ચયાપચય (metabolism)

સજીવતંત્ર જેના વડે જીવનને માટે આવશ્યક દ્રવ્યની ઉત્પત્તિ અને કાર્યશક્તિની ઉપલબ્ધિ કરે છે; તે સર્જનાત્મક અને ખંડનાત્મક (અનાવશ્યક દ્રવ્યોને શરીરમાંથી દૂર કરવાની ક્રિયા) પ્રક્રિયાઓના સમુચ્ચયને ચયાપચય (ચય + અપચય) કહે છે.

ચયાપચયના બે પ્રકાર છે : કાર્યશક્તિક (energic) અને મધ્યસ્થ (intermediary). શરીરમાં નિર્માણ થતી ઉષ્મા સાથે સંકળાયેલી જૈવિક ક્રિયાઓ કાર્યશક્તિક કહેવાય છે અને મધ્યસ્થ ચયાપચયી પ્રક્રિયાઓ પેશીના બંધારણ, સંવર્ધન કે વિઘટન સાથે સંકળાયેલી હોય છે.

બધા સજીવો તમામ પ્રકારની જૈવિક ક્રિયા માટે સૂર્યનાં કિરણોમાં રહેલી કાર્યશક્તિનો વિનિયોગ કરતા હોય છે. પણ માત્ર હરિતદ્રવ્ય (chlorophyll) ધરાવતી લીલી વનસ્પતિ સૂર્યકિરણમાં રહેલી કાર્યશક્તિને રાસાયણિક (chemical) કાર્યશક્તિમાં ફેરવી શકે છે. આ પ્રમાણે શરીરમાં સંઘરેલી કાર્યશક્તિના વિનિયોગથી સજીવો કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ (CO₂) અને અકાર્બનિક કે કાર્બનિક સ્વરૂપનો નાઇટ્રોજન અણુ જેવા સાદા સ્વરૂપના પદાર્થોમાંથી સંકીર્ણ સ્વરૂપના જૈવરાસાયણિક પદાર્થોનું સંશ્લેષણ કરી વૃદ્ધિ પામે છે. પ્રાણીસૃષ્ટિના સભ્યો પ્રત્યક્ષ અથવા પરોક્ષ રીતે વનસ્પતિદ્રવ્યોને ખોરાક તરીકે સ્વીકારે છે. ખોરાક્ધો તે સાદા સ્વરૂપમાં ફેરવે છે અને ચય પ્રક્રિયા દ્વારા પોતાની પેશી માટે આવશ્યક તેવા સંકીર્ણ સ્વરૂપના ઘટકોનું સંશ્લેષણ કરે છે.

કાર્યશક્તિનો સંગ્રહ અને તેનો વિનિયોગ : વિનિયોગ પૂર્વે કાર્યશક્તિને ઉચ્ચ કાર્યશક્તિક બંધ (high energy bonds) રૂપે સંઘરવામાં આવે છે. લગભગ બધા સજીવોમાં જોવા મળતા એડેનોસીન ટ્રાઇ-ફૉસ્ફેટ (adenosine-triphosphate, ATP) અણુમાં ઉચ્ચ કાર્યશક્તિક ફૉસ્ફેટ બંધ (~ P) હોય છે. પ્રક્રિયા દરમિયાન બંધ તૂટતાં મુક્ત થતી કાર્યશક્તિનો ઉપયોગ ચયાપચયી પ્રક્રિયા માટે વપરાય છે.

ચય (anabolism) અને અપચય (catabolism) : જૈવિક પ્રક્રિયાઓમાં સતત થતો ઘસારો એક અનિવાર્ય ઘટના છે. ઘસારાને પરિણામે શરીરમાંથી અલગ થયેલી પેશીનું વિઘટન થતાં તે સાદા નિર્જીવ ઘટકોમાં ફેરવાય છે. આવી રીતે સંકીર્ણ સ્વરૂપના જૈવિક રાસાયણિક અણુઓને સાદા સ્વરૂપમાં ફેરવતી વિઘટનાત્મક પ્રક્રિયાઓ અપચય કહેવાય છે. ઘસારાને પહોંચી વળવા તેમજ વૃદ્ધિ માટે નવી પેશીઓ નિર્માણ પામે છે. આ પ્રક્રિયામાંથી સાદા સ્વરૂપના અણુઓને સંશ્લેષણ દ્વારા સંકીર્ણ સ્વરૂપના અણુઓમાં ફેરવવામાં આવે છે. આવી સંશ્લેષણાત્મક પ્રક્રિયા ચય કહેવાય છે. શરીરમાં જો ચયનું પ્રમાણ વધે અને વૃદ્ધિ થાય તો શરીરના વજનમાં પણ વધારો થાય છે. ગંભીર ઈજા, બીમારી, ભૂખ્યા રહેવું ઇત્યાદિ કારણસર અપચયી પ્રક્રિયા તીવ્ર બને છે. તેનાથી શરીરનું વજન ઘટે છે. ચય અને અપચય વચ્ચે સમતુલા જળવાય તો પેશીમાં (તેમજ વજનમાં) વધારો કે ઘટાડો થતો નથી.

નવી પેશીનું સર્જન એ શરીરમાં ચાલતી અગત્યની ચયિક (anabolic) જૈવિક ક્રિયા છે. આ ક્રિયા માટે કાર્યશક્તિ અગત્યની છે. કાર્યશક્તિક ચયાપચય મુખ્યત્વે વિઘટનાત્મક એટલે કે અપચયાત્મક (catabolic) પ્રક્રિયા છે. સ્નાયુસંકોચન, ચેતાતંતુમાં આવેગોનું વહન, ગ્રંથિ દ્વારા થતો સ્રાવ, ખોરાકનું શોષણ, અનાવશ્યક પદાર્થોનો ત્યાગ, શારીરિક ઉષ્ણતાનું સ્થિરીકરણ જેવી જૈવિક ક્રિયાઓમાં કાર્યશક્તિ સતત વપરાય છે. કાર્યશક્તિની જરૂરિયાતને પહોંચી વળવા પોષક તત્વોનું ગ્રહણ અનિવાર્ય છે. ખોરાક દ્વારા પ્રાપ્ત થતા ગ્લુકોઝ જેવા અણુઓ અપચયી પથમાંથી પસાર થતાં ખોરાક સાદા સ્વરૂપમાં ફેરવાય છે. ઉચ્ચ કાર્યશક્તિક બંધના તૂટવાની ક્રિયા પણ અત્યંત મહત્વની અપચય પ્રક્રિયા છે.

ખોરાકના અગત્યના ઘટકોમાં કાર્બોદિત, લિપિડ અને પ્રોટીન તત્વોનો સમાવેશ થાય છે. જીવરસના ઘટકોના સંશ્લેષણમાં આ ત્રણેય ઘટકો આવશ્યક છે. વનસ્પતિ હોય કે પ્રાણી, બધા સજીવોમાં આવેલા ત્રણેય ઘટકોના કેટલાક ચયાપચયી પથ (metabolic pathways) સમાન હોય છે. આ ત્રણેય ઘટકો એક યા બીજા તબક્કે ઍસિટાઇલ કોઍન્ઝાઇમ-Aનો અણુ બનાવે છે. કાર્બોદિત ગ્લુકોઝ, ગ્લાયકોલિટિક પથમાંથી પસાર થઈને ઍસિટાઇલ કોઍન્ઝાઇમ-Aમાં ફેરવાય છે. વાતજીવી (aerobic) સજીવોમાં કોઍન્ઝાઇમ-Aના અણુઓ ટ્રાઇકાર્બોક્સિલિક ઍસિડ (TCA) ચક્રમાં પ્રવેશીને એક યા બીજા તબક્કે હાઇડ્રોજન (H) અને ઇલેક્ટ્રૉન(e^–)નો ત્યાગ કરીને પોતે ઑક્સિડાઇઞ્ડ થાય છે. આ પ્રક્રિયામાં જીવરસમાં આવેલા ન્યૂક્લિઓટાઇડ-એડીનીન-ડાઇ-ન્યૂક્લિઓટાઇડ-(NAD)ના અણુઓ H અને e^–ને સ્વીકારી રિડ્યૂસ થાય છે. દરમિયાન આ H અને e^– ઘટકો ઇલેક્ટ્રૉન વહન શૃંખલામાંથી પસાર થાય છે. છેવટે શ્વાસ વાટે મેળવેલ ઑક્સિજન સાથે તે સંયોજાતાં પાણી(H2O)ના અણુઓ બંધાય છે.

2 H → 2H⁺ + 2 e^–

2 e^– + ½O₂ → O^{– –}

2 H⁺ + O^{– –}  → H₂O

બધા સજીવોમાં DNAના સંકેતો મુજબ થતી પ્રોટીન-સંશ્લેષણ પ્રક્રિયા અને મેદ અમ્લ ઑક્સિડેશન જેવી પ્રક્રિયા એકસરખી હોય છે.

ગ્લુકોઝનું વિઘટન : મોટા ભાગના સજીવોમાં પસાર થતા શરૂઆતના ગ્લુકોઝના વિઘટન-પથને ગ્લાયકોલિટિક પથ કહે છે. આ પથમાં પસાર થતો ગ્લુકોઝનો અણુ વિઘટનથી પાઇરૂવિક ઍસિડના બે અણુઓમાં ફેરવાય છે. આ એક અવાયુજીવી (anaerobic) પ્રક્રિયા છે અને તે સામાન્યપણે આથવણ(fermentation)નો એક પ્રકાર છે.

1. ઍમ્બ્ડેનમેયરહૉફ અથવા ગ્લાયકોલિટિક પથ : આ પથ લગભગ બધા કોષોમાં જોવા મળે છે.

ગ્લુકોઝ એક અક્રિયાત્મક અણુ છે. તેથી શરૂઆતમાં ફૉસ્ફરીકરણ(phosphorylation) દ્વારા તેને સક્રિય એવા એક ઉચ્ચ કાર્યશક્તિક અણુમાં ફેરવવામાં આવે છે. ઉચ્ચ કાર્યશક્તિક સ્વરૂપમાં ફેરવવામાં કારણભૂત ઉત્સેચકને ‘કાઇનેઝ’ કહે છે.

                                    ………..(1)

(સગવડ ખાતર ‘PO₃H₂’ સમૂહનેતરીકે દર્શાવવામાં આવ્યો છે.)

બીજા ક્રમાંકની પ્રક્રિયામાં ગ્લુકોઝ-6-ફૉસ્ફેટને, તેના સમાવયવ(isomer)સ્વરૂપ ફ્રુક્ટોઝ-6-ફૉસ્ફેટમાં ફેરવવામાં આવે છે. સમાવયવમાં રૂપાંતર કરનાર ઉત્સેચકને આઇસોમરેઝ કહે છે.

                                           ………(2)

ઉપરની પ્રક્રિયા ઉત્ક્રમણીય (reversible) છે. હવે ફૉસ્ફરીકરણથી ફ્રુક્ટોઝ-6ફૉસ્ફેટને વધુ કાર્યશક્તિક ફ્રુક્ટોઝ-1-6-ડાઇફૉસ્ફેટમાં ફેરવવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયામાં પણ એક વધારાના ATPનો વ્યય થાય છે.

                                           ………..(3)

ફ્રુક્ટોઝ -1,6 ડાઇફૉસ્ફેટના પ્રથમ અને છઠ્ઠા ક્રમાંકના કાર્બન સાથે મૂલકો જોડાયેલા છે. એલ્ડોલેઝ ઉત્સેચક તેનું વિભાજન 3 કાર્બનયુક્ત ફૉસ્ફેટના 2 અણુમાં કરે છે. આ એક ઉત્ક્રમણીય પ્રક્રિયા છે.

                                            ……….(4)

ઉપરના ત્રણ કાર્બનયુક્ત કાર્બોદિતો એટલે કે ટ્રાયોઝ ફૉસ્ફેટના અણુઓનું એકબીજામાં રૂપાંતર એક આઇસોમરેઝ ઉત્સેચક કરી શકે છે.

                                          ………..(5)

પછીની પ્રક્રિયામાં ગ્લિસરાલ્ડિહાઇડ-3-ફૉસ્ફેટનું ઑક્સિડેશન થાય છે. ગ્લાયકોલિટિક વિઘટનમાં આ એક મહત્વની પ્રક્રિયા છે.

                                        …………(6)

આ પ્રક્રિયામાં વિમુક્ત થયેલા હાઇડ્રોજનના અણુઓ અને ઇલેક્ટ્રૉન NAD⁺ સહઉત્સેચક સાથે સંયોજન પામે છે. બાઇફૉસ્ફોગ્લિસરેટ એક ઉચ્ચ કાર્યશક્તિક સંયોજન છે અને તેના વિઘટનથી મુક્ત થયેલી કાર્યશક્તિક ઍડેનોસીન ડાઇફૉસ્ફેટ(ADP)ને ઉચ્ચ કાર્યશક્તિક ATPમાં ફેરવે છે.

                                        ………..(7)

પ્રત્યેક ગ્લુકોઝ અણુનું 2 ટ્રાયોઝ ફૉસ્ફેટના અણુઓમાં વિઘટન થતું હોવાથી 6 અને 7 ક્રમાંકની પ્રક્રિયાઓને અંતે, પ્રત્યેક ગ્લુકોઝ અણુદીઠ સૌપ્રથમ 2 ATPના અણુઓનું ઉત્પાદન થાય છે.

તે પછીની પ્રક્રિયામાં ફૉસ્ફોગ્લુકોઝમ્યુટેઝ ઉત્સેચક 3-ફૉસ્ફોગ્લિસરેટને, 2-ફૉસ્ફોગ્લિસરેટમાં ફેરવે છે. આ એક ઉત્ક્રમણીય પ્રક્રિયા છે.

                                        ………….(8)

ઉત્સેચક ઇનોલેઝ 2-ફૉસ્ફોગ્લિસરેટમાંથી પાણી(H₂O)ના એક અણુને વિમુક્ત કરે છે. આ ઉત્ક્રમણીય પ્રક્રિયા છે.

                                               ……….(9)

ઇનોલ ફૉસ્ફેટમાં ઉચ્ચ કાર્યશક્તિક બંધ હોય છે. તેથી તેમાં રહેલ P અલગ કરવામાં આવે, તો તેના બંધ તૂટતાં છૂટી થયેલ કાર્યશક્તિની મદદથી ADPનું સંયોજન, અલગ થયેલ P સાથે થતાં ATPનો એક અણુ બંધાય છે.

                                              …………(10)

આમ ગ્લાયકોલિટિક પ્રક્રિયાની હારમાળાને પરિણામે ગ્લુકોઝના અણુમાંથી થતું ઉત્પાદન આ મુજબ હશે :

ગ્લુકોઝના અણુને ફ્રુક્ટોઝ 1-6 બાઇફૉસ્ફેટમાં ફેરવવામાં 2 ATPના અણુઓ વપરાયા હતા તેથી ગ્લુકોઝ અણુદીઠ થયેલું કુલ (net) ઉત્પાદન નીચે મુજબ હશે :

A.      2 પાઇરૂવિક ઍસિડના અણુઓ

B.      2 NADH + H⁺

C.      2 ATPના અણુઓ

2. હેક્ઝોઝ–મૉનો–ફૉસ્ફેટ અનુગામી પથ (HMP shunt pathway) અથવા ફૉસ્ફોગ્લુકોનેટ પથ : આ પણ એક ગ્લાયકો-લિટિક પથ છે અને ઘણા કોષોમાં આ પથને લગતી પ્રક્રિયાઓ જોવા મળે છે. આ પ્રક્રિયામાં પણ સૌપ્રથમ ગ્લુકોઝને ક્રિયાશીલ ગ્લુકોઝ-6-ફૉસ્ફેટમાં ફેરવવામાં આવે છે.

આ પ્રક્રિયામાંથી ગ્લુકોઝ-6-ફૉસ્ફેટ પસાર થતાં તેનું ઑક્સિડેશન થવાથી તે 6ફૉસ્ફોગ્લુકોનેટમાં ફેરવાય છે.

ઉપરની પ્રક્રિયામાં NADP રિડ્યૂસ થાય છે અને H₂Oનો એક અણુ વિઘટન પામે છે. હવે પછીની પ્રક્રિયામાં 6-ફૉસ્ફોગ્લુકોનેટનું ડીકાર્બોક્સિલીકરણ થતાં તે રિબ્યુલોઝ-5-ફૉસ્ફેટમાં રૂપાંતર પામે છે.

આ પ્રક્રિયામાં પણ NADPનો એક અણુ રિડ્યૂસ થાય છે.

હવે પછીની પ્રક્રિયામાં (1) રિબ્યુલોઝ-5-ફૉસ્ફેટ (5C)ના વિઘટનથી એક ટ્રાયોઝ ફૉસ્ફેટ અણુ(3C)નું નિર્માણ થાય છે જ્યારે 2 કાર્બનયુક્ત એક ખંડ (2C) અલગ થાય છે. (2) આ 2C ખંડ એક અન્ય (5C) રિબ્યુલોઝ-ફૉસ્ફેટ સાથે સંયોજન પામવાથી એક 7 કાર્બનયુક્ત ફૉસ્ફેટ (7C)નું ઉત્પાદન થાય છે. (3) હવે 7Cના વિઘટનથી ટ્રાયોઝ (3C) અને ટેટ્રોઝ ફૉસ્ફેટ (4C) એમ 2 અણુઓ બંધાય છે. (4) 1 અને 3 ક્રમાંકમાં દર્શાવેલ ટ્રાયોઝ અને ટ્રાયોઝ-ફૉસ્ફેટના અણુઓ સંયોજાતાં એક ફ્રુક્ટોઝ-6-ફૉસ્ફેટનો અણુ નિર્માણ થાય છે. (5) એક વધારાનો 5C રિબ્યુલોઝ ફૉસ્ફેટ ત્રીજા ક્રમાંકમાં આવેલા 4C સાથે સંયોજાતાં તેમાંથી અનુક્રમે ફ્રુક્ટોઝ-6-ફૉસ્ફેટ અને ટ્રાયોઝ ફૉસ્ફેટ એમ કાર્બોદિતના 2 અણુઓનું ઉત્પાદન થાય છે. (કૌંસમાં જે તે અણુઓમાં આવેલા કાર્બનની સંખ્યા દર્શાવેલી છે.)

ફ્રુક્ટોઝ-6-ફૉસ્ફેટનો અણુ સમાવયવી ગ્લુકોઝ-6-ફૉસ્ફેટમાં રૂપાંતર પામીને તે ફરીથી HMP અનુગામી પથમાં પ્રવેશે છે. વિકલ્પે ફ્રુક્ટોઝ-6-ફૉસ્ફેટ, ઍમ્બ્ડેન મેયરહૉફ પથમાંથી પસાર થતાં તેનું વિઘટન પાઇરૂવિક ઍસિડના 2 અણુઓમાં થાય છે. HMP પાર્શ્વ પથ ગ્લાયકોલિટિક પ્રક્રિયામાં ખાસ ઉપયોગી નથી. જ્યારે આ પથમાં ઉત્પન્ન થયેલા રિડ્યૂસ થયેલા NADPના અણુઓ, મેદ-અમ્લ(fatty acid)ના સંશ્લેષણમાં કાર્યશક્તિ પૂરી પાડે છે. તે જ પ્રમાણે આ પથમાં નિર્માણ થયેલી રિબ્યુલોઝ શર્કરા ન્યૂક્લિઇક ઍસિડોના સંશ્લેષણમાં વપરાય છે. વનસ્પતિઓમાં થતી પ્રકાશ-સંશ્લેષણને લગતી કાર્બન-સ્થાપન (carbon-fixation) પ્રક્રિયાઓમાં પણ NADPH + H⁺ કાર્યશક્તિ પૂરી પાડે છે.

3. એન્ટનર ડાઉડોરૉફ પાર્શ્વ પથ : કેટલાક ગ્રામ-ઋણી બૅક્ટેરિયા જેવા સૂક્ષ્મજીવોમાં ગ્લાયકોલિટિક પ્રક્રિયામાં કેટલાક અગત્યના ઉત્સેચકોનો અભાવ હોય છે. તેથી 6-ફૉસ્ફોગ્લુકોનેટમાંથી રિબ્યુલોઝ-5-ફૉસ્ફેટનું ઉત્પાદન થતું નથી. પરંતુ એક ડીહાઇડ્રેઝ ઉત્સેચક તેને 2-keto-3 deoxy-6 phosphogluconate (KDPG)માં ફેરવે છે.

એલ્ડોલેઝ ઉત્સેચક KDPGનું વિઘટન નીચે મુજબ કરે છે :

ગ્લિસરાલ્ડિહાઇડનો અણુ ગ્લાયકોલિટિક પ્રક્રિયાઓની હારમાળામાંથી પસાર થતાં પાઇરૂવિક ઍસિડમાં ફેરવાય છે. આમ કેટલાક સૂક્ષ્મ જીવોમાં 6-ફૉસ્ફોગ્લુકોનેટના વિઘટનથી પાઇરૂવિક ઍસિડના બે અણુઓનું ઉત્પાદન થાય છે.

ગ્લાયકોલિટિક પથમાં પ્રવેશ પામનાર અન્ય સાદા સ્વરૂપની શર્કરાઓ અને તેનાં વ્યુત્પન્નો : ફ્રુક્ટોઝ, ગૅલેક્ટોઝ, રિબોઝ અને ગ્લિસરૉલના અણુઓ પણ આ પથમાં પ્રવેશતા હોય છે. આ પથની હારમાળાને ટૂંકમાં નીચે મુજબ દર્શાવી શકાય :

લૅક્ટિક ઍસિડ પણ એક ગ્લાયકોલિટિક પથથી ઉત્પન્ન થાય છે. પ્રક્રિયામાં NADH + H⁺માં આવેલા H પરમાણુઓ પાઇરૂવિક ઍસિડ સાથે સંયોજાતાં લૅક્ટિક ઍસિડનો એક અણુ બંધાય છે.

સ્નાયુઓ ઝડપથી કાર્ય કરતા હોય ત્યારે ATPની તાત્કાલિક જરૂરિયાતને પહોંચી વળવા લૅક્ટિક ઍસિડ પ્રક્રિયા અપનાવવામાં આવે છે. જોકે શરીર માટે લૅક્ટિક ઍસિડ નકામો હોવાથી વિશ્રાંતિ અવસ્થા દરમિયાન લૅક્ટિક ઍસિડને પાઇરૂવિક ઍસિડમાં ફેરવવામાં આવે છે. કેટલાક બૅક્ટેરિયા જેવા સૂક્ષ્મ જીવો પણ આ પ્રક્રિયા દ્વારા ATPનો અણુ મેળવે છે.

આલ્કોહૉલ-નિર્માણને લગતી પ્રક્રિયામાં ડીકાર્બોક્સિલીકરણથી પાઇરૂવિક ઍસિડને એસિટાલ્ડિહાઇડમાં ફેરવવામાં આવે છે.

આલ્કોહૉલ-નિર્માણની પ્રક્રિયા સામાન્યપણે આથવણ તરીકે ઓળખાય છે. કેટલાક બૅક્ટેરિયા અને યીસ્ટ જેવા સજીવોની મદદથી આ પ્રક્રિયા દ્વારા આલ્કોહૉલનું ઉત્પાદન કરવામાં આવે છે.

પાઇરૂવિક ઍસિડનું ઑક્સિડેશન અને ઍસિટાઇલ–કોએન્ઝાઇમ-Aની ઉત્પત્તિ : પાઇરૂવિક ડીહાઇડ્રોજનેઝ સંકીર્ણ ઉત્સેચકો પાઇરૂવિક ઍસિડનું રૂપાંતર ઍસિટાઇલ-સહઉત્સેચક-Aમાં કરે છે. આ પ્રક્રિયામાં NAD⁺ રિડ્યૂસ થાય છે જ્યારે ડીકાર્બોક્સિલીકરણથી એક CO₂નો અણુ મુક્ત થાય છે.

TCA (ટ્રાઇકાર્બોક્સિલિક ઍસિડ), સાઇટ્રિક ઍસિડ અથવા ક્રેબ્ઝ ચક્ર : આ ચક્રનું સંશોધન જર્મન વિજ્ઞાની ક્રેબ્ઝે કર્યું હતું. આ ચક્રમાં માં આવેલ ઍસિટેટનું ઑક્સિડેશન થવાથી પ્રક્રિયાઓની હારમાળામાંથી પસાર થઈને તે CO₂ અને H₂Oમાં ફેરવાય છે. આ પ્રક્રિયામાં આવેલ H અને ઇલેક્ટ્રૉન (e^–) ઘટકો આણ્વિક ઑક્સિજન સાથે સંયોજાય છે. આમ આ એક વાયુજૈવિક (aerobic) પ્રક્રિયા છે; તે વનસ્પતિ અને પ્રાણીઓમાં જોવા મળે છે. TCA ચક્રને લગતા ઉત્સેચકો અને અન્ય ઘટકો કણાભસૂત્રો અને સૂક્ષ્મજીવોના રસપડ સાથે સંકળાયેલા છે.

સાઇટ્રિક ઍસિડનું સંશ્લેષણ : સૌપ્રથમ નીચે દર્શાવેલ પ્રક્રિયા થતાં સાઇટ્રિક ઍસિડનું ઉત્પાદન થાય છે :

એક એકોનિટેઝ (આઇસોમરેઝ) ઉત્સેચક સાઇટ્રિક ઍસિડનું રૂપાંતર આઇસોસાઇટ્રિક ઍસિડમાં કરે છે.

આઇસોસાઇટ્રેટ ડીહાઇડ્રોજનેઝ ઉત્સેચક નીચેની બે પ્રક્રિયા સાથે સંકળાયેલો છે :

અને

હવે પછીની પ્રક્રિયામાં અનુક્રમે α-કીટોગ્લુટારિક ઍસિડનું ડીહાઇડ્રોજનેશન અને ડીકાર્બોક્સિલીકરણ થાય છે. સાથે સાથે તે CoA-SH સાથે સંયોજાય છે.

પાઇરૂવિક ઍસિડ અને α-કીટોગ્લુટારિકનાં રાસાયણિક લક્ષણો સમાન હોવાથી બંને CoA-SH સાથે સંયોજન પામતાં હોય છે. Co-Aનું જોડાણ એક ઉચ્ચકાર્યશક્તિક બંધ દ્વારા થયેલું હોય છે. કાઇનેઝ ઉત્સેચકની અસર હેઠળ આ બંધ છૂટો થતાં તેમાં સંઘરેલ કાર્યશક્તિનો ઉપયોગ એક ઉચ્ચકાર્યશક્તિક ફૉસ્ફેટ બંધના નિર્માણમાં થાય છે.

સક્સિનિક ઍસિડ GTP (ગ્વાનોસાઇન ટ્રાઇફૉસ્ફેટ) એક ઉત્ક્રમણીય પ્રતિક્રિયા દ્વારા ADPને ATPમાં ફેરવે છે.

સક્સિનિક ડીહાઇડ્રોજનેઝ ઉત્સેચક (SDH) સક્સિનિક ઍસિડનું ઑક્સિડેશન કરે છે. આ પ્રતિક્રિયામાં FAD (ફ્લેવિન ઍડેનીન ડાઇ-ન્યૂક્લિઓટાઇડ) સહઉત્સેચક રિડ્યૂસ થાય છે.

ઉત્સેચક ફ્યૂમેરેઝ H₂Oનું વિઘટન કરે છે.

હવે પછીની પ્રતિક્રિયામાં મૅલિક ઍસિડનું ઑક્સિડેશન થાય છે.

અહીં ક્રેબ્ઝ ચક્ર પૂરું થાય છે, જ્યારે શેષ ઑક્સેલોઍસેટિકનો અણુ એક અન્ય  સાથે સંયોજાતાં તે એક નવા ક્રેબ્ઝ ચક્રમાં પ્રવેશે છે. ટૂંકમાં પાઇરૂવિક ઍસિડના અણુદીઠ વિઘટનથી નીચેના ઉચ્ચકાર્યશક્તિક અણુઓનું ઉત્પાદન થાય છે.

એક પાઇરૂવિક ઍસિડનો અણુ : 3 NADH + H+

                               1 NADPH (અથવા NADH) + H⁺

                              1 FADH₂

                              1 ATP

કાર્યશક્તિનું સ્થાનાંતરણ (transduction of energy) : શરીરમાં થતી જૈવિક ક્રિયાઓ માટે વપરાતી કાર્યશક્તિ ATPના વિઘટનથી મેળવવામાં આવે છે. આમ જૈવિક ક્રિયાઓ માટે ATPનો અણુ અગત્યનો હોવાથી તે જૈવિક ચલણ (currency) તરીકે ઓળખાય છે.

ગ્લાયકોલિટિક પ્રક્રિયા દરમિયાન H અને e^–નું વહન કરનાર NAD⁺, NADP⁺, FAD જેવા સહઉત્સેચકના ઑક્સિડેશનથી કાર્યશક્તિ મુક્ત થાય છે.

NADH + H⁺ + O₂ → NAD⁺ + H₂O + DG

                                   (મુક્ત થતી કાર્યશક્તિ)

(ΔG = – 52,500 Cal)

NADH + H⁺ કરતાં NAD⁺માં કાર્યશક્તિનું પ્રમાણ ઓછું હોય છે. તેથી મુક્ત થતી કાર્યશક્તિ ઋણ પરિમાણ (negative quantity) તરીકે ઓળખાય છે. જોકે કાર્યશક્તિનું વિમોચન એકીસાથે થતું નથી. પ્રતિક્રિયા દરમિયાન H અને e^– ઘટકો કેટલાંક મધ્યવર્તી તત્વોની હારમાળામાંથી પસાર થતા હોય છે. આ તત્વો ઇલેક્ટ્રૉનવહન તંત્ર અથવા શ્વસનશૃંખલાના ઘટકો તરીકે ઓળખાય છે.

શરૂઆતની પ્રતિક્રિયાઓમાં 2Hનું વહન થતું હોય છે.

1. NADH + H⁺ + FAD → NAD⁺ + FADH₂

2. FADH₂ + Co-Q → FAD + Co – QH₂

આ તબક્કે 2Hમાંથી ઇલેક્ટ્રૉનો છૂટા પડે છે.

2H  →  2H⁺ + 2e^–

આ છૂટા થયેલા ઇલેક્ટ્રૉનો અનુક્રમે સાયટોક્રોમ(Cyt)ની હારમાળા Cyt^–b, Cyt^–c₁, Cyt^–c, અને Cyt^–aમાંથી પસાર થતા હોય છે. સાયટોક્રોમોમાં Fe⁺⁺⁺આયન આવેલા છે. ઇલેક્ટ્રૉનો સ્વીકારવાથી તે રિડ્યૂસ થાય છે.

ટૂંકામાં 2H⁺ +2e^– +  O₂ → H₂O

NAD⁺, Cyt^–b અને Cyt^–c₁ના ઑક્સિડેશન દરમિયાન મુક્ત થતી કાર્યશક્તિમાંથી ATPના અણુઓ બંધાય છે.

આ પ્રક્રિયામાં ADPનું ઑક્સિજનની હાજરીમાં ફૉસ્ફરીકરણ થતું હોવાથી આ પ્રક્રિયા ઑક્સિડેટિવ ફૉસ્ફરીકરણ (oxidative phosphorylation) તરીકે ઓળખાય છે. આમ NADH + H⁺ના ઑક્સિડેશનથી અણુ દીઠ ત્રણ ATPના અણુઓ બંધાય છે.

ગ્લુકોઝ શરીરને કાર્યશક્તિ પૂરી પાડનાર મુખ્ય સ્રોત છે. જોકે ચરબીના અણુઓ પણ કાર્યશક્તિના પ્રાપ્તિસ્થાન તરીકે અગત્યના છે. ખાસ કરીને પૃષ્ઠવંશીઓના યકૃત, મૂત્રપિંડ, હૃદ્ સ્નાયુ, સ્થિરતાપૂર્વક પરંતુ ધીમી ગતિએ કાર્ય કરતા કંકાલ સ્નાયુ, મેદ-અમ્લ(fatty acid)ના ઑક્સિડેશનથી કાર્યશક્તિ મેળવે છે. સ્થળાંતર કરનાર પક્ષી તેમજ શિશિર-નિદ્રાધીન; પરંતુ ખોરાકગ્રહણ ન કરતાં હોય તેવાં પ્રાણીઓ પણ ચરબીના વિઘટન દ્વારા કાર્યશક્તિ મેળવતાં હોય છે.

મેદ-અમ્લ અણુનું વિઘટન : ATPના અણુ સાથે સંયોજાતાં તે ક્રિયાશીલ બને છે અને Co-A સાથે જોડાય છે.

ચરબીના અણુનું વિઘટન તબક્કાવાર થાય છે. તેમાં પ્રતિક્રિયા માત્ર છેલ્લા બે (β અને α) કાર્બનનાં બે માળખાં પૂરતી મર્યાદિત હોય છે.

ઉપર દર્શાવેલ પ્રતિક્રિયાઓની હારમાળાને અંતે નો એક અણુ અલગ થાય છે જ્યારે મેદ અમ્લનો અણુ કાર્બનનાં બે માળખાં ગુમાવે છે. શેષ ચરબીના અણુ પર ઉપર દર્શાવેલ પ્રતિક્રિયાઓનું પુનરાવર્તન થતાં દરેક વખતે ચરબીનો અણુ કાર્બનનાં બે માળખાં ગુમાવે છે અને નો એક અણુ બંધાય છે.

16 કાર્બનયુક્ત પામિટિક ઍસિડનો અણુ [CH₃(CH₂)₁₄ COOH] ઉપર્યુક્ત પ્રતિક્રિયાઓની હારમાળામાંથી 7 વાર પસાર થતાં કુલ નીપજ નીચે મુજબ હશે :

એમીનો ઍસિડનો અપચય : પ્રોટીનના એકલકો તરીકે આવેલા એમીનો ઍસિડોનો શરીરમાં સંગ્રહ થતો નથી. તેથી વધારાના અણુઓને NH₃⁺ મૂલકના ત્યાગ દ્વારા કીટો ઍસિડમાં ફેરવવામાં આવે છે.

ઉપરની પ્રક્રિયા કણાભસૂત્રોમાં થાય છે; પરંતુ ઘણા એમીનો ઍસિડો કણાભસૂત્રોના રસપડ માટે અપ્રવેશ્ય હોય છે. જેથી ટ્રૅન્સએમીનો ઉત્સેચકની મદદથી તેવા એમીનો ઍસિડોને ગ્લુટામિક ઍસિડમાં ફેરવવામાં આવે છે.

નાઇટ્રોજનનો ત્યાગ અને યૂરિયા ચક્ર : NH₃ શરીર માટે હાનિકારક છે. તેથી મોટા ભાગના પૃષ્ઠવંશીઓમાં તેને બિનહાનિકારક યૂરિયામાં ફેરવવામાં આવે છે.

તેને લગતી અગત્યની પ્રતિક્રિયાઓ નીચે મુજબ છે :

NH₃ના ત્યાગથી ઉદભવતા કીટો ઍસિડો ક્રેબ્ઝ ચક્રમાં પ્રવેશે છે. ત્યાં અગાઉ જણાવેલ તેમના પર થતી ઑક્સિડેશન પ્રક્રિયા ઉપરાંત તેમને શરીરને જરૂરી અન્ય ઘટકોમાં પણ ફેરવવામાં આવે છે.

ગ્લાયોઝાઇલિક ઍસિડ ચક્ર : ક્રેબ્ઝ ચક્ર સાથે સંકળાયેલી ચયિક પ્રક્રિયા છે. આ ચક્રમાં પ્રવેશ પામતા કીટો ઍસિડના અણુઓમાંથી ગ્લુકોઝ એમીનો ઍસિડો અને કેટલાંક અન્ય જૈવિક રસાયણોનું ઉત્પાદન થઈ શકે છે. ખાસ કરીને કેટલાક બૅક્ટેરિયા, લીલ અને ઉચ્ચતર વનસ્પતિઓમાં આ પ્રક્રિયા સામાન્ય રીતે જોવા મળે છે. ઉચ્ચતર વનસ્પતિઓમાં ગ્લાયોક્સિઝોમ અંગિકાઓ આવેલી છે. જેમાં ગ્લાયોઝાઇલિક ચક્રને લગતા 4 મુખ્ય ઉત્સેચકો આવેલા હોય છે.

PEP ગ્લાયકોલિટિક પથમાં પ્રવેશ પામતાં તેનું રૂપાંતર ગ્લુકોઝમાં થઈ શકે છે. આ ચયિક પ્રતિક્રિયાને ગ્લુકોનોજેનેસિસ કહે છે.

પરિપૂર્ણક પ્રતિક્રિયા (anaplerotic/replenishing reactions) : ગ્લાયકોલિટિક કે ક્રેબ્ઝ ચક્રમાં ઉત્પન્ન થયેલા કેટલાક મધ્યગત અણુઓ શરીરની જરૂરિયાતને અનુલક્ષીને ઑક્સિડાઇઝ થવાને બદલે શરીર માટે અગત્યના અન્ય ઘટકોમાં ફેરવાય છે.

ગ્લાયકોલિટિક પથ

1. ફૉસ્ફોગ્લિસરિક ઍસિડ →

                – સેરિન, ગ્લાઇસીન, સિસ્ટીન, ટ્રિપ્ટોફૅન, હિસ્ટિડાઇન

2. ફૉસ્ફોઍનોલ પાઇરૂવિક ઍસિડ →

                – ઑક્સેલોઍસેટિક ઍસિડ, મૅલિક ઍસિડ

                – ઍલેનીન, લ્યૂસીન, વૅલીન

3. પાઇરૂવિક ઍસિડ →

                – ઑક્સેલોઍસેટિક ઍસિડ

                – ફેનાઇલ ઍલેનીન, ટાયરોસીન, ટ્રિપ્ટોફૅન

4. ઍસિટાઇલ CoA →

                – ચરબીના અણુઓ

ક્રેબ્ઝ ચક્રમાં

5. આલ્ફાગ્લુટારિક ઍસિડ → ગ્લુટામિક ઍસિડ;

                – ગ્લુટામીન, પ્રોલીન, ઍર્જિનીન

6. ઓક્સેલોઍસેટિક ઍસિડ → ઍસ્પર્ટિક ઍસિડ

                ઍસ્પર્ટિક ઍસિડ →

                        – ઍસ્પેર્જિન, લાયસીન, મેથાયનીન

                        – પિરિમિડીનો

7. સક્સિનિક ઍસિડ : પૉર્ફિરિનો

ચયકારી પ્રતિક્રિયાઓ

1. ગ્લુકોનવનિર્માણ – (gluconeogenesis) : ગ્લુકોઝ સજીવો માટે એક અગત્યનો ઘટક છે, તેથી તેની જરૂરિયાતને પહોંચી વળવા ચરબી કે પ્રોટીનના રૂપાંતરથી પણ ઘણા સજીવો ગ્લુકોઝ મેળવતા હોય છે. ક્રેબ્ઝ ચક્રમાં પ્રવેશ પામનાર મેદઅમ્લ કે એમીનો ઍસિડના અણુઓના મધ્યગત ઘટકો કાર્બોદિતોના પુરોગામી (precursors) બને છે. અગાઉ જણાવ્યા પ્રમાણે ઘણા એમીનો ઍસિડના અણુઓ અલ્ફાકીટોગ્લુટારિક ઍસિડમાં અને મેદઅમ્લના અણુઓ ઍસિટાઇલ-Co-Aમાં ફેરવાઈ જતાં તે ગ્લુકોઝના ઉત્પાદનમાં અગત્યનો ભાગ ભજવે છે. અકાર્બોદિત તત્ત્વોમાંથી થતા ગ્લુકોઝના નિર્માણને ગ્લુકોનવનિર્માણ કહે છે.

ગ્લાયકોલિટિક પથના ઉત્ક્રમણ(reversion)થી પાઇરૂવિક ઍસિડમાંથી ગ્લુકોઝનું સંશ્લેષણ થાય છે; પરંતુ આ પથની કેટલીક પ્રતિક્રિયાઓ અનુત્ક્રમણીય હોવાથી માત્ર વૈકલ્પિક પથ દ્વારા ગ્લુકોઝનું ઉત્પાદન શક્ય બને છે.

1. પાઇરૂવેટનું PEPમાં રૂપાંતર : અહીં બે પ્રતિક્રિયાઓ સંકળાયેલી છે.

2. ફ્રુક્ટોઝ–1–6–બાઇફૉસ્ફેટનું ગ્લુકોઝ–6–ફૉસ્ફેટમાં રૂપાંતર : આ પ્રતિક્રિયા ફૉસ્ફેટેઝ ઉત્સેચકની હાજરીમાં થાય છે.

3. ગ્લુકોઝ–6–ફૉસ્ફેટનું ગ્લુકોઝમાં રૂપાંતર : અહીં પણ એક ફૉસ્ફેટેઝ ઉત્સેચકની હાજરીમાં આ પ્રતિક્રિયા થાય છે.

ગ્લાયકોજેનેસિસ (ગ્લાયકોજનનિર્માણ) : પ્રાણીઓના શરીરમાં ગ્લુકોઝનો સંગ્રહ ગ્લાયકોજન નામે ઓળખાતી ગ્લુકોઝની એક સાંકળ રૂપે કરવામાં આવે છે. ગ્લાયકોજન ઉત્પાદનની અગત્યની પ્રતિક્રિયાઓ નીચે મુજબ છે :

ગ્લુકોઝની સાંકળ (ગ્લુકોઝ)_nમાં એટલે કે ગ્લાયકોજનમાં વધુ ગ્લુકોઝના અણુઓ ઉમેરાતાં સાંકળ લાંબી બને છે.

ગ્લુકોજેનેસિસ (ગ્લુકોઝનિર્માણ) : મુખ્યત્વે પૃષ્ઠવંશી પ્રાણીઓના યકૃતમાં અન્ય કાર્બોદિતોને ગ્લુકોઝમાં ફેરવવામાં આવે છે. તદુપરાંત ત્યાં ગ્લાયકોજનના વિઘટનથી પણ ગ્લુકોઝના અણુઓને છૂટા પાડવામાં આવે છે.

મેદઅમ્લનું સંશ્લેષણ : ગ્લાયકોલિટિક પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉદભવતા ઍસિટાઇલ – SCoA ( )  અણુઓ મેદઅમ્લને જરૂરી કાર્બનશૃંખલા પૂરી પાડે છે અને પ્રતિક્રિયા દરમિયાન HS – ACP (ઍસાઇલ કૅરિયર પ્રોટીન) તેનું વહન કરે છે.

(vii) આ પ્રતિક્રિયામાં NADPH + H⁺ની હાજરીમાં ડીહાઇડ્રોજનેઝ ઉત્સેચક અસંતૃપ્ત ઍસાઇલ – ACPને સંતૃપ્ત સ્વરૂપમાં ફેરવે છે.

હવે પછી (iv)થી (vii) ક્રમાંકની પ્રતિક્રિયાઓનું પુનરાવર્તન થતાં કાર્બનની શૃંખલા ક્રમશ: વધુ ને વધુ લાંબી બને છે.

દાખલા તરીકે કાર્બનનો આંકડો 16 સુધી પહોંચતાં તેમાંથી પામિટિક ઍસિડનું નિર્માણ થાય છે.

CH₃ (CH₂)₁₄ COOH(પામિટિક ઍસિડ) + HS – ACP

ગ્લિસરૉલનું ઉત્પાદન : ચરબીના અણુમાં બે અગત્યના ઘટકો તરીકે મેદઅમ્લ અને ગ્લિસરૉલ આવેલા હોય છે. ગ્લિસરૉલનું ઉત્પાદન ગ્લાયકોલિટિક પથમાં આવેલ મધ્યગત ડાઇહાઇડ્રૉક્સિ ઍસિટોન ફૉસ્ફેટમાંથી થાય છે. NADH + H⁺ અણુના ઑક્સિડેશનથી ગ્લિસરૉલ ફૉસ્ફેટ બને છે.

એક વિશિષ્ટ ફૉસ્ફેટેઝ ઉત્સેચક Pi અણુને ખસેડે છે.

CH₂OH CHOH CH₂O  P  →  CH₂OH CHOH CH₂ OH+Pi

તટસ્થ ચરબી(neutral fat)ના અણુઓ : મેદઅમ્લના ત્રણ અણુઓ ગ્લિસરૉલના એક અણુ સાથે સંયોજાતાં ચરબીનો એક અણુ બને છે.

પ્રતિક્રિયાની શરૂઆતમાં મેદઅમ્લના અણુઓ SCo-A સાથે સંયોજન પામે છે અને તે ઍસાઇલ SCo-Aમાં ફેરવાય છે.

(અહીં R, R₁, R₂… મેદઅમ્લમાં આવેલ કાર્બનશૃંખલાઓ છે.)

શરૂઆતમાં ઍસાઇલ Co-Aના બે અણુઓ ગ્લિસરૉલ-1-ફૉસ્ફેટ સાથે સંયોજાય છે.

આ તબક્કે ફૉસ્ફેટાઇડિક ઍસિડમાંથી Piનો અણુ અલગ થાય છે અને ડાઇગ્લિસરાઇડમાં રૂપાંતર પામે છે. ત્યારબાદ તે બીજા એક ઍસાઇલ Co-A સાથે સંયોજન પામતાં ટ્રાઇગ્લિસરાઇડ (ચરબીનો એક તટસ્થ અણુ) ઉત્પન્ન થાય છે.

(1)

(2)

શરીરમાં સંતૃપ્ત મેદઅમ્લના અણુઓનું સંશ્લેષણ સુલભ છે, જ્યારે દ્વિબંધનયુક્ત એટલે કે અસંતૃપ્ત મેદઅમ્લના અણુઓનું સંશ્લેષણ અત્યંત અલ્પ હોય છે. તેથી અત્યંત-અસંતૃપ્ત અણુઓનો સામાન્યપણે ખોરાક તરીકે સ્વીકાર કરવામાં આવે છે. શરીરમાં ચરબીનો સંગ્રહ મેદપેશી(adipose tissue)માં થાય છે, જે ત્વચાની અંદરની સપાટીએ અંગબંધ(mesentery)માં ઉદરાંગોની આસપાસ અને સાંધાઓની ફરતે આવેલી હોય છે. વધુ કૅલરીયુક્ત આહાર લેવાથી અતિસ્થૂલતા (obesity) ઉત્પન્ન થાય છે. અપૂરતો આહાર, અમર્યાદિત મધુમેહ અને માંદગી જેવાં પરિબળોને અધીન શરીરમાં ચરબીનું પ્રમાણ ઘટે છે.

સ્ટીરૉઇડજન્ય લિપિડોનું સંયોજન : આ એક સંકીર્ણ સ્વરૂપની પ્રક્રિયા છે. સ્ટીરૉઇડો મુખ્યત્વે કાર્બનશૃંખલાના બનેલા હોય છે અને અંશત: ચક્રીય સ્વરૂપ ધારણ કરે છે. સ્ટીરૉઇડ સંશ્લેષણ સાથે સંકળાયેલી પ્રક્રિયાઓને ત્રણ સમૂહમાં વહેંચી શકાય :

(1) મેવાલૉનિક ઍસિડનું નિર્માણ.

(2) મેવાલૉનિક ઍસિડોના અણુઓના સંયોજનથી ઉદભવતો કાર્બન-શૃંખલાયુક્ત સ્ક્વૅલીન અણુ.

(3) સ્ક્વૅલીનમાંથી અંશત: ચક્રીય સ્વરૂપના લેનૉસ્ટેરૉલનું નિર્માણ.

લેનૉસ્ટેરૉલના રૂપાંતરથી કૉલેસ્ટેરૉલ જેવા અણુઓનું સંશ્લેષણ થતું હોય છે.

(1) મેવાલૉનિક ઍસિડનું સંશ્લેષણ :

લૅનોસ્ટેરૉલમાંથી શરીરને આવશ્યક કૉલેસ્ટેરૉલ જેવા અણુઓ બને છે.

પ્રોટીન સંશ્લેષણ : અગાઉ જણાવ્યા પ્રમાણે ક્રેબ્ઝ ચક્રના કેટલાક મધ્યવર્તી અણુઓ પરિપૂર્ણક પ્રતિક્રિયા દ્વારા એમીનો ઍસિડોમાં રૂપાંતર પામે છે; પરંતુ પ્રાણીના શરીરમાં જરૂરી બધા એમીનો ઍસિડોનું શરીરમાં સંશ્લેષણ થતું નથી. દાખલા તરીકે પુખ્ત ઉંમરના માનવીના શરીરમાં વૅલીન, લ્યૂસીન, આઇસોલ્યૂસીન, ફેનાઇલઍલેનીન, લાઇસીન, થ્રીઓનીન, ટ્રિસ્ટ્રોફેન અને મેથાયનીનનું ઉત્પાદન થતું નથી. તેથી માનવી આ ઘટકોને ખોરાક દ્વારા પ્રાપ્ત કરે છે. તેથી ખોરાકની ર્દષ્ટિએ તે આવશ્યક એમીનો ઍસિડો તરીકે ઓળખાય છે. પ્રતિક્રિયા દરમિયાન વિશિષ્ટ એમીનો ઍસિડ નિયત ક્રમમાં ગોઠવાઈ જતાં પ્રોટીનોની સાંકળ રચાય છે. આ નિયત ક્રમની ગોઠવણ DNAના અણુઓ નિશ્ચિત કરે છે. કોષની ક્રિયાશીલ અવસ્થા દરમિયાન કોષકેન્દ્રમાં DNAના અણુઓનું ઉત્પાદન થતું હોય છે. આ ઉત્પાદન દરમિયાન જનીનિક સંકેતો m-RNAમાં પ્રસ્થાપિત થાય છે. આ સંકેતોના સંદેશાને અનુલક્ષીને એમીનો ઍસિડના અણુઓ નિયત ક્રમમાં ગોઠવાઈ જતા હોય છે.

પ્રોટીન સંશ્લેષણ દરમિયાન કોષકેન્દ્રમાં ઉત્પન્ન થયેલા m-RNAના અણુઓ કોષરસમાં આવેલ રિબોઝોમોના સંપર્કમાં આવે છે, જ્યારે પ્રોટીનના એકલકો તરીકે કોષરસમાં પ્રસરેલા એમીનો ઍસિડોના અણુઓ અક્રિયાશીલ અવસ્થામાં હોય છે. તે ATPમાં સંઘરેલી કાર્યશક્તિ મેળવીને ક્રિયાશીલ બને છે.

ઉપર દર્શાવેલ AA-tRNAનું જોડાણ એમીનો ઍસિડનો જનીન પ્રતિસંકેત ધરાવતા m-RNAના વિશિષ્ટ ભાગ સાથે થાય છે. પરિણામે t-RNA છેડે આવેલ AAનો અણુ ત્યાં આવેલા પ્રોટીનની સાંકળ સાથે જોડાય છે અને સાંકળ લાંબી બને છે.

ન્યૂક્લિઇક ઍસિડના અણુઓનું ઉત્પાદન : ન્યૂક્લિઇક ઍસિડમાં અગત્યના ઘટકો તરીકે નાઇટ્રોજનયુક્ત બેઝ (bases), પ્યુરીન અને પિરિમિડીનના અણુઓ આવેલા હોય છે અને તે ATP તેમજ અમુક વિટામિનોમાં પણ અગત્યના ઘટકો બને છે.

પ્યુરીનના અણુઓ : શરૂઆતમાં રિબોઝ-5-ફૉસ્ફેટ પર થતી કેટલીક પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા ઇનોસાઇન મોનો ફૉસ્ફેટ (IMP) અણુનું ઉત્પાદન થાય છે. સમગ્ર પ્રતિક્રિયામાં રિબોઝ-5-ફૉસ્ફેટ ઉપરાંત પ્રતિક્રિયામાં 2NH₂ + 2 ફૉર્મિક ઍસિડ + CO₂ + ગ્લાયસીન + ઍસ્પાર્ટિકના અણુઓ ભાગ લે છે.

આ પ્રક્રમ(process)માં 9 ATPના અણુઓ કાર્યશક્તિ પૂરી પાડે છે.

9 ATP + 9 H₂O → 8 ADP+8 Pi + AMP + PPi

ઍમિનોઍસિડમાંથી AMP (એડીનોસાઇન મૉનોફૉસ્ફેટ) અને GMP (ગ્વાનાઇન મૉનોફૉસ્ફેટ) અણુઓનું સંશ્લેષણ થાય છે.

AMPના ઉત્પાદનમાં તેના 6 ક્રમાંકના સ્થાને આવેલ N પરમાણુને ઍસ્પાર્ટિક ઍસિડમાંથી મેળવે છે. GMPના ઉત્પાદનમાં IMPના બીજા ક્રમાંકને સ્થાને આવેલા કાર્બનનું ઑક્સિડેશન કરવામાં આવે છે. ત્યારબાદ ગ્લૂટેમાઇનમાંથી મેળવેલ NH₂નું સ્થાનાંતર બીજા ક્રમાંકના ‘C’ સાથે ટ્રૅન્સઍમાઇનેશન દ્વારા કરવામાં આવે છે.

પિરિમિડીનના અણુઓ : પિરિમિડીન કેન્દ્ર(nucleus)માં આવેલા પરમાણુઓને NH_3’ CO₂ અને ઍસ્પાર્ટિક ઍસિડમાંથી મેળવવામાં આવે છે.

પ્રથમ તબક્કામાં આ અણુઓના સંયોજનથી ઑરોટિક ઍસિડનું ઉત્પાદન થાય છે. ત્યારબાદ તેની સાથે રિબોઝ-ફૉસ્ફેટનું જોડાણ થતાં તે ઑરોટિડિલિક ઍસિડમાં રૂપાંતર પામે છે.

NH₃ + CO₂ + ઍસ્પાર્ટિક ઍસિડ + રિબોઝ ફૉસ્ફેટ

UMP (યુરિડીન મૉનોફૉસ્ફેટ) અને CMP(સાઇટિડીન–મૉનોફૉસ્ફેટ)નું ઉત્પાદન : ઑરોટિડિલિક ઍસિડના ડીકાર્બોક્સિલીકરણથી UMP અણુનું ઉત્પાદન થાય છે.

CMPના ઉત્પાદનની શરૂઆતમાં UMP, UTPમાં ફેરવાય છે. ત્યારબાદ UTPનું રૂપાંતર CTPમાં થાય છે. CTPને જરૂરિયાત પ્રમાણે CMPમાં ફેરવી શકાય છે.

UMP → UTP → CTP → CDP → CMP

           ડીઑક્સિરિબોટિડનું ઉત્પાદન

ન્યૂક્લિઓસાઇડ ટ્રાઇફૉસ્ફેટોનું સંશ્લેષણ થતાં તે ન્યૂક્લિઇક ઍસિડોના પુરોગામી બને છે.

ઉપર દર્શાવેલ રિબોટાઇડો અને ડીઑક્સિરિબોટાઇડો ન્યૂક્લિઓટાઇડના ટ્રાઇફૉસ્ફેટના સ્વરૂપમાં આવેલા હોય છે. જ્યારે RNA અને DNA સંકલિત ન્યૂક્લિઓટાઇડ મૉનોફૉસ્ફેટ તરીકે આવેલા હોય છે. RNA અને DNAના સંશ્લેષણમાં ઉપર દર્શાવેલ ન્યૂક્લિઓટાઇડને પ્રથમ મૉનોફૉસ્ફેટના રૂપે ફેરવવા પડે છે.

RNAના અણુઓ ત્રણ પ્રકારના હોય છે, mRNA, tRNA અને r-RNA. કોષકેન્દ્ર(અને કણાભસૂત્રો અને નીલકણ)માં આવેલા DNAના અનુલેખનથી RNAનું સંશ્લેષણ થાય છે. DNAના સંકેતોને અધીન કેંદ્રરસ(nucleoplasm)માં સૌપ્રથમ H_nRNA (મિશ્ર-સામૂહિક કોષકેન્દ્ર RNA, Heteronuclear RNA) ઉત્પન્ન થાય છે. તેના વિઘટનથી RNAના અણુઓ અલગ થાય છે.

m-RNAના અણુઓ ત્યારબાદ સ્થાનાંતરથી કોષરસમાં પ્રવેશીને રિબોઝોમ સાથે જોડાય છે. t-RNA અને r-RNAના ખંડ તરીકે આવેલા 5S-RNAના સંશ્લેષણ માટે અગત્યના ઉત્સેચકો પણ કેન્દ્રરસમાં આવેલા હોય છે, જ્યારે શેષ r-RNAના ખંડોનું ઉત્પાદન કોષકેન્દ્રિકામાં થતું હોય છે. tRNAના અણુઓ કોષરસમાં પ્રસરે છે, જ્યારે S-RNA ઘટકો રિબોઝોમના સંપર્કમાં આવે છે અને ત્યાં તેમના સંયોજનથી S-RNA અણુ ઉત્પન્ન થાય છે.

પ્રાણી ચયાપચય : પ્રકાશસંશ્લેષણના અભાવે વનસ્પતિનો આહાર લઈને પ્રાણીઓ પોષણ મેળવે છે અને પાચન પ્રતિક્રિયા દ્વારા આ આહારનું વિઘટન કરી તેને સાદાં સંયોજનોમાં ફેરવે છે. જનીનિક સંકેતોની અસર હેઠળ પ્રાણીઓ આ સંયોજનોમાંથી બધાં જીવનાવશ્યક સંકીર્ણ સ્વરૂપનાં જૈવિક રસાયણોનું સંશ્લેષણ કરે છે. તૃણાહારી પ્રાણીઓ મુખ્યત્વે કાર્બોદિત રૂપે આહાર લે છે, જ્યારે માંસાહારી પ્રાણીઓના આહારમાં પ્રોટીનોનું પ્રમાણ વિશેષ હોય છે. પ્રાણીઓ ઓછાવત્તા પ્રમાણમાં તૈલી પદાર્થો લેતા હોય છે. જોકે પ્રાણીઓ અન્યોન્ય રૂપાંતરણ દ્વારા ખોરાકના મુખ્ય ઘટકોને એક યા બીજા સ્વરૂપમાં ફેરવીને જોઈતા પ્રમાણમાં તે મેળવી લે છે.

પ્રાણીઓમાં થતી અન્યોન્ય રૂપાંતરણની કેટલીક વિશિષ્ટતાઓ :

(i) પ્રાણીઓમાં સામાન્યપણે મેદઅમ્લનું રૂપાંતર ગ્લુકોઝમાં થતું નથી.

(ii) વધારાના ગ્લુકોઝને ચરબી રૂપે સંઘરવામાં આવે છે.

(iii) યકૃત અને સ્નાયુપેશીમાં ગ્લુકોઝને પાણીમાં અદ્રાવ્ય એવા ગ્લાયકોજન રૂપે સંઘરવામાં આવે છે.

(iv) પ્રાણીઓના શરીરમાં પ્રોટીનને સંઘરવામાં આવતું નથી. વધારાના એમીનો ઍસિડને કીટો ઍસિડમાં ફેરવવામાં આવે છે. ક્રેબ્ઝ ચક્રમાં કીટો ઍસિડનું ઑક્સિડેશન થાય છે. આ પ્રતિક્રિયા દરમિયાન મુક્ત થતી કાર્યશક્તિને ATPનાં ઉચ્ચ કાર્યશક્તિક બંધનોમાં સંઘરવામાં આવે છે.

પૃષ્ઠવંશી પ્રાણીઓ આશરે 50 % જેટલા ગ્લુકોઝનું વિઘટન કરી શ્વસનપ્રક્રિયા દ્વારા તેનું કાર્બનડાયૉક્સાઇડ અને પાણીમાં રૂપાંતર કરે છે. જૂજ પ્રમાણમાં ગ્લુકોઝનો ઉપયોગ શરીરપેશીના બંધારણમાં થાય છે. આશરે 5 % જેટલા ગ્લુકોઝનું રૂપાંતર યકૃત તેમજ કંકાલસ્નાયુપેશીમાં ગ્લાયકોજન રૂપે કરવામાં આવે છે, જ્યારે શેષ ગ્લુકોઝને રૂપાંતર દ્વારા ચરબીમાં ફેરવવામાં આવે છે અને તેને મેદપૂર્ણ પેશીમાં સંઘરવામાં આવે છે.

ચરબીરૂપે સંઘરેલ કાર્યશક્તિના ગતિપ્રેરક (dynamic) બળનો દાખલો ઉયન કરતા કીટકોમાં જોવા મળે છે. સ્થળાંતર કરનાર કેટલીક માછલીઓ અને પક્ષી જેવાં પૃષ્ઠવંશી પ્રાણીઓ હજારો કિલોમીટરનો પ્રવાસ ખેડે છે. ટર્નપક્ષીઓ તો શિયાળાની વિપરીત અસર ટાળવા એક ધ્રુવથી બીજા ધ્રુવ તરફ નિયમિત પ્રવાસ કરતાં હોય છે. હૃદ્પેશી અને મોટા ભાગના કંકાલસ્નાયુઓ પણ ચરબીના વિઘટનથી કાર્યશક્તિ મેળવતાં હોય છે.

ચયાપચયી નિયમન : ચયાપચયી પ્રક્રિયામાં જનીનો અગત્યનો ભાગ ભજવે છે. તેની અસર હેઠળ થતાં ઉત્પાદનો જરૂરી હોય ત્યારે જ અને માત્ર જરૂરી પ્રમાણમાં ઉત્પન્ન થાય તે અગત્યનું છે. શરીરમાં થતી ચયાપચયી પ્રક્રિયાઓ જનીનિક નિયંત્રણ અને પ્રતિપોષી (feed back) તંત્રને આભારી છે.

જનીનિક નિયંત્રણ : અસીમકેન્દ્રી સજીવ E. Coli. બૅક્ટેરિયાના માધ્યમમાં લૅક્ટોઝ શર્કરા હોય ત્યારે જ તેના વિઘટન સાથે સંકળાયેલા ઉત્સેચકોના બંધારણ માટે અગત્યનાં જનીનો ક્રિયાશીલ બને છે. DNAમાં આવેલા જનીનખંડના આગલા ભાગમાં એક નિયામક જનીનખંડ (regulatory gene segment) આવેલો હોય છે. લૅક્ટોઝની હાજરીમાં તે અવરોધક (repressor) પ્રોટીનનું સંશ્લેષણ કરે છે. આ પ્રોટીનો લૅક્ટોઝના વિઘટન માટે અગત્યનાં જનીનોને નિષ્ક્રિય બનાવે છે. જોકે લૅક્ટોઝ અણુઓ અવરોધક પ્રોટીનને ચીટકીને તેને નિષ્ક્રિય બનાવે છે. લૅક્ટોઝ ચયાપચયી પ્રક્રિયા સાથે સંકળાયેલાં જનીનો જરૂરી ઉત્સેચકોનું સંશ્લેષણ કરે છે.

તે જ પ્રમાણે આ બૅક્ટેરિયાના માધ્યમમાં ટ્રિપ્ટોફૅન એમીનો ઍસિડ હોય ત્યારે ટ્રિપ્ટોફૅનમાં સંશ્લેષણ માટે અગત્યનાં જનીનોને સક્રિય બનાવનાર પ્રોત્સાહક (promoter) જનીનખંડ નિષ્ક્રિય બને છે. તેથી માધ્યમમાં ટ્રિપ્ટોફૅન ન હોય ત્યારે જ પ્રચાલક જનીન સક્રિય બનીને ટ્રિપ્ટોફૅનના સંશ્લેષણ સાથે સંકળાયેલાં જનીનોને સક્રિય બનવા પ્રેરણા આપે છે. એ રીતે સંશ્લેષણ માટે અગત્યના ઉત્સેચકો ઉત્પન્ન થાય છે.

સસ્તનોમાં આવેલા દીર્ઘજીવી (long lived) m-RNAના અણુઓ સક્રિય બનવાથી જાલિકાકોષો (reticulocytes)માં α અને β ગ્લોબિનોનું ઉત્પાદન થાય છે. જાલિકાકોષો કોષકેન્દ્રવિહોણા હોવાથી તે અનુલેખન (transcription) પર નિયંત્રણ ધરાવતા નથી. આમ હોવા છતાં માધ્યમમાં જો હીમ (heme) હોય તો ગ્લોબિનનું સંશ્લેષણ સાધ્ય બને છે, જ્યારે હીમ ન હોય તો ગ્લોબિનનું સંશ્લેષણ થતું નથી. આ અવરોધન કોષોમાં આવેલ HCR(heme controlled repressor)ને આભારી છે. હીમનું પ્રમાણ વધવાથી HCR નિષ્ક્રિય બને છે, જ્યારે આ પ્રમાણ ઘટે તો HCR સક્રિય બને છે.

સામાન્ય જનીન જરૂર કરતાં વધુ સક્રિય બનવાથી શરીરમાં અર્બુદ (tumor) ઉત્પન્ન થાય છે. અર્બુદમાં આવેલા બધા કોષો એક જ પૂર્વગામી કોષના વંશજો હોય છે. જો આ સક્રિયતા શરીરમાં આવેલા કૅન્સરજનીન(oncogene)ને અધીન હોય તો અનિયંત્રિત ગુણન દ્વારા અનેક કોષો ઉત્પન્ન થવાથી તે પેશી ઉપર સર્વત્ર પ્રસરે છે. કૅન્સર એક જ તબક્કાની ઘટના નથી; પરંતુ જીવનકાળ દરમિયાન શરીરમાં અનેક વિકૃતિઓ એકઠી થવાથી કૅન્સરજનીનો ક્રિયાશીલ બને છે અને કૅન્સરનો રોગ ઉદ્ભવે છે.

પ્રતિપોષી નિયંત્રણ : ચયાપચયી પ્રક્રિયામાં માધ્યમમાં રહેલા પ્રક્રિયાર્થી તેમજ ઉત્પાદનમાં થતી વધઘટ પણ અગત્યનો ભાગ ભજવે છે. જો ઉત્પાદનનું પ્રમાણ વધે તો તે સંશ્લેષણ માટે અગત્યના ઉત્સેચકોની સક્રિયતામાં અવરોધ ઉત્પન્ન કરે છે. દાખલા તરીકે કાર્યશક્તિ પૂરી પાડનાર ATPનું પ્રમાણ જો કોષમાં વધે તો ATPના ઉત્પાદનનો વેગ ધીમો બને છે; પરંતુ ATPના સંશ્લેષણ માટે અગત્યના AMP, ADP, Pi, PPi અણુઓનું પ્રમાણ કોષમાં વધવાથી ATPનું ઉત્પાદન ઝડપી બને છે.

ATPમાં સંઘરેલ કાર્યશક્તિના મુખ્ય સ્રોત તરીકે ગ્લુકોઝનો નિર્દેશ કરી શકાય. પાચનાંગોમાંથી યકૃત તરફ યકૃત નિવાહીતંત્ર દ્વારા ગ્લુકોઝ પસાર થતાં, વધારાના ગ્લુકોઝને ગ્લુકોકાઇનેઝ ઉત્સેચક ગ્લુકોઝ 6-ફૉસ્ફેટમાં ફેરવે છે. ગ્લાયકોજનના સંશ્લેષણ માટે અગત્યના ઉત્સેચકો તેને અદ્રાવ્ય ગ્લાયકોજનમાં પરિવર્તિત કરે છે. યકૃતમાં ગ્લાયકોજનનો સંગ્રહ મર્યાદિત પ્રમાણમાં થતો હોવાથી ફાજલ ગ્લુકોઝનું રૂપાંતર ચરબીના અણુઓમાં કરવામાં આવે છે. રુધિરમાં જો ગ્લુકોઝનું પ્રમાણ ઘટે તો ફરીથી ગ્લાયકોજનમાંથી ગ્લુકોઝના અણુ વિઘટનાત્મક ઉત્સેચકોની અસર હેઠળ નિર્માણ થતાં તે રુધિરમાં પ્રવેશે છે. ભૂખમરા જેવા સંજોગોમાં પણ ગ્લુકોઝના અણુ રુધિરમાં પ્રવેશીને તે શરીરના જુદા જુદા ભાગ તરફ પહોંચે છે. યકૃત ઉપરાંત સ્નાયુપેશીમાં પણ મર્યાદિત પ્રમાણમાં ગ્લાયકોજન રૂપે ગ્લુકોઝનો સંગ્રહ કરવામાં આવે છે.

ગ્લાયકોજનના વિઘટનમાં એપિનેફ્રિન અને ગ્લુકોગૉન જેવા અંત:સ્રાવો અગત્યનો ભાગ ભજવે છે. રુધિરમાં ગ્લુકોઝનું પ્રમાણ જાળવી રાખવું તે સ્વાસ્થ્યની ષ્ટિએ અગત્યનું છે. તેથી રુધિરમાં ગ્લુકોઝનું પ્રમાણ વધવાથી યકૃતમાં તે અદ્રાવ્ય સ્વરૂપમાં રૂપાંતર થાય છે; પરંતુ રુધિરમાં જો ગ્લુકોઝનું પ્રમાણ ઘટે તો ગ્લાયકોજનનું વિઘટન થઈ છૂટા થયેલા ગ્લુકોઝના અણુઓ રુધિરમાં પ્રવેશ પામે છે.

ઉત્સેચકશાસ્ત્રની દ્રષ્ટિએ ઉત્સેચકનાં ઉત્પાદન અને ક્રિયાશીલતાનો આધાર માધ્યમમાં આવેલ પ્રક્રિયક અને ઉત્પાદનો પર રહેલ છે. જો માધ્યમમાં પ્રક્રિયક ઉત્પાદનનું પ્રમાણ વધે તો કોષમાં ઉત્સેચકનું પ્રમાણ ઘટે છે; પરંતુ જો ઉત્પાદકતા ઘટે તો પ્રક્રિયાર્થીની હાજરીમાં ઉત્સેચકનું પ્રમાણ વધે છે. આમ, પ્રક્રિયક અને ઊપજમાં થતા વધારા કે ઘટાડાની સાથે ઉત્સેચકના પ્રમાણમાં અનુક્રમે ઘટાડો અથવા વધારો થાય છે. તેઓ એકબીજાના કાર્યનું નિયમન કરે છે. આવી વ્યવસ્થા પ્રતિપોષી તંત્ર (feed-back mechanism) તરીકે ઓળખાય છે.

ઉત્પાદકતાનું પ્રમાણ વધવાથી ઉત્પાદિત અણુઓ ઉત્સેચકોનાં ક્રિયાત્મક સ્થાનો સાથે જોડાઈ જવાથી ઉત્સેચકો નિષ્ક્રિય બનવા પામે છે. આમ ઉત્પાદકો ઉત્સેચકોના પ્રતિસ્પર્ધી અવરોધકો (competitive inhibitors) તરીકે અગત્યનો ભાગ ભજવે છે અને ઉત્પાદનને અવરોધે છે.

કોષમાં ઉત્સેચકોનું પ્રમાણ નિશ્ચિત હોય છે અને પ્રક્રિયાનું પ્રમાણ ક્રમશ: વધારવાથી વધુ ને વધુ ઉત્સેચકોના અણુઓ સક્રિય બને છે. એક વાર બધા ઉત્સેચકોના અણુઓ સક્રિય બને તો ઉત્પાદકતાનો વેગ સ્થિર બને છે. પછી પ્રક્રિયાર્થીઓનું સંકેન્દ્રણ વધારવાથી ઉત્પાદકતાનો વેગ વધતો નથી.

મ. શિ. દૂબળે

રા. ય. ગુપ્તે