પૉર્ફિરિન

પૉર્ફિરિન : ચક્રીય ટેટ્રાપાયરોલિક બંધારણ ધરાવતાં લાલ રંગનાં સંયોજનોનો એક વર્ગ. પાયરોલની આ ચારેય મુદ્રિકાઓ તેમના ∝ – કાર્બનના પરમાણુઓ દ્વારા ચાર મિથિન સેતુઓ (=CH-) વડે જોડાયેલી હોય છે. પાયરોલનું સૂત્ર નીચે પ્રમાણે છે :

પૉર્ફિરિન ક્લોરોફિલ a અને b, હીમોગ્લોબિન, માયોહીમોગ્લોબિન, સાયટોક્રોમ અને કૅટાલેઝ તેમજ પેરૉક્સિડેઝ જેવા ઉત્સેચકોના સક્રિય ઘટકનો ભાગ બનાવે છે. મૂળ પદાર્થ સંશ્લેષિત પૉર્ફિન છે; જેમાં પાયરોલ મુદ્રિકાઓમાં આવેલ આઠ β સ્થાનોએ રહેલ હાઇડ્રોજન(H)ના પરમાણુઓની અવેજી થઈ શકતી નથી.

કુદરતમાં મળી આવતાં પૉર્ફિરિન પૉર્ફિન સાથે અને પરસ્પર એકબીજા સાથે આ આઠ β સ્થાનમાં આવેલી વિવિધ પાર્શ્વ શૃંખલાઓ દ્વારા તફાવત દર્શાવે છે. કેટલાંક વિશિષ્ટ પૉર્ફિરિન નીચે પ્રમાણે છે :

1. યુરોપૉર્ફિરિન કુદરતી રીતે થાય છે અને તેનું સંશ્લેષણ થઈ શકે છે. તેના બંધારણમાં ચાર કાર્બોક્સિઇથાઇલ(-CH₂-CH₂-COOH) અને ચાર કાબૉર્ક્સિમિથાઇલ (-CH₂-COOH) પ્રતિસ્થાપી (substituent) સમૂહ આવેલા હોય છે.

2. કોપ્રોપૉર્ફિરિન કુદરતી રીતે મળી આવે છે અને તેનું સંશ્લેષણ પણ થઈ શકે છે. તેના બંધારણમાં ચાર કાર્બોક્સિઇથાઇલ અને ચાર મિથાઇલ (-CH₃) પ્રતિસ્થાપી સમૂહો આવેલા હોય છે.

3. ઇટિયોપૉર્ફિરિન સંશ્લેષિત પૉર્ફિરિન છે. તે ચાર ઇથાઇલ (-CH₂-CH₂-) અને ચાર મિથાઇલ પ્રતિસ્થાપી સમૂહો ધરાવે છે.

4. પ્રોટોપૉર્ફિરિન કુદરતી રીતે બને છે અને સંશ્લેષિત પણ કરી શકાય છે; તેમાં બે કાર્બોક્સિઇથાઇલ, ચાર મિથાઇલ અને બે વિનાઇલ (-CH=CH₂) પ્રતિસ્થાપી સમૂહો આવેલા હોય છે.

5. હીમેટોપૉર્ફિરિન સંશ્લેષિત પૉર્ફિરિન છે અને તે બે કાર્બોક્સિઇથાઇલ, ચાર મિથાઇલ અને બે હાઇડ્રૉક્સિઇથાઇલ (-CH₂-CH₂-OH) સમૂહો ધરાવે છે.

પૉર્ફિરિનમાં યુરો અને કોપ્રો  જેવા બે પ્રકારના પ્રતિસ્થાપી સમૂહો હોય છે. ઇટિયોપૉર્ફિરિન ચાર બંધારણીય સમઘટકો ધરાવતું હોવાથી તેના પ્રકારI-IV પાડવામાં આવ્યા છે. પ્રોટો-અને હીમેટોપૉર્ફિરિનના 15 સમઘટકો (પ્રકારIથી XV) હોય છે. પ્રોટોપૉર્ફિરિન પ્રકાર-IX કુદરતમાં મુક્ત સ્વરૂપે મળી આવે છે. તે હીમોગ્લોબિન અને અન્ય હીમપ્રોટીનના પ્રૉસ્થેટિક સમૂહ તરીકે જોવા મળતા હીમમાં પણ હોય છે. પ્રોટોપૉર્ફિરિન પ્રકાર-IX સંશ્લેષિત ઇટિયોપૉર્ફિરિન પ્રકાર-III સાથે સંગત હોય છે.

કાર્બનિક દ્રાવકો કે મંદ આલ્કલીમાં ઓગળેલા પૉર્ફિરિનનો અવશોષણ-પટ વિશિષ્ટ હોય છે. તે દૃશ્યમાન પ્રકાશમાં ચાર પટ (band) અને પારજાંબલી કિરણોમાં સૉરેટ (soret) પટ દર્શાવે છે. સાંદ્ર ઍસિડમાં ઓગાળેલાં પૉર્ફિરિન દૃશ્યમાન પ્રકાશમાં બે પટ આપે છે.

પ્રકાશની 62૦ નેમી (nanometer) માત્રાએ કાર્બનિક દ્રાવકો કે અકાર્બનિક ખનિજ-ઍસિડમાં પૉર્ફિરિનનાં દ્રાવણો દ્વારા ગાઢ લાલ પ્રસ્ફુરણ(fluoroscence)નો એક પટ ઉત્સર્જિત થાય છે. પૉર્ફિરિનના પરિમાપન માટે વર્ણપટ પ્રકાશમાપન (spectrophotometry) અને પ્રસ્ફુરણમાપન (fluorometry) પ્રવિધિઓનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

સજીવમાં મળી આવતાં પૉર્ફિરિન : સજીવમાં ક્લૉરોફિલ, માયોગ્લોબિન, હીમોગ્લોબિન અને સાયટોક્રોમ; તેમજ કૅટાલેઝ અને પેરૉક્સિડેઝ જેવા ઉત્સેચકોમાં પૉર્ફિરિન એક મહત્ત્વના ઘટક તરીકે જોવા મળે છે.

ક્લૉરોફિલ : તે પ્રકાશસંશ્ર્લેષણની પ્રક્રિયામાં ભાગ લેતાં સૌથી મહત્ત્વનાં હરિત રંજકદ્રવ્યો છે. તેના નવ પ્રકાર શોધાયા છે; જેમાં ક્લૉરોફિલ A, B, C, D અને E; બૅક્ટેરિયોક્લૉરોફિલ A અને B અને ક્લૉરોબિયમ ક્લૉરોફિલ65૦ અને 66૦નો સમાવેશ થાય છે. તે પૈકી ક્લૉરોફિલ A અને B સૌથી જાણીતાં અને પુષ્કળ પ્રમાણમાં મળી આવતાં રંજકદ્રવ્યો છે. ક્લૉરોફિલ A વાદળી પડતું લીલા રંગનું અને ક્લૉરોફિલ B પીળાશ પડતું લીલા રંગનું રંજકદ્રવ્ય છે.

ક્લૉરોફિલ એ ચક્રીય ટેટ્રાપાયરોલિક માળખું ધરાવે છે અને તેની મધ્યમાં મૅગ્નેશિયમનો પરમાણુ ધરાવતી સમચક્રીય (isocyclic) મુદ્રિકા આવેલી હોય છે. એક પાયરોલની મુદ્રિકામાંથી ફાઇટોલની શૃંખલા લંબાય છે. તેનું પૉર્ફિરિનના કાર્બનના સાતમે સ્થાને આવેલા કાબૉક્સિલિક સમૂહ સાથે ઍસ્ટરિફિકેશન થયું હોય છે. તે લાંબી જલપ્રતિરાગી (hydrophobic) હાઇડ્રોકાર્બનની બનેલી શૃંખલા છે અને એક દ્વિબંધ ધરાવે છે. ક્લૉરોફિલનું સામાન્ય અણુસૂત્ર C₅₅H₇₂O₅N₄Mg છે. ક્લૉરોફિલ Aમાં કાર્બનના ત્રીજા સ્થાને મિથાઇલ સમૂહ અને ક્લૉરોફિલ Bમાં -HC = O (આલ્ડિહાઇડ) સમૂહ આવેલો હોય છે.

ઉપર દર્શાવવામાં આવેલી આકૃતિ ક્લૉરોફિલ A અને Bના ઈથર નિષ્કર્ષના અવશોષણ-પટની માહિતી આપે છે. તે દૃશ્યમાન પ્રકાશમાં વાદળી-જાંબલી અને નારંગી-લાલ ભાગમાં સૌથી વધારે અને લીલા અને પીળા (5૦૦થી 6૦૦ નેમી.) ભાગમાં પ્રકાશનું સૌથી ઓછું શોષણ કરે છે. ક્લૉરોફિલના અવશોષણ-પટો પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા દરમિયાન શોષાતાં પ્રકાશનાં કિરણોની તરંગલંબાઈનો પરોક્ષ પુરાવો આપે છે અને આ પ્રક્રિયામાં સૌથી વધારે અસરકારક પ્રકાશની તરંગલંબાઈનો નિર્દેશ કરે છે.

માયોગ્લોબિન : તે સસ્તનોના સ્નાયુકોષોમાં મળી આવતું રંજક પ્રોટીન છે અને માનવના હૃદ્-સ્નાયુમાં પૂરતા પ્રમાણમાં હોય છે; છતાં દરિયામાં ખૂબ ઊંડે સુધી ડૂબકી મારતાં વહેલ, સીલ અને પોર્પોઇઝ જેવાં પ્રાણીઓના કંકાલસ્નાયુઓમાં પણ તે પુષ્કળ પ્રમાણમાં હોય છે. જૉહન સી. કેન્ડ્રૂ(1961)એ ક્ષ-કિરણ સ્ફટિક રચનાત્મક (crystallographic) અભ્યાસ દ્વારા વિસ્તૃત માહિતી આપી. તે 16,7૦૦ ડાલ્ટન અણુભાર ધરાવતું એક નાનું ગોળાકાર પ્રોટીન છે. તે 152 ઍમિનોઍસિડની બનેલી એક પૉલિપેપ્ટાઇડની શૃંખલા છે; જે હીમોગ્લોબિનની β-પૉલિપેપ્ટાઇડ સાથે સામ્ય દર્શાવે છે. તેના NH₂– છેડે એલ-વૅલાઇન હોય છે. આ પ્રોટીન સાથે હીમ સંયોજાયેલું હોય છે. તે હીમોગ્લોબિનમાં આવેલા હીમ જેવું જ હોય છે અને પૉર્ફિરિન (પ્રોટોપૉર્ફિરિન-IX)નું માળખું ધરાવે છે. તેની ચાર પાયરોલની મુદ્રિકાઓ મિથેનના સેતુઓ વડે જોડાયેલી હોય છે. આ પાયરોલ મુદ્રિકા સાથે આઠ પાર્શ્વશૃંખલાઓ સંયોજાયેલી હોય છે. તેની મધ્યમાં રહેલો લોહ(Fe²⁺)નો પરમાણુ પાયરોલ મુદ્રિકાઓના ચાર પરમાણુઓ સાથે જોડાય છે. આ Fe²⁺ પ્રોટીન શૃંખલામાં આવેલા હિસ્ટિડીનના ઇમિડેઝોલ નાઇટ્રોજન સાથે પણ જોડાયેલું હોય છે.

માયોગ્લોબિનની શૃંખલાનું તૃતીયક (tertiary) માળખું વિષમ અને અનિયમિત પાશ ધરાવે છે. તેનો અણુ 8 લગભગ સીધા દક્ષિણાવર્તી (right handed) આલ્ફા-કુંતલોના ખંડો સાથે એકાંતરે ગોઠવાયેલા અકુંતલમય વલનો(bends)નો બનેલો હોય છે. આ વલનોના અમળાવાને કારણે માયોગ્લોબિનના અણુની લાક્ષણિક ત્રિપારિમાણિક પાશમય રચના બને છે. સૌથી લાંબો આલ્ફા-કુંતલ 23 ઍમિનોઍસિડ અને સૌથી ટૂંકો 7 ઍમિનોઍસિડનો બનેલો હોય છે. વલનના પ્રદેશો હાઇડ્રોજન અને અધ્રુવીય બંધન (nonpolar linkage) જેવા વિવિધ પ્રકારના બંધ ધરાવે છે. ચપટો હીમ-સમૂહ પૉલિપેપ્ટાઇડની શૃંખલા સાથે અસહસંયોજીપણે (noncovalently) બંધન પામે છે. તે અણુની તિરાડમાં ગોઠવાયેલો હોય છે. વહેલના માયોગ્લોબિનમાં ડાઇસલ્ફાઇડ (-S-S-) સેતુ હોતો નથી; કારણ કે સિસ્ટેઇન અને સિસ્ટીન બંને ઍમિનો ઍસિડ ગેરહાજર હોય છે. આ અણુ એટલો સઘન હોય છે કે તેની અંદરની બાજુએ ખૂબ ઓછો અવકાશ રહે છે અને તેથી તેમાં પાણીના માત્ર ચાર જ અણુઓ સમાઈ શકે છે. તેના બે સિવાયના બધા જ ધ્રુવીય R-સમૂહો તેની બહારની સપાટીએ આવેલા હોય છે અને તેઓ જલયોજિત (hydrated) હોય છે. મોટા ભાગના જલપ્રતિરાગી R-સમૂહો અણુમાં અંદરની તરફ આવેલા હોય છે.

ઑક્સિમાયોગ્લોબિન સ્વરૂપે થતા ઑક્સિજનના સંગ્રહને કારણે પ્રાણીઓ પાણીમાં ડૂબેલી સ્થિતિમાં લાંબો સમય સુધી રહી શકે છે. માયોગ્લોબિન ઑક્સિજન સાથે પ્રક્રિયા કરી ઑક્સિમાયોગ્લોબિન (MbO₂) બનાવે છે. જ્યારે કોષમાં ઑક્સિજનનો

Mb + O₂ → MbO₂

પુરવઠો ઘટી જાય છે ત્યારે કોષીય ચયાપચય માટે તે ઑક્સિજન મુક્ત કરે છે અને ડીઑક્સિમાયોગ્લોબિન(Mb)માં ફેરવાય છે.

હીમોગ્લોબિન : ઑક્સિજન સાથે બંધન પામતું રુધિરપ્રોટીન છે અને પ્રોટીનના અસમરૂપ ઉપએકમોની આંતરપ્રક્રિયાને પરિણામે ઉદ્ભવે છે. તે માયોગ્લોબિન કરતાં ચારગણો મોટો અણુ છે. મૅક્સ પેરુટ્ઝ અને તેમના સહકાર્યકરો(1963)એ એક્સ-કિરણ વિશ્લેષણ દ્વારા તેનું બંધારણ શોધી કાઢ્યું. તે 5.5 નેમી. વ્યાસ ધરાવતો લગભગ ગોળાકાર અણુ છે.

માનવ હીમોગ્લોબિન પૉલિપેપ્ટાઇડની ચાર શૃંખલાઓ (બે આલ્ફા-શૃંખલાઓ અને બે બીટા-શૃંખલાઓ)નું બનેલું પ્રોટીન (અણુભાર 65,૦૦૦) છે. તેને ગ્લોબિન કહે છે. આલ્ફા-શૃંખલામાં NH₂ છેડે વૅલાઇન અને COOH છેડે આર્જિનીન હોય છે; જ્યારે બીટા-શૃંખલામાં NH₂ છેડે વૅલાઇન અને COOH છેડે હિસ્ટિડીન હોય છે. આલ્ફા-શૃંખલા 141 અને બીટા-શૃંખલા 146 ઍમિનોઍસિડની બનેલી હોય છે.

પ્રત્યેક શૃંખલાની સપાટીએ આવેલી તિરાડમાં પ્રૉસ્થેટિક સમૂહ તરીકે હીમ આવેલું હોય છે. હીમ-સમૂહો એકબીજાથી 2.5 નેમી. દૂર આવેલા હોય છે અને જુદા જુદા ખૂણે વંકાયેલા હોય છે. પ્રત્યેક હીમ-સમૂહ જલપ્રતિરાગી R-સમૂહોની હરોળ ધરાવતા કોટરમાં અંશત: ખૂંપેલો હોય છે. તે તેની પૉલિપેપ્ટાઇડની શૃંખલા સાથે લોહ-પરમાણુના ઉપસહસંયોજક બંધ (coordination bond) વડે R-સમૂહના હિસ્ટિડીન સાથે બંધાય છે. પ્રત્યેક હીમના લોહના પરમાણુનો છઠ્ઠો ઉપસહસંયોજક બંધ ઑક્સિજનના અણુ સાથે જોડાય છે.

સાયટોક્રોમ : તે વીજાણુઓનું વહન કરતાં હીમોગ્લોબિન જેવાં લાલ કે બદામી રંગનાં પ્રોટીન છે. તેના પ્રૉસ્થેટિક સમૂહ તરીકે હીમ આવેલું હોય છે અને નિશ્ચિત ક્રમમાં રહી યુબિક્વિનોનમાંથી આણ્વીય ઑક્સિજન સુધી વીજાણુ-પરિવહન કરે છે. વિવિધ સંયોજનો વચ્ચે વીજાણુ-પરિવહન કરવા માટે તેના લોહના પરમાણુઓ અપચયિત (reduced) અને ઉપચયિત (oxidized) થાય છે અને અનુક્રમે ફેરસ (Fe²⁺) અવસ્થા અને ફેરિક (Fe³⁺) અવસ્થામાં એકાંતરે રૂપાંતર પામે છે. હીમ-સમૂહ Fe-S પ્રોટીનની જેમ એક-વીજાણુવાહક છે; જ્યારે NADH (અપચયિત નિકોટિનઍમાઇડ એડિનાઇન ડાઇન્યૂક્લિઓટાઇડ), ફ્લેવિન અને યુબિક્વિનોન દ્વિ-વીજાણુવાહકો છે.

વીજાણુપરિવહનતંત્રમાં યુબીક્વિનોલ (UQH₂) અને ઑક્સિજન વચ્ચે પાંચ પ્રકારનાં સાયટોક્રોમ આવેલાં હોય છે. તેમના પ્રકાશ-શોષણ-પટના તફાવતને આધારે સાયટોક્રોમ A, સાયટોક્રોમ A₃, સાયટોક્રોમ B, સાયટોક્રોમ C, અને સાયટોક્રોમ C₁ એમ પાંચ પ્રકારો આપવામાં આવ્યા છે. સાયટોક્રોમBના પણ ચાર પ્રકારો શોધાયા છે. તે તેનું દેહધાર્મિક કાર્ય નીચેના ક્રમમાં કરે છે :

B → C₁ → C → A → A₃

વિવિધ પ્રકારનાં સાયટોક્રોમ હીમની પ્રકૃતિ અને પ્રોટીન સાથે જોડાણની દૃષ્ટિએ એકબીજાથી જુદાં પડે છે સાયટોક્રોમ B, C અને C₁ના પ્રૉસ્થેટિક સમૂહ તરીકે લોહ-પ્રોટોપૉર્ફિરિન IX (હીમ) આવેલું હોય છે. સાયટોક્રોમ Bમાં હીમ પ્રોટીન સાથે સહસંયોજકપણે બંધન પામેલું હોતું નથી. જ્યારે સાયટોક્રોમ C અને C₁માં થાયોઈથર બંધ દ્વારા પ્રોટીન સાથે સહસંયોજકપણે જોડાયેલું હોય છે. સાયટોક્રોમ Bમાં આવેલા હીમના પ્રકારને હીમ-B અને સાયટોક્રોમ C અને C₁માં આવેલા હીમને હીમ-C કહે છે.

સાયટોક્રોમ A અને A₃ હીમ-A નામનો જુદા પ્રકારનો લોહ-પૉર્ફિરિન પ્રૉસ્થેટિક સમૂહ ધરાવે છે. મિથાઇલ સમૂહો પૈકી એકના ફૉર્માઇલ સમૂહમાં અને વિનાઇલ સમૂહો પૈકી એકના જલપ્રતિરાગી પૉલિપ્રિનાઇલ શૃંખલામાં થતા વિસ્થાપનની બાબતમાં હીમ-A હીમ-C સાથે તફાવત દર્શાવે છે સાયટોક્રોમ A અને A₃ શ્વસનશૃંખલાના અંતિમ વીજાણુવાહકો છે. તેઓ એક સંકુલ તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે, જેને કેટલીક વાર સાયટોક્રોમ ઑક્સિડેઝ કહે છે. તેમાં બે કૉપર-આયનો આવેલાં હોય છે, જે Cu⁺ અને Cu⁺⁺ સ્વરૂપો વચ્ચે ઉપચયન અને અપચયન પામે છે અને સાયટોક્રોમ A અને A₃ના લોહઘટકો વચ્ચે થતા વીજાણુ-પરિવહન સાથે સંકળાયેલા હોય છે.

બળદેવભાઈ પટેલ