જૈવરસાયણ (biochemistry)

જૈવરસાયણ (biochemistry) : વનસ્પતિ અને પ્રાણીસૃષ્ટિ તેમજ સૂક્ષ્મજીવાણુઓમાં જોવા મળતા રાસાયણિક પદાર્થો અને રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓના અભ્યાસ સાથે સંકળાયેલ વિજ્ઞાનની શાખા. આધુનિક કાર્બનિક રસાયણની ઉપશાખા તરીકે વિકસેલી છે. તેમાં ભૌતિક વિદ્યાઓ અને જીવશાસ્ત્રનો સમન્વય જોવા મળે છે. તે મુખ્યત્વે ત્રણ ક્ષેત્રોને આવરી લે છે : (1) જૈવિક ક્રિયાઓ સાથે સંકળાયેલા રાસાયણિક પદાર્થોની કાર્યપદ્ધતિ અને ક્રિયાઓમાં થતાં રૂપાન્તરોનો અભ્યાસ, (2) પદાર્થોનું રાસાયણિક બંધારણ, (3) પદાર્થોની પ્રક્રિયાઓ/રૂપાંતરો સાથે સંકળાયેલા ઊર્જાના ફેરફાર. આ અભ્યાસમાં પદાર્થોની પરખ, સંરચના, તેમનું ભારાત્મક પૃથક્કરણ અને સજીવમાં તેમના પ્રદાનનો પણ સમાવેશ થાય છે.

વિવિધ પ્રકારની વનસ્પતિ, પ્રાણીકોષો, જીવાણુ અને વિષાણુઓના જીવરસ આગવા કે લાક્ષણિક હોવા છતાં તેમનું પાયાનું બંધારણ, સંચાલન અને તેમની પ્રક્રિયાઓ લગભગ સરખાં જ હોય છે. જીવરસનું બંધારણ અને કાર્ય જટિલ છે. તે મોટે ભાગે પ્રવાહી અને કલિલ રૂપમાં પ્રવર્તે છે. સજીવોમાં કોષનો આધાર-સ્તંભ જીવરસ છે અને તેમાં ચાલતી જૈવરાસાયણિક ક્રિયાઓ વિશાળ કારખાના કરતાં પણ વધુ સંકીર્ણ હોય છે. કોષમાંનાં વિવિધ રાસાયણિક તત્વો અને તેમાંથી નીપજતા જટિલ પદાર્થોમાં કાર્બોદિતો, ચરબી (fats or lipids), પ્રોટીન, ન્યૂક્લિઇક ઍસિડ, પોર્ફિરિન, પ્રજીવકો, ઉત્સેચકો, અંત:સ્રાવો તથા અકાર્બનિક સંયોજનો મુખ્ય છે.

કાર્બોદિતો વનસ્પતિમાં સૅલ્યુલોઝ (C₆H₁₀O₅)_n અથવા કાંજી-(સ્ટાર્ચ)સ્વરૂપે અને પ્રાણીમાં ગ્લાયકોજનના રૂપમાં હોય છે. જેમ પ્રોટીન ઍમિનોઍસિડનાં બનેલાં હોય છે, તેમ શર્કરા ગ્લુકોઝથી ઉત્પન્ન થાય છે. ગ્લુકોઝનું સામાન્ય સૂત્ર C₆H₁₂O₆ છે અને તેમાં હાઇડ્રોજન અને ઑક્સિજનનું પ્રમાણ 2 : 1નું હોય છે; પરંતુ રેમનોઝ જેવા પદાર્થમાં તે પ્રમાણ જળવાતું નથી. આ પદાર્થો શક્તિના મુખ્ય સ્રોતો છે. કાર્બોદિતોમાં કાર્બનના પરમાણુઓ સાંકળની માફક જોડાયેલા હોય છે. દરેક કાર્બન-પરમાણુ, પાસેના કાર્બન-પરમાણુ સાથે ખૂણો બનાવે છે.

ઍમિનોઍસિડ એક ઍમિનો(–NH₂)-સમૂહ અને એક કાબૉર્ક્સિલ (–COOH) સમૂહ ધરાવે છે. તેમની સંખ્યા 20 જેટલી છે. આ 20 ઍમિનોઍસિડ જુદા જુદા ક્રમમાં ગોઠવાઈને પ્રોટીન(નત્રલ પદાર્થ)ના અસંખ્ય અણુઓ રચે છે. પ્રોટીન જીવરસનો એક અગત્યનો ઘટક છે. દરેક કોષના જીવરસમાંના પ્રોટીનનાં બંધારણ જુદાં જુદાં હોવાથી પેશીઓનાં બંધારણમાં વિવિધતા પ્રવર્તે છે. નાઇટ્રોજનયુક્ત અકાર્બનિક સંયોજનો, પાણી અને કાર્બન-ડાયૉક્સાઇડમાંથી વનસ્પતિ પ્રોટીન બનાવે છે, જ્યારે પ્રાણીઓ તેમ કરી શકતાં નથી. વારસાગત લક્ષણોના સંચારણ માટે જવાબદાર જનીન (gene) ન્યૂક્લિયોપ્રોટીન છે. બધા જ કોષોમાં બે પ્રકારના ન્યૂક્લિઇક ઍસિડ હોય છે : આર.એન.એ. અને ડી.એન.એ. વારસાગત લક્ષણો અંગેની માહિતી ડી.એન.એ.માં સંકેત રૂપે રહેલી હોય છે. સંકેતોના અર્થઘટન દ્વારા નત્રલ પદાર્થોનું સંશ્લેષણ કરવામાં બીબાં તરીકે સંદેશવાહક m-RNA ઉપયોગી નીવડે છે. એડિનોસિન મૉનોફૉસ્ફેટ (AMP) ન્યૂક્લિયોટાઇડ સાથે ફૉસ્ફેટનાં બે મૂલકો સંયોજાતાં ટ્રાયફૉસ્ફેટ (ATP) બને છે. તેમાં કાર્યશક્તિ સંગ્રહાયેલી હોય છે અને જરૂર પડ્યે કોષ તે વાપરે છે. ઉત્સેચકો જુદી જુદી અગત્યની જૈવિક પ્રક્રિયાઓને પ્રેરે છે. કેટલાક અંત:સ્રાવો ચયાપચયની ક્રિયાઓનું નિયમન કરે છે. તે બન્ને પણ પ્રોટીન છે. આ સિવાય હીમોગ્લોબિન, પેશીય માયોસિન, બૅક્ટેરિયાઈ જીવવિષો, પ્રતિજનો અને પ્રતિપિંડો (anti bodies) પણ ગુણ પરત્વે પ્રોટીન છે. માનવીના દૈનિક આહારમાં 80 ગ્રામ પ્રોટીનની જરૂર પડે છે. માનવશરીરમાં ચેતાતંતુમાં સંદેશાઓની આપલે માટે એક ઉત્સેચકની મદદથી એસિટાઇલ કોલાઇન ઉત્પન્ન થાય છે અને ક્ષણમાં જ બીજો ઉત્સેચક તેનો નાશ કરે છે, કારણ કે તે હૃદય માટે હાનિકારક હોય છે. ઉત્સેચકો અલ્પ માત્રામાં જૈવરાસાયણિક પ્રક્રિયાનો દર વધારે છે અથવા ઘટાડે છે; પરંતુ કોઈ નવી પ્રક્રિયા ઉત્પન્ન કરતા નથી. તે જીવંત પદાર્થોમાંના કલિલરૂપ કાર્બનિક પદાર્થો છે અને ઉદ્દીપક તરીકે વર્તે છે. લિપિડ – ચરબી જેવા પદાર્થો – પાણીમાં અલ્પ પ્રમાણમાં દ્રાવ્ય કે અદ્રાવ્ય હોય છે. તેનાં બે સ્વરૂપો મેદ (fat) અને તેલ છે. સામાન્ય તાપમાને ઘન સ્વરૂપમાં હોય તેને મેદ (ચરબી) અને પ્રવાહી હોય તો તેને તેલ કહે છે. તે મોટા પ્રમાણમાં ઊર્જા પૂરી પાડે છે અને પેશીઓને રક્ષણ આપે છે. માખણનો પીળો રંગ તેમાં રહેલા કેરોટિન નામના વનસ્પતિજ વર્ણકને આભારી છે.

અંત:સ્રાવો(hormones)નું અંત:સ્રાવી કે નલિકારહિત ગ્રંથિઓ (endocrine glands) દ્વારા સંશ્લેષણ થઈ તેમનો પરિસંચરણમાં સ્રાવ થાય છે. તે રાસાયણિક સંદેશવાહક તરીકે પણ વર્તે છે. પ્રજીવકો (vitamins) ખાસ અગત્યના કાર્બનિક પદાર્થો છે. તે વિકસિત પ્રાણીઓમાં સર્જાતાં ન હોવાથી આહારમાં લેવાં જરૂરી બને છે. પ્રજીવકોની ઊણપથી સ્કર્વી, સુકતાન, મોં આવી જવું, બેરીબેરી વગેરે રોગો થાય છે. અંત:સ્રાવો શરીરમાં ઉત્પન્ન થાય છે, જ્યારે પ્રજીવકો શરીરમાં બનતાં નથી.

વૈદ્યરાજ ભાવપ્રકાશે વર્ણવેલી ચિત્રક કે ચિત્રો વનસ્પતિ (Plumbago zeylanica L) પ્લમ્બેજિન નામનો ઍલ્ક્લૉઇડ પદાર્થ ઉત્પન્ન કરે છે. તે ફક્ત કીટાહારી વનસ્પતિઓમાં જ મળે છે. ચિત્રક ગુજરાતમાં ખંભાત, માણસા, મહુડી વગેરે સ્થળોએ વાડોમાં ઊગે છે. તે ઘરઆંગણે પણ વવાય છે.

ઊર્જાના ઉદભવ, સંગ્રહ અને ઉપયોગ કોષકાર્યો માટે ઘણા અગત્યના છે. તે જૈવિક ઉપચયન(biological oxidation)થી મળે છે. આ ઊર્જા ઉષ્માશોષક પ્રક્રિયાઓ (જેમ કે ઍમિનોઍસિડમાંથી પ્રોટીનનું સંશ્લેષણ) માટે કામ આવે છે. આહારમાંથી મળતી કુલ કૅલરીનું 40 %થી 80 % પ્રમાણ કાર્બોદિતોમાંથી મળે છે. પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન થતી રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ દ્વારા કાર્બન-ડાયૉક્સાઇડ કાર્બોદિતોમાં ફેરવાય છે. નાઇટ્રોજન સ્થિરીકરણ(nitrogen fixation)ની ક્રિયા દ્વારા નાઇટ્રોજન વાયુ જૈવિક ર્દષ્ટિએ અગત્યના એવા પદાર્થોમાં રૂપાંતર પામે છે.

જૈવિક ક્રિયાઓ દરમિયાન બનતી રાસાયણિક ઘટનાઓ સમજાવાને કારણે આવી ક્રિયાઓનાં નિયંત્રણ અંગેની જાણકારી શક્ય બની છે; જેમ કે, કોષમાં ATPનો પુરવઠો ઓછો હોય ત્યારે તે ઉત્પન્ન કરતી પ્રક્રિયાઓ વેગથી થતી હોય છે પણ ATP વધુ હોય ત્યારે આ પ્રક્રિયાઓ ધીમી પડે છે. આ અંગે એમ કહેવાય છે કે ATP અણુઓ કેટલાક ઉત્સેચકો સાથે જોડાય છે; અને એ રીતે તેમનાં પૃષ્ઠલક્ષણો બદલાતાં તેમની ઉદ્દીપક તરીકેની સક્રિયતા ઓછી થાય છે. વિશિષ્ટ સંદેશવાહક RNAના સંશ્લેષણ દ્વારા આ ઉત્સેચકનો જથ્થો પણ ઓછોવત્તો કરી શકાય છે.

જનીન(gene)નું રાસાયણિક બંધારણ તેમજ કોઈ પણ સજીવના કાર્ય અને વિકાસ માટેની ક્રિયાપદ્ધતિ અંગેની માહિતી જૈવરાસાયણિક જનીનવિદ્યા (biochemical genetics) દ્વારા મળે છે. તેમાંથી કોષ અને આનુવંશિકતાની સરળ સમજ ઉપલબ્ધ થઈ છે અને નવી જ શાખા જનીન-ઇજનેરી(genetic engineering)ના પાયા નંખાયા છે. તે અંગેના પ્રયોગો સંકર-બિયારણ અને પ્રાણીઓની સારી ઓલાદ (વધારે દૂધ આપતી ગાય) માટે ઉપયોગી નીવડ્યા છે. રાસાયણિક ઘટકોમાં સિંકોનાની છાલમાં ક્રિયાશીલ ક્વિનાઇન, તજ, લવિંગ અને ઇલાયચીમાં બાષ્પશીલ તેલો, કાથામાં ટેનિન, ચેરીમાં સાયનોજેનેટિક ગ્લાયકોસાઇડ, અળસીમાં મ્યુસિલેજ અને હાલમાં લીમડામાં સક્રિય સત્વ એઝાડિરેક્ટિન શોધાયાં છે.

જૈવ રસાયણનો વિકાસ પદાર્થોના અલ્પ જથ્થાઓને અલગ કરી તેમનું ભારાત્મક માપન કરવાની અને તેમની સંરચના નક્કી કરવાની પદ્ધતિઓને આભારી છે. આવી પદ્ધતિઓમાં સ્પેક્ટ્રોફોટોમિતિ, ક્રોમેટોગ્રાફી, સમસ્થાનિક અંકન (labelling), ન્યૂટ્રૉન સક્રિયન વિશ્લેષણ, વિદ્યુતકણ સંચલન, ક્ષ-કિરણ વિશ્લેષણ, દળ સ્પેક્ટ્રોમિતિ, ન્યૂક્લિયર મૅગ્નેટિક રેઝોનન્સ (NMR) સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી વગેરે મુખ્ય છે.

ચંદ્રકુમાર કાંતિલાલ શાહ