અકાર્બનિક જીવરસાયણ

 (Inorganic Biochemistry or Bioinorganic Chemistry)

અકાર્બનિક રસાયણના સિદ્ધાંતોનો જીવરસાયણના પ્રશ્નો પરત્વે વિનિયોગ એ આ શાખાનો મુખ્ય ઉદ્દેશ. જીવરસાયણ એટલે સજીવ સૃષ્ટિનું કાર્બનિક રસાયણ એવી માન્યતા દૃઢ હતી. આથી અકાર્બનિક જીવરસાયણ, રસાયણશાસ્ત્રનું અત્યાધુનિક વિસ્તરણ ગણી શકાય.

હાડકાંમાં કૅલ્શિયમ, રક્તમાં હીમોગ્લોબિન રૂપે લોહ, ક્લોરોફિલમાં મૅગ્નેશિયમ વગેરે જાણીતાં છે. સોડિયમ, પોટૅશિયમ, કૅલ્શિયમ (હાડકાં સિવાય) અને મૅગ્નેશિયમ માનવશરીરમાં લગભગ 1% જેટલા પ્રમાણમાં હોય છે. જ્યારે મૅંગેનીઝ, લોહ, તાંબું, કોબાલ્ટ, જસત, મોલિબ્ડેનમ, વેનેડિયમ અને ક્રોમિયમ માત્ર 0.01% જેટલાં જ હોય છે. આ ઉપરાંત નાઇટ્રોજન, ગંધક, ફૉસ્ફરસ, ક્લોરિન, આયોડિન વગેરે અધાતુઓ પણ જીવંત પ્રણાલી(living system)માં અગત્યનું કાર્ય કરે છે. જૈવિક કાર્બનિક અણુઓમાં સવર્ગ-સંયોજક (co-ordination) સ્થાનો હોય છે, જેથી જીવંત પ્રણાલીમાં રહેલ ધાતુઓ કોઈક ક્ષણે આવા અણુઓ સાથે સંકીર્ણો રચે છે. આ ધાતુ-સંકીર્ણો મારફત જીવરસાયણમાં જીવન માટે અગત્યની પ્રક્રિયાઓનું નિયમન થાય છે.

જીવવિજ્ઞાનમાં ધાતુઓ જે ભાગ ભજવે છે તેનું એક પ્રકારનું વર્ગીકરણ નીચે મુજબ કરી શકાય : I. શરીરમાં વધુ પ્રમાણમાં મળતી ધાતુઓની પ્રક્રિયાઓ : જીવન માટે આલ્કલી ધાતુઓ અને આલ્કેલાઇન મૃદ્ ધાતુઓ (સોડિયમ, પોટૅશિયમ, કૅલ્શિયમ અને મૅગ્નેશિયમ) અનિવાર્ય છે. પોટૅશિયમ અને મૅગ્નેશિયમ કોષની અંદર હોય છે, જ્યારે સોડિયમ અને કૅલ્શિયમ કોષની બહારના તરલમાં હોય છે. પોટૅશિયમ ખાસ કરીને માંસ-પેશીઓમાં, મૂત્રિંપડમાં, ચરબીયુક્ત પેશીઓ(adepose tissues)માં તથા રક્તકોષ(erythrocyte)માં ઉપચયન(oxidation)ને ઉત્તેજન આપે છે તેમજ પ્રોટીનના અને એસેટાઇલકોલીનના સંશ્લેષણને મદદરૂપ થાય છે. સોડિયમ અને પોટૅશિયમ રસાકર્ષણ-દબાણ(osmotic pressure)ને જાળવવામાં મદદ કરે છે. કોષની અંદર પોટૅશિયમના સાંદ્રણ(concentration)ને નિયમિત કરવા માટે થતી રાસાયણિક પ્રક્રિયાને સોડિયમ પંપ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આ પંપ માટેની આવશ્યક શક્તિ એટીપી(ATP, adenosine triphosphate)ના જલવિભાજનથી પ્રાપ્ત થાય છે. માનવશરીરમાં મૅગ્નેશિયમ પ્રમાણના ક્રમે ચોથું છે, જેમાંથી અડધું હાડકાંમાં છે. શરીરમાં મૅગ્નેશિયમ આર.એન.એ. (RNA, ribonucleic acid) અને ડી.એન.એ.(DNA, deoxyribonucleic)ને સ્થાયી કરે છે. કાઇનેઝ અને કાર્બોક્સિલેઝ ઉત્સેચકો(enzymes)માં પણ મૅગ્નેશિયમ છે. કૅલ્શિયમ માંસપેશીના પ્રોટીનમાં હોય છે અને તેના સંકોચનમાં તે અગત્યનો ભાગ ભજવે છે. પૅન્ક્રિઆસના ડીએનેઝ તથા માઇક્રોબિયલ પ્રોટીનેઝ જેવા ઉત્સેચકોના અંગરૂપ કૅલ્શિયમ હોય છે. ચેતાતંતુમાં સંદેશવહન માટે તથા પ્રોથ્રોમ્બિનમાંથી થ્રોમ્બિનની રચનામાં પણ તે ઉપયોગી છે. કૅલ્શિયમના ક્ષારો ઈંડાંનાં કોચલાં, હાડકાં તથા દાંતના બંધારણ માટે જરૂરી છે. હાડકાંમાં મુખ્યત્વે કૅલ્શિયમ ફૉસ્ફેટ અને ઈંડાંનાં કોચલાંમાં કૅલ્શિયમ કાર્બોનેટ હોય છે.

II. ધાતુ-ઉત્સેચકો (metalloenzymes) : 70%થી વધુ ઉત્સેચકોમાં ધાતુઓ હોય છે. ધાતુનો આયન ઉત્સેચકને સક્રિય બનાવે છે. તેને સહકારક (cofactor) કહે છે. ઉત્સેચકના કાર્બનિક ભાગને એપોએન્ઝાઇમ કહે છે અને જે રસાયણ ઉપર ઉત્સેચક પ્રક્રિયા કરે છે તેને અવસ્તર (substrate) કહેવામાં આવે છે. તેના ઉપરથી ઉત્સેચકનું નામકરણ કરાય છે. ઉત્સેચકની પ્રક્રિયા દરમિયાન ધાતુ, એપોએન્ઝાઇમ અને સબસ્ટ્રેટ વચ્ચે સેતુ રચાય છે.

(I) બિનરેડોક્ષ ધાતુ-ઉત્સેચકો : અહીં એવી ધાતુઓ હોય છે, જે પોતાની ઉપચયન-સ્થિતિ બદલતી નથી. જેવી કે Mg²⁺, Ca²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺. કેટલાક અગત્યના ધાતુ-ઉત્સેચકો નીચે વર્ણવ્યા છે :

(1) પેપ્ટિડેઝ : જે ઉત્સેચકો પ્રોટીન અને પેપ્ટાઇડના જલવિભાજનમાં ઉદ્દીપક તરીકે કાર્ય કરે છે તેમને પેપ્ટિડેઝ કહેવામાં આવે છે. તેમના બે પ્રકાર છે : (ક) એન્ડોપેપ્ટિડેઝ કે જે છેડે (અંત્ય) ન હોય તેવા પેપ્ટાઇડના બંધનું જલવિભાજન કરે છે, જ્યારે (ખ) એક્ઝોપેપ્ટિડેઝ અંત્ય પેપ્ટાઇડ બંધોનું જલવિભાજન કરે છે. વળી એક્ઝોપેપ્ટિડેઝનો એક વર્ગ ઍમિનોપેપ્ટિડેઝ તરીકે ઓળખાય છે અને તે અંત્ય ઍમિનો અવશેષ (residue) સાથે પ્રક્રિયા કરે છે.

જ્યારે બીજો વર્ગ કાર્બોક્સિપેપ્ટિડેઝનો છે, જે અંત્ય કાર્બોક્સિલ અવશેષ સાથે પ્રક્રિયા કરે છે. આ બધા ઉત્સેચકો Zn(II)યુક્ત પ્રોટીન સંકીર્ણો છે.

(2) આલ્કેલાઇન ફૉસ્ફેટેઝ : પ્રાથમિક અને દ્વિતીયક આલ્કોહૉલ, ફીનોલ તથા એટીપીના એક-એસ્ટર(monoester)નું જલવિભાજન કરે તેવા આ ઉત્સેચકના એક અણુમાં જસતના ચાર પરમાણુઓ હોય છે અને તેના એપોએન્ઝાઇમનો અણુભાર 80,000 જેટલો હોય છે.

(3) આલ્કોહૉલ ડિહાઇડ્રોજિનેઝ : આ જસતયુક્ત પ્રોટીનવાળો ઉત્સેચક આલ્કોહૉલના વિહાઇડ્રોજનીકરણ વડે એસેટાલ્ડિહાઇડ બનાવે છે.

(4) કાર્બોનિક એનહાઇડ્રેઝ : કાર્બનડાયૉક્સાઇડનું જલીકરણ કરી કાર્બોનિક ઍસિડ આપનાર આ ઉત્સેચક પણ જસતયુક્ત પ્રોટીન છે. આ બધા જસત(II)યુક્ત પ્રોટીન ઉત્સેચકોમાં કોબાલ્ટ(II) મૂકવાથી ઉત્સેચકની સક્રિયતા જળવાઈ રહે છે.

(5) કાઇનેઝ: એટીપીમાંથી ફૉસ્ફેટને વિભિન્ન અવસ્તરો સુધી પહોંચાડવાનું તથા એટીપીમાંથી એડીપી (ADP, adenosine diphosphate) સર્જવાનું કામ કરતા આ ઉત્સેચકોમાં મૅગ્નેશિયમ(II) કે મૅંગેનીઝ(II) ધાતુ હોય છે. જો પાયરુવિક ઍસિડને ફૉસ્ફેટ પહોંચાડે તો આ ઉત્સેચકનો પાયરુવેટ કાઇનેઝ અને જો ક્રીએટીનને પહોંચાડે તો આ ક્રીએટીન કાઇનેઝ કહેવાય છે.

(II) રેડોક્ષ ઉત્સેચકો : ઉપચયન તથા અપચયન (reduction) પ્રક્રિયાઓ જીવરસાયણમાં મહત્ત્વનો ભાગ ભજવે છે. તાંબું તથા લોહયુક્ત પ્રોટીન ઉત્સેચકો આવી ઇલેક્ટ્રૉનવહન પ્રક્રિયાઓમાં મોખરે હોય છે. આવા કેટલાક ઉત્સેચકોની વિગતો નીચે પ્રમાણે છે :

(1) તાંબાયુક્ત પ્રોટીન ઉત્સેચક રૂપે : આવા ઉત્સેચકો સબસ્ટ્રેટના ઉપચયનનું અથવા ઇલેક્ટ્રોન સ્થળાંતરનું કામ કરે છે. તેમનામાં એક કે વધુ Cu(II) કેન્દ્ર હોઈ શકે છે. પ્લાસ્ટોસાયનિન એ તાંબાયુક્ત પ્રોટીન છે, જેમાં ગંધક સાથે તાંબું સંયોજાયેલું હોય છે અને તે ઇલેક્ટ્રૉન સ્થાનાંતર પ્રક્રિયામાં મદદ કરે છે.

 (2) હીમપ્રોટીન : આ ઉત્સેચકો, Fe(II)ના પ્રોટોપોર્ફિરિન સાથેના સંકીર્ણો છે. પોર્ફિરિન બૃહત્ચક્રીય (macrocyclic) પ્રણાલીયુક્ત પદાર્થો છે, જેમાં સામાન્ય કે વિસ્થાપિત એવાં ચાર વલયો α-કાર્બન વડે CH સમૂહ દ્વારા સંયોજાયેલ છે. આ પોર્ફિરિન લિગેન્ડ સમતલીય (plannar) હોય છે. તેથી તેમાં π-ઇલેક્ટ્રૉનનું સમગ્ર અણુ ઉપર વિસ્થાનીકરણ (delocalisation) થયું હોય છે. N-M σ બંધ ઉપરાંત ધાતુના dπ ઇલેક્ટ્રૉનનું વિસ્થાનીકરણ લિગેન્ડના ρπ કક્ષકો ઉપર થયેલું હોય છે અને સમગ્ર સંકીર્ણ સંસ્પંદનને કારણે સ્થાયિત્વ પામે છે.

Fe(III)ના પ્રોટોપોર્ફિરિન સાથેના સંકીર્ણને હીમીન કહે છે. વિભિન્ન પ્રોટીન-સંયુક્ત વલયોવાળા હીમીન, હાઇડ્રોજન પેરૉક્સાઇડનું પાણી તથા ઑક્સિજનમાં વિભાજન (કેટેલેઝ પ્રક્રિયા) કરે છે અથવા તો હાઇડ્રોજન પેરૉક્સાઇડ વડે અવસ્તરના ઉપચયનને ઉદ્દીપ્ત કરે છે (પેરૉક્સિડેઝ-પ્રક્રિયા).

(3) સાયટોક્રોમ : વિભિન્ન સંરચનાવાળા પોર્ફિરિન બૃહત્ચક્રીય હીમપ્રોટીનોને સાયટોક્રોમ ઉત્સેચકો કહે છે. તેમના સાયટોક્રોમ a, b અને c એમ વર્ગો છે. c વર્ગના સાયટોક્રોમ, અવસ્તર પાસેથી કેટલાક મધ્યસ્થ અણુઓ મારફત ઇલેક્ટ્રૉન સ્વીકારે છે અને સાયટોક્રોમ ઑક્સિડેઝ નામના ઉત્સેચકને આપે છે, જે અંતે ઑક્સિજન અણુને મળે છે. આવા ઉત્સેચકો અંત્ય ઉપચયનપ્રક્રિયા માટે સહાયરૂપ છે. જેમ કે, એટીપીના ઑક્સિડેટિવ ફૉસ્ફોરિલેશન માટે તે ઉપયોગી છે.

III. ઑક્સિજન-વહન (transport) : ફેફસાંમાં આવેલ ઑક્સિજન અણુઓને શરીરના વિભિન્ન ભાગોમાં પહોંચાડવાના હોય છે. તેથી લોહ, તાંબું અને વેનેડિયમના પ્રોટીન સાથેના સંકીર્ણો જીવરસાયણમાં ઑક્સિજનવાહકો તરીકે કામ કરે છે. અહીં આવા કેટલાક ઑક્સિજનવાહકો વર્ણવ્યા છે.

(i) હીમોગ્લોબિન તથા માયોગ્લોબિન : હીમોગ્લોબિન રક્તમાં અને માયોગ્લોબિન માંસપેશીઓમાં ઑક્સિજન પહોંચાડે છે. બંનેની પાયાની સંરચના સમાન છે. બંને Fe(II)ના પ્રોટોપોર્ફિરિન સાથેનાં સંકીર્ણ એટલે કે હીમ (haem) છે, જેની સાથે ગ્લોબિન નામનું પ્રોટીન જોડાયેલું છે. હીમોગ્લોબિન(Hb)માં હીમના ચાર જ્યારે માયોગ્લોબિન(Mb)માં એક એકમ છે. હીમોગ્લોબિનમાં પ્રોટોપોર્ફિરિનના ચાર સમતલીય નાઇટ્રોજનની વચ્ચે Fe(II) ગોઠવાયેલ છે અને સમીપસ્થ (proximal) ગ્લોબિન પ્રોટીનના હિસ્ટિડીન ટુકડાના ઇમિડેઝોલનો નાઇટ્રોજન પરમાણુ Fe(II)ને પાંચમો અક્ષીય બંધ આપે છે. Fe(II) આસપાસ અષ્ટકનો છઠ્ઠો બંધ ખાલી છે. જેમાં ઑક્સિજન અણુ જોડાય છે. ઑક્સિજનવિહીન Hb કે Mbમાં Fe(II) ઉચ્ચ ભ્રમણવાળો હોય છે. તેથી પોર્ફિરિનની મધ્યમાં આવેલ ખાલી જગ્યામાં સમાવા માટે Fe(II)નું કદ થોડું મોટું પડે છે અને તેથી તે પોર્ફિરિનના તલથી સહેજ ઉપર જાય છે. અને આમ છઠ્ઠા સવર્ગ સ્થાનથી દૂર જાય છે. અધ્રુવીય એવો ઑક્સિજન અણુ તે છઠ્ઠા સ્થાન ઉપર સંયોજન સાધી ઑક્સિ-હીમોગ્લોબિન (oxy-Hb) આપે છે. આવા ઑક્સિજન સાથેના સંયોજનને લીધે લોહનો પરમાણુ પોર્ફિરિનના વૃત્તના તલમાં મધ્યમાં આવવા જેટલો નીચે ઊતરે છે. ત્યારે તે પ્રતિચુંબકીય (diamagnetic) અને નિમ્ન ભ્રમણનો અને તેથી નાના કદનો બને છે. ઑક્સિજન અણુના આવા સવર્ગન(coordination)ને લીધે અક્ષીય ઇમિડેઝોલ સમૂહને લોહ પોતાની સાથે નીચે ખેંચે છે. પરિણામે હીમોગ્લોબિનના ચારેય એકમોમાં આવું સ્થાનાંતર થાય છે, જેથી એક સહકારી અસર ઉત્પન્ન થાય છે. એટલે કે ચારેય એકમો એકસાથે જ ઑક્સિજનને સ્વીકારે છે કે ત્યજે છે. ઑક્સિ-હીમોગ્લોબિન સરળતાથી બને છે અને સહેલાઈથી ઑક્સિજન અણુ ગુમાવી હીમોગ્લોબિન બને છે. આમ શ્વસનની ક્રિયા નિરંતર ચાલુ રહે છે. મુક્ત થયેલો ઑક્સિજન અણુ ઉપચયનની પ્રક્રિયા કરે છે.

(ii) હીમોસાયનિન : આ Cu(I)નું પ્રોટીન અણુઓ સાથેનું દ્વિ-કેન્દ્રીય સંકીર્ણ છે, જે મોલસ્ક અને આર્થ્રોપોડ જેવાં નીચલા સમૂહનાં પ્રાણીઓમાં ઑક્સિજનના વહનનું કાર્ય કરે છે. આ સંકીર્ણનું દરેક એકમ ઑક્સિજનના એક અણુને લઈને ભૂરા રંગનું ઑક્સિ-હીમોસાયનિન આપે છે, જેનું સૂત્ર Cu(II)O₂Cu(II) છે.

(iii) હીમેરીથ્રીન : આ લોહપ્રોટીન સંકીર્ણ છે અને તેમાં પોર્ફિરિન છે જ નહિ. તેમાં એક મોટા પ્રોટીન અણુ સાથે Fe(II)નાં બે કેન્દ્રો જોડાયેલાં છે. નીચલા સમૂહનાં Golfingia gouldii જેવાં પ્રાણીઓમાં તે ઑક્સિજનવાહક છે. બે Fe(II) સાથે એક ઑક્સિજન અણુ સંયોજાય છે. આવું ઑક્સિ-રૂપ જાંબલી ગુલાબી રંગનું હોય છે, જ્યારે બિનઑક્સિ-રૂપ રંગવિહીન હોય છે.

(iv) હીમોવેનેડીન : સમુદ્ર સ્ક્વર્ટ (ઍસિડિયન સમૂહનાં) પ્રાણીઓમાં આવાં વેનેડિયમયુક્ત ઑક્સિજનવાહકો છે. આ પ્રાણીઓના લોહીની અમ્લતા ઊંચી હોવાથી આ વેનેડિયમયુક્ત પદાર્થો વેનેડિયમ-પ્રોટીન સંકીર્ણો હોવાનો સંભવ ઓછો છે.

IV. ધાતુઓનો શરીરમાં સંગ્રહ તથા તેમનું વહન :

(i) લોહ : માનવશરીરનું 70% લોહ Hb અને Mb રૂપમાં હોય છે, જ્યારે બાકીનું સંગ્રહાયેલા સ્વરૂપમાં હોય છે. શરીરના pH પ્રમાણે લોહ(III) જ્યારે આયર્ન હાઇડ્રોક્સાઇડ Fe(OH)₃ના રૂપમાં અવક્ષિપ્ત થાય છે ત્યારે સંગ્રહ તથા શરીરના કોઈ એક ભાગમાં જરૂર પડે ત્યારે ત્યાં તેને મોકલવાનું કાર્ય ચોક્કસ પ્રોટીન-સંકીર્ણો મારફત થાય છે. આમાંનાં ત્રણ સંકીર્ણોનો અહેવાલ નીચે આપેલો છે :

(1) ફેરિટીન : બરોળ, કાળજું તથા હાડકાંની મજ્જામાં લોહનો સંગ્રહ ફેરિટીનના રૂપમાં થાય છે. તે લોહ(III)નો પ્રોટીન સાથેનો ઑક્સિહાઇડ્રૉક્સાઇડ ફૉસ્ફેટ સંકીર્ણ છે, જે પ્રોટીન કવચથી રક્ષાયેલા મિસેલરૂપ (micellar) હોય છે. જ્યારે હીમોગ્લોબિન બનાવવાની જરૂર પડે ત્યારે ફેરિટીનમાંના Fe(III)નું Fe(II)માં અપચયન કરીને તેને છૂટું કરવામાં આવે છે.

(2) ટ્રાન્સફેરીન : Fe(II)નું ગ્લાયકોપ્રોટીન સાથેનું આ સંકીર્ણ રક્તમાં, દૂધમાં (લેક્ટોટ્રાન્સફેરીન) અને ઈંડાંની સફેદીમાં (ઓવાટ્રાન્સફેરીન કે કોનાલ્બ્યુમિનમાં) જોવા મળે છે. રક્તમાં લોહનું વહન કરીને તેને હાડકાંની મજ્જામાં તથા યકૃતમાં લઈ જવામાં ટ્રાન્સફેરીન મદદ કરે છે. ત્યાં Hb અને અન્ય હીમપ્રોટીનો બનાવવા માટે લોહ વપરાય છે.

(3) સીડરોફોન્સ (સીડરોક્રોમ્સ) : જીવાણુઓ નીચા અણુભારવાળા આવા પદાર્થો ઉત્પન્ન કરે છે, જે લોહ (III) સાથે ઘણા સ્થાયી સંકીર્ણો બનાવે છે. આમ, તે જીવકોષમાં લોહનું સ્થળાંતર કરવામાં મદદ કરે છે.

(ii) તાંબું : તાંબાનાં પ્રોટીન સાથેનાં ઘણાં સંકીર્ણો છે, જે જાણીતા ઉત્સેચકો છે. જેમ કે એસ્કોર્બિક ઍસિડ ઑક્સિડેઝ. પ્રાણીઓના શરીરમાં લગભગ 96% જેટલું તાંબું આવા પ્રોટીન સાથેનાં સંકીર્ણોના રૂપમાં હોય છે. સાયટોક્રોમ ઑક્સિડેઝ અન્ય ઉત્સેચક છે, જે કૉપર-પ્રોટીન સંકીર્ણ છે. ફેરિટીનમાંથી મુક્ત થયેલ Fe(II)નું Fe(III)માં ઉપચયન થાય છે, જેનું આગળ ઉપર ટ્રાન્સફેરીનમાં કે Hbમાં રૂપાંતર થઈ શકે છે. ટાયરોસીનેઝ પણ આવું કૉપર-પ્રોટીન સંકીર્ણ છે, જે મેલેનીન બનાવવામાં ઉદ્દીપક તરીકે કામ કરે છે. કૉપર-આલ્બ્યુમિન સંકીર્ણ પણ તાંબાના સ્થળાંતર માટે ઉપયોગી છે.

(iii) કોબાલ્ટ : પ્રણાશી રક્તાલ્પતા(pernicious anemia)માં અસરકારક ઔષધ તરીકે સાબિત થયેલ વિટામિન B₁₂ અને તેનો સહઉત્સેચક, કોબાલ્ટ(III)-યુક્ત કોરીન સાથેનાં સંકીર્ણો છે. તે પ્રાણીઓનાં યકૃતમાં હોય છે. શરૂઆતમાં એમ મનાતું હતું કે વિટામિન B₁₂ કે જેમાં સમતલીય ચાર નાઇટ્રોજન ઉપરાંત પાંચમા સ્થાને બેન્ઝઇમિડેઝોલ અને છઠ્ઠે સ્થાને સાયનાઇડ સમૂહ છે, તે રક્તાલ્પતાનું ઔષધ છે. પરંતુ હવે તેને સાયનો-કોબાલેમીન કહે છે. ખરું ઔષધ તેનો સહ-ઉત્સેચક છે, જેમાં Co(III)ની આસપાસના અષ્ટફલકમાં છઠ્ઠે સ્થાને 5´–ડિઑક્સિએડેનોસીન સમૂહ છે. આ સમૂહ Co(III) સાથે એક Co–C, σ-બંધ વડે જોડાયેલ છે. આ કુદરતમાં મળી આવતું એક જ સ્થાયી અને સાચું કાર્બ-ધાત્વિક-સંયોજન છે.

V. ઊર્જાનું રૂપાંતર : સૂર્યના પ્રકાશની હાજરીમાં કાર્બન-ડાયૉક્સાઇડ અને પાણી વચ્ચેની પ્રક્રિયા વડે વનસ્પતિઓ કાર્બોહાઇડ્રેટનું સંશ્લેષણ કરે છે. આ પ્રક્રિયા પ્રકાશ-સંશ્લેષણ (photo-synthesis) તરીકે ઓળખાય છે. આવી પ્રક્રિયામાં પ્રકાશઊર્જાનું રાસાયણિક બંધઊર્જામાં રૂપાંતર થાય છે અને ત્યારબાદ પ્રકાશની ગેરહાજરીમાં પણ ઉત્સેચકની મદદ વડે આ બંધઊર્જાનો ઉપયોગ કરીને કાર્બોહાઇડ્રેટ બનાવાય છે. પ્રકાશમાંથી ઊર્જાને મેળવવા માટે લીલા રંગનું ક્લોરોફિલ આવશ્યક છે. તે પોર્ફિરિનનું મૅગ્નેશિયમ ધાતુ સાથેનું સંકીર્ણ છે. આ અણુની સંરચના એવી છે કે તેમાં π-ઇલેક્ટ્રૉનની સંયુગ્મી (conjugated) પ્રણાલી છે. પ્રકાશનું અધિશોષણ થતાં ક્લોરોફિલ અણુ પોતાની ઉચ્ચતર ઊર્જા-સપાટીએ ઉત્તેજિત થાય છે. ક્લોરોફિલના કાર્ય માટે બે પ્રણાલીઓ PS(I) અને PS(II) જાણીતી છે. વિભિન્ન ક્લોરોફિલમાં પોર્ફિરિનની સંરચના ભિન્ન હોય છે. PS(II)માં થોડા પ્રમાણમાં Mn(II) હોય છે. ઉત્તેજિત ઇલેક્ટ્રૉન, પ્રોટીન મારફત ઇલેક્ટ્રૉન સ્વીકારનાર તરફ જાય છે અને કાર્બનડાયૉક્સાઇડ તથા પાણી વચ્ચે પ્રકાશ-ઉદ્દીપન કરીને ગ્લુકોઝ બનાવે છે.

VI. નાઇટ્રોજન સ્થિરીકરણ (fixation) : જીવરસાયણની દૃષ્ટિએ નાઇટ્રોજનની સ્થિરીકરણક્રિયા એટલે હવામાંના નાઇટ્રોજન વાયુનું એમોનિયામાં અપચયન યાને હાઇડ્રોજનીકરણ. આ માટે ઉપયોગી ઉત્સેચકને નાઇટ્રોજનેઝ કહે છે. તે લોહ અને મોલિબ્ડેનમનાં તથા એકલા લોહનાં પ્રોટીન સાથેનાં પૂરક સંકીર્ણો છે અને એટીપીના જલવિભાજન માટે તથા નાઇટ્રોજન વાયુનું હાઇડ્રોજનીકરણ કરી એમોનિયા બનાવવા માટે બંને સાથે સહકારપૂર્ણ ક્રિયા કરે છે. એઝેટોબેક્ટર નાઇટ્રોજનેઝનું Mo–Fe પ્રોટીન-સંકીર્ણ ભૂખરા રંગનું છે. અને તેનો અણુભાર 2 × 10⁵ જેટલો ઊંચો હોય છે. તેમાં એક સંકીર્ણ અણુમાં બે મોલિબ્ડેનમ પરમાણુઓ હોય છે. લોહપ્રોટીન સંકીર્ણ પીળા રંગનું હોય છે. તેનો અણુભાર થોડો ઓછો (6.5 × 10⁴) હોય છે. તેમાં લોહના ચાર પરમાણુઓ હોય છે, પરંતુ મોલિબ્ડેનમ નથી હોતું. લોહ FeS₄ના ઘન સંઘટન રૂપે હોય છે, જે વડે ઇલેક્ટ્રૉનનો સંગ્રહ થઈ શકે છે. લોહપ્રોટીનનું કાર્ય ઇલેક્ટ્રૉન વાહકનું છે. તે Mo–Fe પ્રોટીનને ઇલેક્ટ્રૉન આપે છે. નાઇટ્રોજન પરમાણુ મોલિબ્ડેનમને સંલગ્ન હોય છે અને તે ઇલેક્ટ્રૉન સ્વીકારતાં નાઇટ્રાઇડ આયન બને છે, જે પ્રોટૉન સાથે જોડાઈને એમોનિયા આપે છે.

VII. ઔષધોમાં ધાતુઆયનો અને ધાતુઆયનની વિષાલુતા : જીવંત પ્રણાલીઓને તાંબું, કોબાલ્ટ, લોહ, મૅંગેનીઝ તથા મૅગ્નેશિયમ ધાતુઓ તેમનાં સ્વાસ્થ્ય અને વૃદ્ધિ માટે આવશ્યક છે. પરંતુ તેની માત્રા સીમિત હોવી જોઈએ. વધુ પ્રમાણમાં આ ધાતુઓ વિષાલુ અસર દર્શાવે છે. પર્યાવરણના પ્રદૂષણને લીધે કેટલીક ધાતુઓ, ખાસ કરીને કેડ્મિયમ, પારો, સીસું વગેરે જીવંત પ્રણાલીમાં પ્રવેશ પામે છે. તેઓ જૈવિક અણુઓ સાથે સંયોજાય છે અને સામાન્ય જૈવિક માર્ગોમાં ભંગાણ પાડે છે, જેને પરિણામે રોગ કે મૃત્યુ નીપજે છે. પરંતુ કેટલીક ધાતુઓનું પ્રમાણ પૂરતું ન હોય તોપણ તે રોગો ઉત્પન્ન કરી શકે છે. જેમ કે માનવશરીરમાં કોબાલ્ટની ત્રુટી હોય તો અશક્તિ અનુભવાય છે, જે કોબાલ્ટયુક્ત વિટામિન B₁₂ આપીને દૂર કરી શકાય છે.

તેવી જ રીતે રક્તાલ્પતા દૂર કરવા લોહના ક્ષારો આપવામાં આવે છે. માનસિક ખિન્નતા(depression)ના રોગમાં લિથિયમના ક્ષારો ઉપયોગી છે. સંધિવા(rheumatoid arthritis)માં પણ સુવર્ણનાં થાયોલ સંકીર્ણો ઉપયોગી છે. સપક્ષ(cis)ડાયક્લોરો-ડાયએમાઇન પ્લૅટિનમ(II) (સપક્ષપ્લૅટિનમ), અન્ય પ્લૅટિનમ(II) સંકીર્ણો તથા રોડિયમ(II)નાં સંકીર્ણો કૅન્સરના ઉપચારમાં ઉપયોગી સાબિત થયાં છે. આયુર્વેદમાં વપરાતી ઘણી ભસ્મો ધાતુના ઑક્સાઇડ રૂપે હોય છે. આ ભસ્મો મારફત માનવદેહમાં જરૂરી ધાતુઓ દાખલ કરીને તેમની ત્રુટી દૂર કરવાનો આ એક અગત્યનો માર્ગ પ્રાચીન સમયથી પ્રચલિત છે.

પવિત્રકૃષ્ણ ભટ્ટાચાર્ય

અનુ. લ. ધ. દવે

 કિશોર પંડ્યા