વનસ્પતિજ વર્ણકો (plant pigments) : જીવંત છોડવાં દ્વારા ઉત્પન્ન કરાતા કુદરતી કાર્બનિક રંગકારકો (colourants). આમાંના કેટલાક પ્રાણીઓમાં પણ મળી આવે છે. કેટલાંક કેરૉટિનોઇડ સંયોજનો (પર્ણપાતિકાભો, carotenoids) વનસ્પતિજ તથા પ્રાણીજ – એમ બંને સ્રોત દ્વારા મળે છે. વનસ્પતિમાં કેરૉટિનોઇડો એસ્ટર કે પ્રોટીન-સંકીર્ણો રૂપે કલિલીય અવસ્થામાં મળે છે. જ્યારે પ્રાણીઓમાં તે ચરબીમાં દ્રાવ્ય સ્વરૂપે અથવા પ્રોટીન સાથે જોડાયેલ અદ્રાવ્ય સંકીર્ણ રૂપે મળે છે.
વર્ગીકરણ : વર્ણકોના સ્રોત અનુસાર તેમને બે મુખ્ય ભાગમાં વહેંચી શકાય : I. લવક (plastid) વર્ણકો : આ વર્ણકો કોશિકાદ્રવ્ય-(cytoplasm)માં રહેલાં વિશિષ્ટ જીવદ્રવ્ય(protoplasm)માંના લવકમાં મળે છે. લવકો ત્રણ પ્રકારના હોય છે : (અ) રંગવિહીન લવકો જેઓને લ્યૂકોપ્લાસ્ટ (leucoplast) કહે છે; (બ) લીલા લવકો જેમને હરિતલવક (chloroplast) કહે છે તથા તેમાં ક્લોરોફિલ રહેલું હોય છે; (ક) વર્ણ-લવકો જેમાં લીલા સિવાયના અન્ય રંગવાળાં દ્રવ્યો હોય છે; દા.ત., પીળા કે નારંગી રંગનાં કેરૉટિનોઇડ.
- રસ/સત્વ-વર્ણકો (sap pigments) : કોષમાંના રસમાં મળતાં રંગીન દ્રવ્યોને રસ યા સત્વ-વર્ણકો કહે છે; દા.ત., ઍન્થોસાયનિન્સ (રાતાં અથવા વાદળી) તથા ઍન્થોઝેન્થિન્સ (anthoxanthins) (પીળાશ પડતાં). અન્ય રીતમાં વર્ણકોમાંના બંધારણીય એકમોની હાજરી અનુસાર વર્ગીકરણ કરવામાં આવે છે :
(અ) પૉલિઇન (polyenes) વર્ણકો જેમાં અનેક સંયુગ્મી એકાંતરિક (conjugated) દ્વિબંધ ધરાવતાં હાઇડ્રોકાર્બનો તથા તેઓનાં ઑક્સિજનયુક્ત વ્યુત્પન્નો હોય છે; દા.ત., કેરૉટિનોઇડો.
(બ) પાયરાન (pyran) કે પાયરીલિયમ (pyrylium) વર્ણકો જેમાં બંધારણીય એકમ બેન્ઝપાયરાન (benzpyran) હોય છે; દા.ત., ઍન્થોસાયનિનો.
(ક) પાયરોન (pyrone) વર્ણકો જેમાં મૂળભૂત બંધારણીય એકમ g-પાયરોન, બેન્ઝો-g-પાયરોન તરીકે હાજર હોય છે. ઉદા., ફ્લેવૉન્સ (flavones) (ઍન્થોઝેન્થિનો) તથા ફ્લેવોનૉલ (flavonols).
(ડ) પાયરોલ (pyrrole) વર્ણકો, જેમાં બંધારણીય એકમ પાયરોલ હોય છે; ઉદા., હેમિન તથા ક્લોરોફિલ.
કેરૉટિનોઇડો : કુદરતમાં ખૂબ ફેલાયેલા પીળા, નારંગી, રાતા તથા જાંબલી રંગના વર્ણકોનો વર્ગ, જે શાકભાજી, ફળો, જીવડાં, માછલીઓ તથા પક્ષીઓમાં જોવા મળે છે. આ વર્ણકોમાંનાં મોટાભાગનાં કેરૉટિનોઇડો હોય છે. અન્ય પ્રોટીન-મુક્ત કેરૉટિનોઇડ ચરબી/તેલમાં દ્રાવ્ય હોય છે.
વનસ્પતિમાં કેરૉટિનોઇડો કેરૉટિન(carotene)ના પ્રોટીન સાથેના સંકીર્ણ સ્વરૂપે ક્લૉરોપ્લાસ્ટમાં રહેલા હોય છે. આ કેરૉટિન-પ્રોટીન સંકીર્ણો વાદળી, લીલા, જાંબલી, લાલ કે અન્ય રંગનાં હોય છે. કેરૉટિનોઇડ વર્ણકો દ્વારા દર્શાવાતા રંગો તેઓમાંના સંયુગ્મી દ્વિબંધની ગૂંથણી (network) દ્વારા દૃશ્ય તરંગલંબાઈવાળા પ્રકાશના ક્વૉન્ટાના અવશોષણને કારણે હોય છે. કેરૉટિનોઇડના અણુ દ્વારા પ્રકાશના ક્વૉન્ટાના અવશોષણ થતાં તેમાં રહેલ દ્વિબંધ પ્રણાલીમાંનો એક p-ઇલેક્ટ્રૉન તેના ઉચ્ચ શક્તિ-કક્ષકમાં બઢતી પામે છે. એક અનુમાન મુજબ કુદરતમાં પ્રતિવર્ષ કેરૉટિનોઇડોનું ઉત્પાદન દસ અબજ મેટ્રિક ટન (108) જેટલું થતું હોય છે.
બંધારણ : સામાન્ય બંધારણ એલિફૅટિક તથા એલિફૅટિક એલિસાઇક્લિક પૉલિઇનોનું હોય છે. કોઈ વાર ઍરોમૅટિક પ્રકારના પૉલિઇનો પણ જોવા મળે છે. કેટલાક કેરૉટિનોઇડોનાં બંધારણો નીચે દર્શાવ્યાં છે :
મોટાભાગના કેરૉટિનોઇડ વર્ણકો ટેટ્રાટર્પિનો હોય છે, જેમાં 40-કાર્બનનું માળખું હોય છે. આઠ આઇસોપ્રિન એકમોના સંયુગ્મન દ્વારા આ માળખું બને છે. કુદરતમાં C30, C45 તથા C50 કેરૉટિનોઇડો પણ જાણીતા છે. કેરૉટિનોમાં α−, β−, γ− અને δ − કેરૉટિનો C40 પ્રકારના કેરૉટિનોઇડ છે; જેમાં 11 કે તેનાથી ઓછા સંયુગ્મી દ્વિબંધ હોય છે.
હાઇડ્રૉક્સિલ, ઇપૉક્સિ, ઇથર, આલ્ડિહાઇડ, કીટૉન કે ઍસિડ-સમૂહ ધરાવતા ઑક્સિજનયુક્ત કેરૉટિનોઇડોને સામાન્ય રીતે ઝેન્થોફિલ્સ (xanthophylls) કહે છે. કેરૉટિનોઇડો ભૌમિતિક સમઘટકો વિપક્ષ (trans) અથવા સમપક્ષ (cis) સ્વરૂપોમાં હોઈ શકે, જેમાં વિપક્ષ સમઘટક વધુ સ્થાયી હોય છે.
અત્યાર સુધીમાં જાણીતા બંધારણવાળા લગભગ 300 કેરૉટિનોઇડો મળ્યા છે અને આ સંખ્યા વધતી જાય છે. કેરૉટિનોઇડોના મિશ્રણમાંથી ઘટકો અલગ કરવા માટે વર્ણલેખન-પદ્ધતિ વપરાય છે.
કેરૉટિનોઇડોનું કાર્બન-માળખું મૂળ એસેટિક ઍસિડથી શરૂ થઈ જૈવસંશ્લેષણિક પથ (route) દ્વારા છેવટનું સ્વરૂપ પામે છે. આ પથ નીચે દર્શાવ્યો છે :
કાર્ય (function) : લીલી વનસ્પતિ તથા આલ્ગી(શેવાળ)માં કેરૉટિનોઇડો પ્રકાશ-સંશ્લેષણ માટેનું માધ્યમ છે. આ ઉપરાંત ક્રિયાશીલ ક્લોરોફિલ માટે કેરૉટિનોઇડો ઇલેક્ટ્રૉન-દાતા તરીકે વર્તે છે; જેના દ્વારા કેરૉટિનોઇડનો ધનાયનમૂલક બને છે. આ ધનાયનમૂલક પ્રકાશ-સંશ્લેષણ માટે આવશ્યક ઑક્સિજન-ઉદભાવક(evolving)-પ્રક્રિયામાં મધ્યવર્તી તરીકે ભાગ ભજવે છે. આ ઉપરાંત જૈવિક પ્રણાલીઓને પ્રકાશગતિક (photodynamic) નુકસાનથી બચાવવામાં કેરૉટિનોઇડ ભાગ ભજવે છે. આમ કેરૉટિનોઇડ ધરાવતા ન હોય તેવા છોડ પ્રકાશ દ્વારા નુકસાન પામે છે.
ઉપયોગ : કેટલાક કેરૉટિનોઇડોનું પોષણક્ષમ મૂલ્ય હોય છે. β-કેરૉટિન મુખ્યત્વે વિટામિન Aના પૂર્વગામી (precursor) તરીકે ખૂબ વપરાય છે. તેનું રેટિનોલ(વિટામિન A)માં ઉપાપચયી (metabolic) ઉપચયન થાય છે. કેરૉટિનોઇડો તથા વિટામિન A ચામડી માટે પ્રતિ-અર્બુદ (anti-tumor) ઔષધ તરીકે અસરકારક છે.
કેરૉટિનોઇડોનો સૌથી વધુ વ્યાપારી ઉપયોગ ખાદ્ય પદાર્થોને રંગીન બનાવવા માટેનો છે; દા.ત., માર્જરીન (margarine) તથા મરઘાંના ચણ (poultry feed stuff).
ઍન્થોસાયનિનો (anthocynins) : ફૂલો, ફળો, થડિયાં, પ્રકાંડ (stems), પાંદડાં તથા મૂળ(બીટ રૂટ)ના વિવિધ રંગો માટે કારણભૂત ગ્લાયકોસિડિક વર્ણકોનો સમૂહ ઍન્થોસાયનિનોના નામે ઓળખાય છે. જળદ્રાવ્ય હોવાને કારણે તેઓ આ વનસ્પતિમાં કોષ-રસ રૂપે હોય છે. તેઓ ઉભયગુણધર્મી હોય છે. તેઓના અમ્લીય ક્ષારો લાલ રંગના, આલ્કલી ક્ષારો વાદળી રંગના તથા તટસ્થ ક્ષારો જાંબુડિયા રંગના હોય છે. ફૂલોના રંગોની છાયા (shades) વિવિધ માધ્યમો(ઍસિડ, આલ્કલીય કે તટસ્થ)માં ઍન્થોસાયનિનોની હાજરીને આભારી છે. રાસાયણિક રીતે તેઓ ફ્લેવેનૉઇડ વર્ગનાં સંયોજનો છે તથા બંધારણીય તેમજ જૈવસંશ્લેષણની રીતે ફ્લેવેનોલ સાથે ગાઢ રીતે સંબંધિત છે. બધાં જ ઍન્થોસાયનિનોમાં ફલેવિલિયમ ક્લોરાઇડ એટલે કે 2-ફિનાઇલ બેન્ઝોપાઇરિલિયમ ક્લોરાઇડ મૂળ સંયોજન તરીકે હોય છે. બધાં જ ઍન્થોસાયનિનો તથા ઍન્થોસાઇનિડિનો 3 : 5 : 7 ટ્રાઇહાઇડ્રૉક્સિ – ફલેવિલિયમ ક્લોરાઇડનાં વ્યુત્પન્નો છે. ઍન્થોસાયનિનો તથા ઍન્થોસાયનિડિનોના વિવિધ વર્ણકો એકબીજાથી સંખ્યા, પ્રકૃતિ (સ્વભાવ) તથા અન્ય હાઇડ્રૉક્સિ સમૂહનાં સ્થાન, મિથૉક્સિ સમૂહનાં સ્થાન તથા શર્કરાના અવશિષ્ટ ભાગ દ્વારા અલગ પડે છે.
ઍન્થોસાયનિનો(ગ્લાયકોસાઇડ)માંથી શર્કરા ભાગ દૂર કરીએ તો શેષ બંધારણને ઍન્થોસાયનિડિનો કહે છે. વર્ણકને 10 % HCl સાથે ગરમ કરતાં ઍન્થોસાયનિડિન મળે છે; દા.ત., સાયનિન નામના ઍન્થોસાયનિનને 10 % HCl સાથે ગરમ કરવાથી સાયનિડિન નામનું ઍન્થોસાયનિડિન તથા બે મોલ ગ્લુકોઝ મળે છે.
| ઍન્થોસાયનિનો | ઍન્થોસાયનિડિનો |
| સાયનિન ક્લોરાઇડ | સાયનિડિન ક્લોરાઇડ |
| [3, 3´, 4´, 5, 7 – પેન્ટાહાઇડ્રૉક્સિ | |
| ફલેવિલિયમ ક્લોરાઇડ] | |
| પેલાર્ગોનીન ક્લોરાઇડ | પેલાર્ગોનિડિન ક્લોરાઇડ [3, 4´, 5, 7 – |
| ટેટ્રાહાઇડ્રૉક્સિ ફ્લેવિલિયમ ક્લોરાઇડ] | |
| ડેલ્ફીડિન ક્લોરાઇડ | ડેલ્ફીનિડિન ક્લોરાઇડ [3, 3´, 4´, 5´, |
| 5, 7 – હેક્ઝાહાઇડ્રૉક્સિ ફ્લેવિલિયમ | |
| ક્લોરાઇડ] | |
| પિયોનિન ક્લોરાઇડ | પિયોનિડિન ક્લોરાઇડ [3, 4´, 5, 5, 7 |
| ટેટ્રાહાઇડ્રૉક્સિ – 3´ – મિથૉક્સિ | |
| ફ્લે. ક્લોરાઇડ] | |
| માલ્વીન ક્લોરાઇડ | માલ્વીડિન ક્લોરાઇડ (સિરિંજિડિન) [3, |
| 4´, 5, 7 – ટેટ્રાહાઇડ્રૉક્સિ – 3´, 5´ | |
| ડાઇમિથૉક્સિ ફ્લે. ક્લોરાઇડ] |
ઍન્થોસાયનિનોમાં સામાન્ય રીતે ગ્લુકોઝ, ગેલૅક્ટોઝ કે રહેમ્નોઝ શર્કરા હોય છે. આ રીતે સૂકવેલા છોડવાનું આલ્કોહૉલયુક્ત હાઇડ્રોક્લૉરિક ઍસિડ સાથે નિષ્કર્ષણ કરવાથી દ્રાવ્ય સ્થિતિમાં ઍન્થોસાયનિનો મળે છે. તેમને ઈથર દ્વારા અવક્ષેપન કરી મેળવાય છે. શુદ્ધીકરણ માટે આલ્કોહૉલયુક્ત HCl સાથે સ્ફટિકીકરણ કરવામાં આવે છે. તેઓમાંના વિવિધ ઘટકો અલગ કરવા માટે વર્ણલેખન તથા પત્રવિદ્યુત-કણ સંચલન(paper electropho-resis)પદ્ધતિ વપરાય છે.
કાર્ય : મુખ્યત્વે ફૂલોના વર્ણક ઉપરાંત તેની સુગંધ તથા તેમાંના પીયૂષ(nectar)ને લીધે તેઓ જીવડાંઓને આકર્ષિત કરીને છોડનું પ્રજનન વધારવામાં માધ્યમ બને છે; ઉદા., મધમાખીને વાદળી રંગનું વિશેષ આકર્ષણ હોય છે. પાંદડાંમાંના ઍન્થોસાયનિનની વર્ણકતા(pigmen-tation)નું કાર્ય સ્પષ્ટ નથી. ઍન્થોસાયનિનો ખૂબ ઘેરા રંગના વર્ણકો હોવા છતાં તેઓ રંગાટીકામ માટે મોટેભાગે વપરાતા નથી. તેઓનો મુખ્ય ઉપયોગ ખાદ્ય પદાર્થોને રંગ આપવા તથા કેટલાંક પીણાંઓ(દા.ત., રેડ વાઇન – રાતો મદ્યાર્ક)ને રંગીન બનાવવા થાય છે. ઍન્થોસાયનિનનાં બંધારણ તથા ફૂલના રંગ વચ્ચેનો સંબંધ નીચે દર્શાવ્યો છે :
ફ્લેવોનોઇડો : 2-ફિનાઇલ બેન્ઝોપાયરાન બંધારણીય માળખું ધરાવતા ઍરોમૅટિક વિષમચક્રીય ફ્લેવોન-સંયોજનો. આ સંયોજનોના ત્રણ મુખ્ય વિભાગો ઍન્થોસાયનિનો, ફ્લેવોનો અને ફ્લેવોન-3 ઓલ્સ (ફ્લેવોનોલ) છે. ચાલ્કોન્સ તથા ઑરોન્સ (aurones) (ફૂલના પીળા વર્ણકો). આઇસોફ્લેવોન, ફ્લેવેનોન, પ્રોઍન્થોસાયનિડિન વગેરે સંયોજનો પણ આ વર્ગમાં આવે.
ફ્લેવોનોઇડોને વનસ્પતિમાં કોઈ એક ચોક્કસ કાર્ય નથી હોતું. કેટલાંક ખૂબ રંગીન હોવાથી જીવડાંને (જંતુઓને) તથા પ્રાણીઓને આકર્ષે છે. જેથી પરાગનયન બીજ પરિક્ષેપણ (dispersal) થઈ શકે. કેટલાંક જો પાંદડાંઓમાં હોય તો તેમના કડવા સ્વાદ દ્વારા જીવડાં કે પશુઓથી બચાવવાનું કાર્ય કરે છે.
કેટલાંક ફ્લેવોનોઇડોના આંતરસંબંધો નીચે દર્શાવ્યા છે :
ખાદ્યઉદ્યોગ(food industry)ની દૃષ્ટિએ ફ્લેવોનોન એ ફ્લેવોનોઇડ સંયોજનોના અગત્યના વર્ગો નથી પણ તે સાથે સંબંધિત કેટેચિન (catechins) અને તેમનાં સ્વલ્પલકી (oligomeric) વ્યુત્પન્નો પ્રાક્ઍન્થોસાયનિડિન (proanthocyanidins) છે. આ સંયોજનો કોકા (cocoa), ચા (tea), બિયર તેમજ સફરજનના આસવ અને ઘણાં ફળો તથા શાકભાજીમાં બૃહત્પણે વિતરિત થયેલાં હોય છે. કેટલાક ખાદ્યોના અરુચિકર (insipid) ગળપણના પ્રતિસંતુલન (counter balance) માટે જરૂરી એવી તૂરાશ (astrigency) માટે તેઓ જવાબદાર હોય છે. ઍન્થોસાયનિડિન પ્રોટીનના ચર્મશોધન(tanning)નો ગુણ પણ ધરાવે છે.
ક્લોરોફિલ (chlorophyll) : આ કાર્બનિક સંયોજન ચક્રીય ટેટ્રાપાયરોલ કુટુંબનું છે; જેમાં પાંચ સભ્યોવાળા ચાર પાયરોલ-વલયો જોડાઈને એક બૃહદ્અણુ (અથવા દીર્ઘચક્ર, macrocycle) બનાવે છે. આ દીર્ઘચક્રી (large ring) સંયોજનો પોર્ફાઇરિનો, ડાઇહાઇડ્રો – તથા ટેટ્રાહાઇડ્રો પોર્ફાઇરિનો તેમજ તેમનાં વ્યુત્પન્નોં લોહ (Fe) અથવા મૅગ્નેશિયમ સાથેના ધાતુ-કીલેટો(chelates)નાં બનેલાં હોય છે.
ક્લોરોફિલ a, b, c, d તથા e – એમ પાંચ પ્રકારનાં હોય છે, જેમાં મુખ્ય ક્લોરોફિલ a છે, જેને (chl a) સંજ્ઞા આપેલી છે. બધાં જ ઑક્સિજન-જનિત સંયોજનોમાં તે હોય છે. પ્રકાશસંશ્લેષી (photosynthetic) જીવાણુઓ કે જે ઑક્સિજન ઉત્પન્ન કરતાં ન હોય તેઓમાં બૅક્ટિરિયોક્લોરોફિલ (Bchl) હોય છે. ઉચ્ચ વનસ્પતિ તથા લીલી શેવાળમાં (chl b) તથા (chl a) 1 : 3ના પ્રમાણમાં હોય છે. ભૂખરી શેવાળ તથા ડાયેટમ(diatom)માં ક્લોરોફિલ C હોય છે. ક્લોરોફિલ d દરિયાઈ રાતી શેવાળમાં હોય છે.
ક્લોરોફિલ અણુનાં ત્રણ કાર્યો હોય છે : (i) તેઓ પ્રકાશના ક્વૉન્ટા શોષવા માટેના ઍન્ટેના (શૃંગિકા) તરીકેનું કાર્ય બજાવે છે. (ii) તેઓ આ શોષેલી શક્તિ એક ક્લોરોફિલથી બીજા ક્લોરોફિલ અણુ તરફ (1.5 – 2 નેમી. અંતર સુધી) સંચારિત કરે છે. જેથી કરીને અંતે વિશિષ્ટ ક્લોરોફિલ (P700 અથવા P680)માં આ શક્તિ પહોંચી જાય છે. (iii) આ ક્લોરોફિલ અણુ ઉત્સેચકના ગાઢ સહકાર દ્વારા રાસાયણિક ઉપચયન પામે છે; એટલે કે ઉચ્ચ વિભવવાળો ઇલેક્ટ્રૉન અણુમાંથી બહાર ફેંકાય છે; આ ઇલેક્ટ્રૉન રાસાયણિક કાર્ય (અન્ય અણુના અપચયન) માટે વપરાય છે. આ રીતે પ્રકાશના ક્વૉન્ટાની ઊર્જાનું રાસાયણિક ઊર્જામાં રૂપાંતર થાય છે.
જૈવ સંશ્લેષણ : પ્રોટોપ્લાઝમના બે મુખ્ય વર્ણકો લીલા રંગનું ક્લોરોફિલ તથા રાતા રંગનું હેમ (heme) – δ-એમીનો લેવ્યુલીનિક ઍસિડ(ALA)માંથી પ્રોટોપોર્ફાઇરિનો દ્વારા સંશ્લેષણ પામે છે. ALA શ્રેણીબદ્ધ ઉત્સેચકીય સોપાનો દ્વારા પ્રોટોપોર્ફાઇરિનોમાં બદલાય છે. અહીંથી બંનેના રસ્તા ફંટાય છે. પોર્ફાઇરિનોનું લોહ (Fe) સાથે કીલેશન થતાં હેમ તથા સંબંધિત સાઇટોક્રોમ-વર્ણકો બને છે. આ જ રીતે મૅગ્નેશિયમ સાથે કીલેશન દ્વારા શ્રેણીબદ્ધ રીતે પોર્ફાઇરિનો જોડાતાં ક્લોરોફિલનાં પૂર્વવર્તીઓ (precursors) બને છે.
કુદરતમાં ખૂબ બહોળા પ્રમાણમાં ફેલાયેલાં ક્લોરોફિલ a તથા b (Chl a; Chl b) ઇથાઇલ ઈથરના મંદ દ્રાવણમાં અનુક્રમે 0.33 તથા 0.16 ક્વૉન્ટમ-દક્ષતા સાથે પ્રતિદીપ્તિ દર્શાવે છે. જે દ્રાવકો ક્લોરોફિલના મધ્યવર્તી મૅગ્નેશિયમ પરમાણુ સાથે ઇલેક્ટ્રૉન યુગ્મનું દાન કરી શકે તેવાં દ્રાવકોમાં ક્લોરોફિલ પ્રતિદીપ્તિ દર્શાવે છે. જે દ્રાવકોમાં આવી ક્ષમતા ન હોય તેમાં ક્લોરોફિલ દ્વિલક કે બહુલક તરીકે હોય છે તથા ઓરડાના તાપમાને પ્રતિદીપ્તિ દર્શાવતું નથી.
જ. પો. ત્રિવેદી