विषय
जीवविज्ञान - या अनौपचारिक रूप से, जीवन ही - सुरुचिपूर्ण मैक्रोमोलेक्युल की विशेषता है जो महत्वपूर्ण कार्यों की एक श्रृंखला की सेवा करने के लिए सैकड़ों लाखों वर्षों से विकसित हुआ है। इन्हें अक्सर चार मूल प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है: कार्बोहाइड्रेट (या पॉलीसेकेराइड), लिपिड, प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड। यदि आपके पास पोषण की कोई पृष्ठभूमि है, तो आप पोषण संबंधी सूचना लेबल पर सूचीबद्ध तीन मानक मैक्रोन्यूट्रिएंट्स (या "मैक्रो, डाइटिंग पैरालेंस में) के रूप में पहले तीन को पहचान लेंगे। चौथा दो निकट संबंधी अणुओं से संबंधित है जो सभी जीवित चीजों में आनुवंशिक जानकारी के भंडारण और अनुवाद के आधार के रूप में काम करता है।
जीवन के इन चार macromolecules में से प्रत्येक, या biomolecules, कर्तव्यों की एक किस्म प्रदर्शन करता है; जैसा कि आप उम्मीद कर सकते हैं, उनकी विभिन्न भूमिकाएं उनके विभिन्न भौतिक घटकों और व्यवस्थाओं से संबंधित हैं।
बड़े अणुओं
ए मैक्रो मोलेक्यूल एक बहुत बड़ा अणु है, जिसे आम तौर पर दोहराया जाने वाले सबयूनिट्स से मिलकर बनाया जाता है मोनोमर, जो "बिल्डिंग ब्लॉक" तत्व का त्याग किए बिना सरल घटकों को कम नहीं किया जा सकता है। हालांकि कोई मानक परिभाषा नहीं है कि "मैक्रो" उपसर्ग को अर्जित करने के लिए एक अणु कितना बड़ा होना चाहिए, उनके पास आम तौर पर कम से कम, हजारों परमाणु होते हैं। आपने गैर-प्राकृतिक दुनिया में इस तरह के निर्माण को लगभग निश्चित रूप से देखा है; उदाहरण के लिए, कई प्रकार के वॉलपेपर, जबकि डिजाइन में विस्तृत और पूरी तरह से भौतिक विस्तार पर, समीपवर्ती सबयूनिट्स से मिलकर बनता है जो अक्सर एक वर्ग फुट या आकार में कम होते हैं। इससे भी अधिक स्पष्ट रूप से, एक श्रृंखला को एक मैक्रोमोलेक्यूल माना जा सकता है जिसमें व्यक्तिगत लिंक "मोनोमर्स" हैं।
जैविक macromolecules के बारे में एक महत्वपूर्ण बिंदु यह है कि लिपिड के अपवाद के साथ, उनकी मोनोमर इकाइयां ध्रुवीय हैं, जिसका अर्थ है कि उनके पास एक विद्युत आवेश है जो सममित रूप से वितरित नहीं किया गया है। योजनाबद्ध रूप से, उनके पास विभिन्न शारीरिक और रासायनिक गुणों के साथ "सिर" और "पूंछ" हैं। क्योंकि मोनोमर्स एक-दूसरे से सिर से पूंछ तक जुड़ते हैं, खुद मैक्रोमोलेक्युल भी ध्रुवीय होते हैं।
साथ ही, सभी बायोमोलेकल्स में उच्च मात्रा में कार्बन होता है। आपने पृथ्वी पर जीवन के प्रकार को सुना होगा (दूसरे शब्दों में, हम जिस प्रकार के बारे में कुछ भी जानते हैं, वह केवल "कार्बन-आधारित जीवन" और अच्छे कारण के रूप में संदर्भित है)। लेकिन और नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, हाइड्रोजन और फास्फोरस जीवित चीजों के लिए अपरिहार्य हैं, और अन्य तत्वों का एक मिश्रण कम डिग्री में मिश्रण में हैं।
कार्बोहाइड्रेट
यह एक निश्चित-निश्चितता है कि जब आप "कार्बोहाइड्रेट" शब्द देखते या सुनते हैं, तो सबसे पहली चीज जो आप सोचते हैं, वह है "भोजन," और शायद अधिक विशेष रूप से, "भोजन में बहुत से लोग छुटकारा पाने के इरादे से हैं।" "लो-कार्ब" और "नो-कार्ब" दोनों ही 21 वीं सदी के शुरुआती हिस्से में वेट-लॉस बज़वर्ड्स बन गए, और "कार्बो-लोडिंग" शब्द 1970 के दशक से धीरज-खेल समुदाय के आसपास रहा है। लेकिन वास्तव में, जीवित चीजों के लिए कार्बोहाइड्रेट ऊर्जा के स्रोत से कहीं अधिक हैं।
कार्बोहाइड्रेट के अणुओं में सभी सूत्र होते हैं (सीएच)2ओ)n, जहाँ n कार्बन परमाणुओं की संख्या मौजूद है। इसका अर्थ है कि C: H: O अनुपात 1: 2: 1 है। उदाहरण के लिए, सरल शर्करा ग्लूकोज, फ्रक्टोज और गैलेक्टोज सभी में सूत्र C है6एच12हे6 (इन तीन अणुओं के परमाणु, निश्चित रूप से, अलग तरीके से व्यवस्थित होते हैं)।
कार्बोहाइड्रेट को मोनोसेकेराइड, डिसाकार्इड्स और पॉलीसेकेराइड के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। एक मोनोसैकराइड कार्बोहाइड्रेट की मोनोमर इकाई है, लेकिन कुछ कार्बोहाइड्रेट में केवल एक मोनोमर होता है, जैसे कि ग्लूकोज, फ्रक्टोज और गैलेक्टोज। आमतौर पर, ये मोनोसैकेराइड एक अंगूठी के रूप में सबसे अधिक स्थिर होते हैं, जिसे एक षट्भुज के रूप में आरेखीय रूप से चित्रित किया जाता है।
डिसैकराइड्स दो मोनोमेरिक इकाइयों या मोनोसेकेराइड्स की एक जोड़ी के साथ शर्करा हैं। ये सबयूनिट एक ही हो सकते हैं (जैसे कि माल्टोज़ में, जिसमें दो ग्लूकोज अणु शामिल होते हैं) या अलग होते हैं (जैसे सूक्रोज, या टेबल शुगर, जिसमें एक ग्लूकोज अणु और एक फ्रुक्टोज अणु होता है। मोनोक्रैकेराइड के बीच की बॉन्ड को ग्लाइकोसिडिक बॉन्ड कहा जाता है।
पॉलीसेकेराइड में तीन या अधिक मोनोसैकराइड होते हैं। ये जंजीरें जितनी लंबी होंगी, उतनी ही आसानी से शाखाएं होंगी, यानी अंत से अंत तक केवल मोनोसेकेराइड की एक पंक्ति नहीं होगी। पॉलीसेकेराइड के उदाहरणों में स्टार्च, ग्लाइकोजन, सेल्यूलोज और चिटिन शामिल हैं।
स्टार्च एक हेलिक्स, या सर्पिल आकार में बनता है; यह सामान्य रूप से उच्च आणविक-भार बायोमोलेक्यूल्स में आम है। सेल्यूलोज, इसके विपरीत, रैखिक है, जिसमें नियमित अंतराल पर कार्बन परमाणुओं के बीच हाइड्रोजन बांड के साथ ग्लूकोज मोनोमर्स की एक लंबी श्रृंखला होती है। सेल्युलोज पादप कोशिकाओं का एक घटक है और उन्हें उनकी कठोरता देता है। मनुष्य सेल्यूलोज को पचा नहीं सकता है, और आहार में इसे आमतौर पर "फाइबर" कहा जाता है। चिटिन एक और संरचनात्मक कार्बोहाइड्रेट है, जो कीटों, मकड़ियों और केकड़ों जैसे आर्थ्रोपोड्स के बाहरी शरीर में पाया जाता है। चिटिन एक संशोधित कार्बोहाइड्रेट है, क्योंकि यह पर्याप्त नाइट्रोजन परमाणुओं के साथ "मिलावटी" है। ग्लाइकोजन कार्बोहाइड्रेट का शारीरिक संग्रहण रूप है; ग्लाइकोजन का जमाव यकृत और मांसपेशी ऊतक दोनों में पाया जाता है। इन ऊतकों में एंजाइम अनुकूलन के लिए धन्यवाद, प्रशिक्षित एथलीट अपनी उच्च ऊर्जा आवश्यकताओं और पोषण संबंधी प्रथाओं के परिणामस्वरूप गतिहीन लोगों की तुलना में अधिक ग्लाइकोजन को स्टोर करने में सक्षम हैं।
प्रोटीन
कार्बोहाइड्रेट की तरह, प्रोटीन अधिकांश लोगों की रोजमर्रा की शब्दावली का एक हिस्सा है, क्योंकि तथाकथित मैक्रोन्यूट्रिएंट के रूप में उनकी सेवा की जाती है। लेकिन प्रोटीन अविश्वसनीय रूप से बहुमुखी हैं, कार्बोहाइड्रेट से कहीं अधिक। वास्तव में, प्रोटीन के बिना, कोई कार्बोहाइड्रेट या लिपिड नहीं होगा क्योंकि एंजाइमों को (साथ ही पचाने के लिए) एंजाइमों की आवश्यकता होती है, ये अणु स्वयं प्रोटीन होते हैं।
प्रोटीन के मोनोमर्स अमीनो एसिड होते हैं। इनमें एक कार्बोक्जिलिक एसिड (-OH) समूह और एक एमिनो (-NH) शामिल हैं2) समूह। जब अमीनो एसिड एक-दूसरे से जुड़ते हैं, तो यह पानी के एक अणु के साथ एमिनो एसिड और दूसरे के अमीनो समूह पर कार्बोक्जिलिक एसिड समूह के बीच एक हाइड्रोजन बंधन के माध्यम से होता है (एच2ओ) प्रक्रिया में जारी किया गया। एमिनो एसिड की एक बढ़ती श्रृंखला एक पॉलीपेप्टाइड है, और जब यह पर्याप्त रूप से लंबा होता है और अपने तीन आयामी आकार को मानता है, तो यह एक पूर्ण प्रोटीन है। कार्बोहाइड्रेट के विपरीत, प्रोटीन कभी शाखा नहीं दिखाते हैं; वे कारिनोइल समूहों की एक श्रृंखला हैं जो अमीनो समूहों में शामिल हो गए हैं। क्योंकि इस श्रृंखला में एक शुरुआत और अंत होना चाहिए, एक छोर में एक मुक्त एमिनो समूह है और इसे एन-टर्मिनल कहा जाता है, जबकि दूसरे में एक मुक्त एमिनो समूह है और इसे सी-टर्मिनल कहा जाता है। क्योंकि 20 अमीनो एसिड होते हैं, और ये किसी भी क्रम में व्यवस्थित किए जा सकते हैं, प्रोटीन की संरचना अत्यंत विविध होते हुए भी कोई शाखा नहीं होती है।
प्रोटीन में प्राथमिक, द्वितीयक, तृतीयक और चतुर्धातुक संरचना कहा जाता है। प्राथमिक संरचना प्रोटीन में अमीनो एसिड के अनुक्रम को संदर्भित करती है, और यह आनुवंशिक रूप से निर्धारित होती है। माध्यमिक संरचना श्रृंखला में झुकने या किंक करने का संदर्भ देती है, आमतौर पर दोहराए जाने वाले फैशन में। कुछ अनुरूपणों में एक अल्फा-हेलिक्स और एक बीटा-प्लेड शीट शामिल है, और विभिन्न अमीनो एसिड की साइड चेन के बीच कमजोर हाइड्रोजन बॉन्ड के परिणामस्वरूप। तृतीयक संरचना त्रि-आयामी अंतरिक्ष में प्रोटीन की घुमा और कर्लिंग है और इसमें डाइसल्फ़ाइड बांड (सल्फर से सल्फर) और हाइड्रोजन बांड शामिल हो सकते हैं। अंत में, चतुर्धातुक संरचना एक ही macromolecule में एक से अधिक पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला को संदर्भित करती है। यह कोलेजन में होता है, जिसमें तीन श्रृंखलाएं होती हैं जो रस्सी की तरह मुड़ और संकलित होती हैं।
प्रोटीन एंजाइम के रूप में काम कर सकते हैं, जो शरीर में जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करते हैं; हार्मोन के रूप में, जैसे इंसुलिन और वृद्धि हार्मोन; संरचनात्मक तत्वों के रूप में; और कोशिका-झिल्ली घटकों के रूप में।
लिपिड
लिपिड मैक्रोमोलेक्यूल्स का एक विविध सेट है, लेकिन वे सभी हाइड्रोफोबिक होने का गुण साझा करते हैं; यही है, वे पानी में नहीं घुलते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि लिपिड विद्युत रूप से तटस्थ हैं और इसलिए नॉनपोलर हैं, जबकि पानी एक ध्रुवीय अणु है। लिपिड में ट्राइग्लिसराइड्स (वसा और तेल), फॉस्फोलिपिड्स, कैरोटेनॉइड्स, स्टेरॉयड और वैक्स शामिल हैं। वे मुख्य रूप से कोशिका झिल्ली गठन और स्थिरता में शामिल होते हैं, हार्मोन के भाग बनाते हैं, और संग्रहीत ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है। वसा, एक प्रकार का लिपिड, मैक्रोन्यूट्रिएंट का तीसरा प्रकार है, जिसमें कार्बोहाइड्रेट और प्रोटीन पहले से चर्चा की गई है। उनके तथाकथित फैटी एसिड का वाया ऑक्सीकरण, वे कार्बोहाइड्रेट और वसा दोनों द्वारा आपूर्ति की गई 4 कैलोरी प्रति ग्राम के विपरीत 9 कैलोरी प्रति ग्राम की आपूर्ति करते हैं।
लिपिड पॉलिमर नहीं हैं, इसलिए वे विभिन्न रूपों में आते हैं। कार्बोहाइड्रेट की तरह, उनमें कार्बन, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन होते हैं। ट्राइग्लिसराइड्स में तीन फैटी एसिड होते हैं जो ग्लिसरॉल के एक अणु में शामिल हो जाते हैं, एक तीन-कार्बन शराब। ये फैटी-एसिड साइड चेन लंबी, सरल हाइड्रोकार्बन हैं। इन जंजीरों में दोहरे बंधन हो सकते हैं, और यदि वे करते हैं, तो यह फैटी एसिड बनाता है असंतृप्त। यदि केवल एक ही ऐसा डबल बॉन्ड है, तो फैटी एसिड होता है मोनो। यदि दो या अधिक हैं, तो यह है पॉलीअनसेचुरेटेड। विभिन्न प्रकार के फैटी एसिड के विभिन्न लोगों में रक्त वाहिकाओं की दीवारों पर उनके प्रभाव के कारण अलग-अलग स्वास्थ्य प्रभाव होते हैं। संतृप्त वसा, जिसमें कोई दोहरा बंधन नहीं होता है, कमरे के तापमान पर ठोस होते हैं और आमतौर पर पशु वसा होते हैं; ये धमनी पट्टिका का कारण बनते हैं और हृदय रोग में योगदान कर सकते हैं। फैटी एसिड को रासायनिक रूप से हेरफेर किया जा सकता है, और वनस्पति तेल जैसे असंतृप्त वसा को संतृप्त किया जा सकता है ताकि वे मार्जरीन की तरह कमरे के तापमान पर उपयोग करने के लिए ठोस और सुविधाजनक हों।
फॉस्फोलिपिड्स, जिनके एक छोर पर हाइड्रोफोबिक लिपिड होता है और दूसरे पर हाइड्रोफिलिक फॉस्फेट, कोशिका झिल्ली का एक महत्वपूर्ण घटक होता है। इन झिल्लियों में फॉस्फोलिपिड बाईलेयर होता है। दो लिपिड भाग, हाइड्रोफोबिक होने के कारण, कोशिका के बाहर और आंतरिक भाग का सामना करते हैं, जबकि फॉस्फेट के हाइड्रोफिलिक पूंछ बिलीयर के केंद्र में मिलते हैं।
अन्य लिपिड में स्टेरॉयड शामिल होते हैं, जो हार्मोन और हार्मोन अग्रदूत के रूप में काम करते हैं (जैसे, कोलेस्ट्रॉल) और इसमें विशिष्ट रिंग संरचनाओं की एक श्रृंखला होती है; और मोम, जिसमें मोम और लैनोलिन शामिल हैं।
न्यूक्लिक एसिड
न्यूक्लिक एसिड में डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड (डीएनए) और राइबोन्यूक्लिक एसिड (आरएनए) शामिल हैं। ये बहुत ही संरचनात्मक रूप से समान हैं क्योंकि दोनों पॉलिमर हैं जिसमें मोनोमेरिक इकाइयां हैं न्यूक्लियोटाइड। न्यूक्लियोटाइड्स में एक पेन्टोज़ शुगर समूह, एक फॉस्फेट समूह और एक नाइट्रोजनस बेस समूह होता है। डीएनए और आरएनए दोनों में, ये आधार चार प्रकारों में से एक हो सकते हैं; अन्यथा, डीएनए के सभी न्यूक्लियोटाइड्स समान हैं, जैसा कि आरएनए के हैं।
डीएनए और आरएनए तीन मुख्य तरीकों में भिन्न होते हैं। एक यह है कि डीएनए में, पेन्टोज़ चीनी डीऑक्सीराइबोज़ है, और आरएनए में यह राइबोज़ है। ये शर्करा बिल्कुल एक ऑक्सीजन परमाणु से भिन्न होती है। दूसरा अंतर यह है कि आमतौर पर डीएनए डबल-फंसे हुए होते हैं, वॉटसन और क्रिक टीम द्वारा 1950 के दशक में खोजे गए डबल हेलिक्स का गठन किया गया था, लेकिन आरएनए एकल-असहाय है। तीसरा यह है कि डीएनए में नाइट्रोजनस बेस एडेनिन (ए), साइटोसिन (सी), गुआनिन (जी) और थाइमिन (टी) शामिल हैं, लेकिन आरएनए में थाइमीन के लिए यूरैसिल (यू) होता है।
डीएनए वंशानुगत जानकारी संग्रहीत करता है। न्यूक्लियोटाइड्स की लम्बाई में वृद्धि होती है जीन, जिसमें विशिष्ट प्रोटीन के निर्माण के लिए नाइट्रोजनीस बेस सीक्वेंस के माध्यम से जानकारी होती है। बहुत सारे जीन बनाते हैं गुणसूत्रों, और एक जीव के कुल गुणसूत्र (मनुष्य के पास 23 जोड़े) हैं जीनोम। डीएनए का उपयोग प्रतिलेखन की प्रक्रिया में आरएनए का एक रूप बनाने के लिए किया जाता है जिसे मैसेंजर आरएनए (एमआरएनए) कहा जाता है। यह कोडित जानकारी को थोड़े अलग तरीके से संग्रहीत करता है और इसे कोशिका के नाभिक से बाहर ले जाता है जहां डीएनए कोशिका कोशिका द्रव्य या मैट्रिक्स में होता है। यहां, अन्य प्रकार के आरएनए अनुवाद की प्रक्रिया शुरू करते हैं, जिसमें प्रोटीन बनाया जाता है और पूरे सेल में भेजा जाता है।