જા-પ્રાપ્તિ માટે ઉપયોગ કરે છે.

રાત્રિ સમયના અનાહાર (overnight fast) પછી સવારે, રાત્રિ દરમિયાન કશો પણ ખોરાક ન લેવાયો હોવાથી, ફક્ત યકૃત જ ગ્લુકોઝનું ઉત્પાદન કરીને તેને લોહીમાં ધકેલે છે, જેથી લોહીમાંની તેની સાંદ્રતા જળવાઈ રહે. આને ન્યૂનતમ અથવા તલીય (basal) સ્થિતિ કહેવાય છે; ત્યારે 2-3.5 મિગ્રા./કિગ્રા./મિનિટના દરે અથવા 200-350 ગ્રામ/દિવસના દરે ગ્લુકોઝ લોહીમાં પ્રવેશે છે. તેમાંનો 75 %થી 80 % ગ્લાયકોજન-લયન દ્વારા, 15 %થી 20 % લૅક્ટિક ઍસિડમાંથી ગ્લુકોઝ-નવસર્જન દ્વારા અને 5 %થી 10 % ઍમિનો-ઍસિડમાંથી ગ્લુકોઝ-નવસર્જન દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે. જો આહારત્યાગ વધુ લાંબો ચાલે તો ગ્લાયકોજનનો સંગ્રહ ખૂટી પડે છે અને વધુ ને વધુ ગ્લુકોઝ-નવસર્જનની પ્રક્રિયા પર આધાર રાખવો પડે છે (જુઓ : ઉપવાસ). ગ્લુકોઝનો સૌથી વધુ ઉપયોગ ચેતાતંત્ર અને ખાસ કરીને મગજ કરે છે (125-150 ગ્રામ/દિવસ). લોહીના કોષો અને મૂત્રપિંડ બીજો 50 ગ્રામ ગ્લુકોઝ વાપરે છે. સામાન્ય સંજોગોમાં હૃદય અને અન્ય સ્નાયુઓ 50 ગ્રામ જેટલો ગ્લુકોઝ ઉપયોગમાં લે છે. જમ્યા પછી વધારાના ગ્લુકોઝને યકૃતકોષો અને થોડે અંશે મેદકોષોએ લોહીમાંથી દૂર કરવો પડે છે.

ગ્લુકોઝના સંપૂર્ણ રાસાયણિક દહન દરમિયાન કુલ એ.ટી.પી.ના 38 અણુઓ ઉત્પન્ન થાય છે; તેમાંના 2 અણુઓ ગ્લુકોઝનું પાયરુવિક ઍૅસિડમાં રૂપાંતરણ થાય ત્યારે, 2 અણુઓ ક્રેબ્સના ચક્રમાં અને એ.ટી.પી.ના 34 અણુઓ આ બંને પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન ઊપજેલા H⁺ આયનોમાંના ઇલેક્ટ્રૉનના વહન માટે થતી રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓની શૃંખલામાંથી ઉદભવે છે. સમગ્ર પ્રક્રિયાને નીચે મુજબ દર્શાવી શકાય :

કાર્બોહાઇડ્રેટ ચયાપચયનું નિયમન : આહાર દ્વારા શરીરમાં પ્રવેશેલા કાર્બોહાઇડ્રેટનો વિવિધ ઉપયોગ શક્ય છે. વળી જુદી જુદી પરિસ્થિતિમાં જુદી જુદી જરૂરિયાતો હોવાથી કાર્બોહાઇડ્રેટના ચયાપચયનું નિયમન જરૂરી છે. તે મુખ્યત્વે અંત:સ્રાવો (hormones) દ્વારા થાય છે. તે સારણી 1માં ટૂંકમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે.

કાર્બોહાઇડ્રેટ ચયાપચયના વિકારો, નિદાન અને સારવાર : વિવિધ અંત:સ્રાવી ગ્રંથિઓની અતિસ્રાવતા કે અલ્પસ્રાવતાને કારણે કાર્બોહાઇડ્રેટ ચયાપચયના વિકારો ઉદભવે છે; દા.ત., ઇન્સ્યુલિનનું ઉત્પાદન વધે એવો રોગ થાય (ઝોલિન્ગર-ઍલિસન સંલક્ષણ) તો લોહીમાં ગ્લુકોઝનું પ્રમાણ અતિશય ઘટી જાય છે, તેને અલ્પગ્લુકોઝરુધિરતા (hypoglycaemia) કહે છે. આ પ્રકારની સ્થિતિ ભૂખ્યા હોય ત્યારે, અતિશય શ્રમ પછી અથવા ઇન્સ્યુલિનની વધુ પડતી માત્રા (dose) લેવાથી પણ થાય છે. લોહીમાં ગ્લુકોઝનું પ્રમાણ જાણવાથી તથા અંધારાં આવવાં, હૃદયના ધબકારા વધવા, ભૂખ લાગવી, પરસેવો થવો તથા ક્યારેક બેભાન અવસ્થા થવી વગેરે ચિહ્નો(લક્ષણો)નું યોગ્ય અર્થઘટન કરતાં નિદાન થાય છે. સારવારરૂપે મુખમાર્ગે અથવા નસ વાટે ગ્લુકોઝ અપાય છે.

સારણી 1 : કાર્બોહાઇડ્રેટ્સનું અંત:સ્રાવી નિયમન

	અંત:સ્રાવ	કાર્ય
(1)	ઇન્સ્યુલિન	(ક) યકૃત અને મગજ સિવાયના અવયવોના કોષોમાં ગ્લુકોઝનો પ્રવેશ વધારે છે. મુખ્યત્વે સ્નાયુકોષો અને મેદકોષો.
		(ખ) ગ્લુકોઝમાંથી ગ્લાયકોજનનું ઉત્પાદન (ગ્લાયકોજન-સંશ્લેષણ) વધારે છે.
(2)	ગ્લુકેગોન	(ક) ગ્લાયકોજનમાં ગ્લુકોઝ બનવાની પ્રક્રિયા (ગ્લાયકોજન-લયન) વધારે છે.
		(ખ) બિનકાર્બોદિત પદાર્થોમાંથી ગ્લુકોઝ બનાવવાની પ્રક્રિયા (ગ્લુકોઝ-નવસર્જન) વધારે છે.
(3)	એપિનેફ્રિન	(ક) ગ્લાયકોજન-લયન વધારે છે.
	(ઍડ્રિનાલિન)	(ખ) ગ્લુકોઝ-નવસર્જન વધારે છે.
(4)	વૃદ્ધિકારક અંત:સ્રાવ	(ક) ગ્લુકોઝ-નવસર્જન વધારે છે.
	(growth hormone)
(5)	ગલગ્રંથિ અંત:સ્રાવ	(ક) ગ્લુકોઝ-નવસર્જન વધારે છે.
	(thyroxine)
(6)	કોર્ટિસોલ	(ક) ગ્લુકોઝ-નવસર્જન વધારે છે.

ગ્લુકેગોન, વૃદ્ધિકારક અંત:સ્રાવ, ગલગ્રંથિ અંત:સ્રાવ તથા એપિનેફ્રિન(ઍડ્રિનાલિન)ની લોહીમાં સાંદ્રતા વધે ત્યારે લોહીમાં ગ્લુકોઝનું પ્રમાણ વધુ થાય છે તેને અતિગ્લુકોઝરુધિરતા (hyperglycaemia) કહે છે. વિષમ અતિકાયતા(acromegaly)નો રોગ હોય ત્યારે આ પ્રકારનો આનુષંગિક મધુપ્રમેહ થાય છે. પ્રતિ-ઇન્સ્યુલિન દ્રવ્યો વધે ત્યારે અથવા અપૂરતા પ્રમાણમાં ઇન્સ્યુલિનનું ઉત્પાદન થાય ત્યારે મધુપ્રમેહ થાય છે. તેના નિદાન અને તેની સારવાર માટે જુઓ મધુપ્રમેહ.

શિલીન નં. શુક્લ

કનુભાઈ જોશી