जीवन के चार मैक्रोमोलेक्यूल्स क्या हैं?

जीव विज्ञान - या अनौपचारिक रूप से, जीवन ही - सुरुचिपूर्ण मैक्रोमोलेक्यूल्स की विशेषता है जो कई महत्वपूर्ण कार्यों की सेवा के लिए सैकड़ों लाखों वर्षों में विकसित हुए हैं। इन्हें अक्सर चार मूल प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है: कार्बोहाइड्रेट (या पॉलीसेकेराइड), लिपिड, प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड। यदि आपके पास पोषण में कोई पृष्ठभूमि है, तो आप इनमें से पहले तीन को पोषण संबंधी सूचना लेबल पर सूचीबद्ध तीन मानक मैक्रोन्यूट्रिएंट्स (या "मैक्रोज़," डाइटिंग की भाषा में) के रूप में पहचानेंगे। चौथा दो निकट से संबंधित अणुओं से संबंधित है जो सभी जीवित चीजों में आनुवंशिक जानकारी के भंडारण और अनुवाद के आधार के रूप में कार्य करते हैं।

जीवन के इन चार मैक्रोमोलेक्यूल्स, या बायोमोलेक्यूल्स में से प्रत्येक, विभिन्न प्रकार के कर्तव्यों का पालन करता है; जैसा कि आप उम्मीद कर सकते हैं, उनकी विभिन्न भूमिकाएँ उनके विभिन्न भौतिक घटकों और व्यवस्थाओं से उत्कृष्ट रूप से संबंधित हैं।

ए मैक्रो मोलेक्यूल एक बहुत बड़ा अणु है, जिसमें आमतौर पर दोहराए गए सबयूनिट होते हैं जिन्हें कहा जाता है मोनोमर, जिसे "बिल्डिंग ब्लॉक" तत्व का त्याग किए बिना सरल घटकों में कम नहीं किया जा सकता है। हालांकि "मैक्रो" उपसर्ग अर्जित करने के लिए अणु कितना बड़ा होना चाहिए, इसकी कोई मानक परिभाषा नहीं है, लेकिन उनके पास आम तौर पर कम से कम हजारों परमाणु होते हैं। आपने अप्राकृतिक दुनिया में इस तरह के निर्माण को लगभग निश्चित रूप से देखा होगा; उदाहरण के लिए, कई प्रकार के वॉलपेपर, जबकि डिजाइन में विस्तृत और संपूर्ण रूप से भौतिक रूप से विस्तृत, आसन्न उप-इकाइयों से मिलकर बनता है जो अक्सर एक वर्ग फुट या उससे भी कम आकार के होते हैं। इससे भी अधिक स्पष्ट रूप से, एक श्रृंखला को एक मैक्रोमोलेक्यूल के रूप में माना जा सकता है जिसमें व्यक्तिगत लिंक "मोनोमर्स" होते हैं।

जैविक मैक्रोमोलेक्यूल्स के बारे में एक महत्वपूर्ण बात यह है कि, लिपिड के अपवाद के साथ, उनके मोनोमर इकाइयाँ ध्रुवीय होती हैं, जिसका अर्थ है कि उनके पास एक विद्युत आवेश होता है जो वितरित नहीं होता है सममित रूप से। योजनाबद्ध रूप से, उनके पास विभिन्न भौतिक और रासायनिक गुणों के साथ "सिर" और "पूंछ" हैं। क्योंकि मोनोमर्स एक-दूसरे से सिर से पूंछ में जुड़ते हैं, मैक्रोमोलेक्यूल्स स्वयं भी ध्रुवीय होते हैं।

साथ ही, सभी जैव-अणुओं में कार्बन तत्व की मात्रा अधिक होती है। आपने पृथ्वी पर जीवन के प्रकार को सुना होगा (दूसरे शब्दों में, केवल एक ही प्रकार जिसे हम निश्चित रूप से जानते हैं कि कहीं भी मौजूद है) जिसे "कार्बन-आधारित जीवन" कहा जाता है, और अच्छे कारण के साथ। लेकिन नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, हाइड्रोजन और फॉस्फोरस जीवित चीजों के लिए भी अपरिहार्य हैं, और कई अन्य तत्व कम मात्रा में मिश्रण में हैं।

यह लगभग निश्चित है कि जब आप "कार्बोहाइड्रेट" शब्द देखते या सुनते हैं, तो सबसे पहले आप "भोजन" के बारे में सोचते हैं, और शायद अधिक विशेष रूप से, "भोजन में कुछ बहुत से लोगों का इरादा है से छुटकारा मिल रहा है।" "लो-कार्ब" और "नो-कार्ब" दोनों ही 21 वीं सदी के शुरुआती भाग में वजन घटाने वाले शब्द बन गए, और "कार्बो-लोडिंग" शब्द धीरज-खेल समुदाय के आसपास रहा है। 1970 के दशक। लेकिन वास्तव में, जीवित चीजों के लिए कार्बोहाइड्रेट केवल ऊर्जा के स्रोत से कहीं अधिक हैं।

सभी कार्बोहाइड्रेट अणुओं का सूत्र (CH .) होता है₂ओ)_नहीं, जहां n मौजूद कार्बन परमाणुओं की संख्या है। इसका मतलब है कि C: H:O अनुपात 1:2:1 है। उदाहरण के लिए, साधारण शर्करा ग्लूकोज, फ्रुक्टोज और गैलेक्टोज सभी का सूत्र C. होता है₆एच₁₂हे₆ (इन तीन अणुओं के परमाणु, निश्चित रूप से, अलग तरह से व्यवस्थित होते हैं)।

कार्बोहाइड्रेट को मोनोसेकेराइड, डिसाकार्इड्स और पॉलीसेकेराइड के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। एक मोनोसेकेराइड कार्बोहाइड्रेट की मोनोमर इकाई है, लेकिन कुछ कार्बोहाइड्रेट में केवल एक मोनोमर होता है, जैसे ग्लूकोज, फ्रुक्टोज और गैलेक्टोज। आमतौर पर, ये मोनोसेकेराइड एक वलय के रूप में सबसे अधिक स्थिर होते हैं, जिसे चित्रमय रूप से एक षट्भुज के रूप में दर्शाया गया है।

डिसाकार्इड्स दो मोनोमेरिक इकाइयों, या मोनोसेकेराइड की एक जोड़ी के साथ शर्करा होते हैं। ये सबयूनिट एक जैसे हो सकते हैं (जैसे माल्टोस में, जिसमें दो जुड़े हुए ग्लूकोज अणु होते हैं) या अलग (जैसे सुक्रोज, या टेबल शुगर में, जिसमें एक ग्लूकोज अणु और एक फ्रुक्टोज होता है) अणु मोनोसैकेराइड्स के बीच के बॉन्ड को ग्लाइकोसिडिक बॉन्ड कहा जाता है।

पॉलीसेकेराइड में तीन या अधिक मोनोसेकेराइड होते हैं। ये जंजीरें जितनी लंबी होंगी, उतनी ही अधिक संभावना होगी कि उनकी शाखाएं होंगी, यानी अंत से अंत तक केवल मोनोसेकेराइड की एक पंक्ति नहीं होगी। पॉलीसेकेराइड के उदाहरणों में स्टार्च, ग्लाइकोजन, सेल्युलोज और काइटिन शामिल हैं।

स्टार्च एक हेलिक्स, या सर्पिल आकार में बनने लगता है; यह सामान्य रूप से उच्च-आणविक-भार जैव-अणुओं में सामान्य है। इसके विपरीत, सेल्युलोज 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 is एक अन्य संरचनात्मक कार्बोहाइड्रेट, कीड़े, मकड़ियों और जैसे आर्थ्रोपोड्स के बाहरी शरीर में पाया जाता है केकड़े। काइटिन एक संशोधित कार्बोहाइड्रेट है, क्योंकि यह पर्याप्त नाइट्रोजन परमाणुओं के साथ "मिलावटी" है। ग्लाइकोजन कार्बोहाइड्रेट का शरीर का भंडारण रूप है; ग्लाइकोजन के निक्षेप यकृत और पेशीय ऊतक दोनों में पाए जाते हैं। 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 स्टोर करने में सक्षम हैं।

कार्बोहाइड्रेट की तरह, प्रोटीन एक तथाकथित मैक्रोन्यूट्रिएंट के रूप में कार्य करने के कारण अधिकांश लोगों की रोजमर्रा की शब्दावली का हिस्सा हैं। लेकिन प्रोटीन अविश्वसनीय रूप से बहुमुखी हैं, कार्बोहाइड्रेट से कहीं ज्यादा। वास्तव में, प्रोटीन के बिना, कोई कार्बोहाइड्रेट या लिपिड नहीं होगा क्योंकि संश्लेषित (साथ ही पचाने) के लिए आवश्यक एंजाइम ये अणु स्वयं प्रोटीन होते हैं।

प्रोटीन के मोनोमर अमीनो एसिड होते हैं। इनमें एक कार्बोक्जिलिक एसिड (-COOH) समूह और एक एमिनो (-NH .) शामिल हैं₂) समूह। जब अमीनो एसिड एक दूसरे से जुड़ते हैं, तो यह एक अमीनो एसिड पर कार्बोक्जिलिक एसिड समूह और दूसरे के अमीनो समूह के बीच पानी के एक अणु के साथ हाइड्रोजन बांड के माध्यम से होता है।₂ओ) प्रक्रिया में जारी किया गया। अमीनो एसिड की बढ़ती श्रृंखला एक पॉलीपेप्टाइड है, और जब यह पर्याप्त रूप से लंबा होता है और अपने त्रि-आयामी आकार को ग्रहण करता है, तो यह एक पूर्ण प्रोटीन होता है। कार्बोहाइड्रेट के विपरीत, प्रोटीन कभी शाखाएं नहीं दिखाते हैं; वे अमीनो समूहों में शामिल कार्बोक्सिल समूहों की एक श्रृंखला मात्र हैं। चूंकि इस श्रृंखला में एक शुरुआत और एक अंत होना चाहिए, एक छोर में एक मुक्त अमीनो समूह होता है और इसे एन-टर्मिनल कहा जाता है, जबकि दूसरे में एक मुक्त अमीनो समूह होता है और इसे सी-टर्मिनल कहा जाता है। चूंकि 20 अमीनो एसिड होते हैं, और इन्हें किसी भी क्रम में व्यवस्थित किया जा सकता है, प्रोटीन की संरचना बेहद विविध होती है, भले ही कोई शाखा न हो।

प्रोटीन में प्राथमिक, द्वितीयक, तृतीयक और चतुर्थक संरचना कहलाती 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 को संदर्भित करती है, आमतौर पर दोहराए जाने वाले फैशन में। कुछ अनुरूपताओं में एक अल्फा-हेलिक्स और एक बीटा-प्लीटेड शीट शामिल है, और विभिन्न अमीनो एसिड की साइड चेन के बीच कमजोर हाइड्रोजन बांड के परिणामस्वरूप होता है। तृतीयक संरचना त्रि-आयामी अंतरिक्ष में प्रोटीन का घुमा और कर्लिंग है और इसमें डाइसल्फ़ाइड बॉन्ड (सल्फर से सल्फर) और हाइड्रोजन बॉन्ड शामिल हो सकते हैं। अंत में, चतुर्धातुक संरचना एक ही मैक्रोमोलेक्यूल में एक से अधिक पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला को संदर्भित करती है। यह कोलेजन में होता है, जिसमें तीन जंजीरें होती हैं जो एक रस्सी की तरह मुड़ी और कुंडलित 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 मैक्रोमोलेक्यूल्स का एक विविध सेट हैं, लेकिन वे सभी हाइड्रोफोबिक होने की विशेषता साझा करते हैं; यानी ये पानी में नहीं घुलते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि लिपिड विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं और इसलिए गैर-ध्रुवीय होते हैं, जबकि पानी एक ध्रुवीय अणु होता है। लिपिड में ट्राइग्लिसराइड्स (वसा और तेल), फॉस्फोलिपिड्स, कैरोटेनॉयड्स, स्टेरॉयड और वैक्स शामिल हैं। वे मुख्य रूप से कोशिका झिल्ली के निर्माण और स्थिरता में शामिल होते हैं, हार्मोन के हिस्से बनाते हैं, और संग्रहीत ईंधन के रूप में उपयोग किए जाते हैं। वसा, एक प्रकार का लिपिड, तीसरे प्रकार के मैक्रोन्यूट्रिएंट हैं, जिन पर पहले चर्चा की गई कार्बोहाइड्रेट और प्रोटीन हैं। अपने तथाकथित फैटी एसिड के ऑक्सीकरण के माध्यम से, वे कार्बोहाइड्रेट और वसा दोनों द्वारा आपूर्ति की गई 4 कैलोरी प्रति ग्राम के विपरीत प्रति ग्राम 9 कैलोरी की आपूर्ति करते हैं।

लिपिड पॉलिमर नहीं हैं, इसलिए वे विभिन्न रूपों में आते हैं। कार्बोहाइड्रेट की तरह, इनमें कार्बन, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन होते हैं। ट्राइग्लिसराइड्स में तीन फैटी एसिड होते हैं जो ग्लिसरॉल के एक अणु में शामिल होते हैं, एक तीन-कार्बन अल्कोहल। ये फैटी-एसिड साइड चेन लंबी, सरल हाइड्रोकार्बन हैं। इन जंजीरों में दोहरे बंधन हो सकते हैं, और यदि वे ऐसा करते हैं, तो यह फैटी एसिड बनाता है असंतृप्त. यदि केवल एक ही ऐसा दोहरा बंधन है, तो फैटी एसिड होता है मोनो. यदि दो या अधिक हैं, तो यह है बहुअसंतृप्त. इन विभिन्न प्रकार के फैटी एसिड के रक्त वाहिकाओं की दीवारों पर उनके प्रभाव के कारण अलग-अलग लोगों के लिए अलग-अलग स्वास्थ्य प्रभाव पड़ते हैं। संतृप्त वसा, जिनमें कोई दोहरा बंधन नहीं होता है, कमरे के तापमान पर ठोस होते हैं और आमतौर पर पशु वसा होते हैं; ये धमनी सजीले टुकड़े पैदा करते हैं और हृदय रोग में योगदान कर सकते हैं। फैटी एसिड को रासायनिक रूप से हेरफेर किया जा सकता है, और वनस्पति तेलों 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।

फॉस्फोलिपिड, जिसके एक सिरे पर हाइड्रोफोबिक लिपिड होता है और दूसरे पर हाइड्रोफिलिक फॉस्फेट होता है, कोशिका झिल्ली का एक महत्वपूर्ण घटक होता है। इन झिल्लियों में एक फॉस्फोलिपिड बाइलेयर होता है। दो लिपिड भाग, हाइड्रोफोबिक होने के कारण, कोशिका के बाहर और आंतरिक भाग की ओर होते हैं, जबकि फॉस्फेट की हाइड्रोफिलिक पूंछ बिलीयर के केंद्र में मिलती है।

अन्य लिपिड में स्टेरॉयड शामिल हैं, जो हार्मोन और हार्मोन अग्रदूत (जैसे, कोलेस्ट्रॉल) के रूप में काम करते हैं और इसमें विशिष्ट रिंग संरचनाओं की एक श्रृंखला होती है; और मोम, जिसमें मोम और लैनोलिन शामिल हैं।

न्यूक्लिक एसिड में डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड (डीएनए) और राइबोन्यूक्लिक एसिड (आरएनए) शामिल हैं। ये संरचनात्मक रूप से बहुत समान हैं क्योंकि दोनों पॉलिमर हैं जिनमें मोनोमेरिक इकाइयां हैं न्यूक्लियोटाइड. न्यूक्लियोटाइड्स में एक पेंटोस शुगर ग्रुप, एक फॉस्फेट ग्रुप और एक नाइट्रोजनस बेस ग्रुप होता है। डीएनए और आरएनए दोनों में, ये आधार चार प्रकारों में से एक हो सकते हैं; अन्यथा, डीएनए के सभी न्यूक्लियोटाइड आरएनए के समान होते हैं।

डीएनए और आरएनए तीन मुख्य तरीकों से भिन्न होते हैं। एक यह है कि डीएनए में पेंटोस शुगर डीऑक्सीराइबोज होता है और आरएनए में यह राइबोज होता है। ये शर्करा ठीक एक ऑक्सीजन परमाणु से भिन्न होती है। दूसरा अंतर यह है कि डीएनए आमतौर पर डबल-स्ट्रैंडेड होता है, जो 1950 के दशक में वाटसन और क्रिक की टीम द्वारा खोजे गए डबल हेलिक्स का निर्माण करता है, लेकिन आरएनए सिंगल-स्ट्रैंडेड है। तीसरा यह है कि डीएनए में नाइट्रोजनस बेस एडेनिन (ए), साइटोसिन (सी), ग्वानिन (जी) और थाइमिन (टी) होते हैं, लेकिन आरएनए में यूरैसिल (यू) थाइमिन के स्थान पर होता है।

डीएनए वंशानुगत जानकारी संग्रहीत करता है। न्यूक्लियोटाइड की लंबाई बनाते हैं of जीन, जिसमें विशिष्ट प्रोटीन के निर्माण के लिए, नाइट्रोजनस बेस अनुक्रमों के माध्यम से जानकारी होती है। बहुत सारे जीन बनाते हैं गुणसूत्र, और किसी जीव के गुणसूत्रों का कुल योग (मनुष्यों में 23 जोड़े होते हैं) उसका है 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 सेल न्यूक्लियस से बाहर ले जाता है जहां डीएनए है और सेल साइटोप्लाज्म, या मैट्रिक्स में। यहां, अन्य प्रकार के आरएनए अनुवाद की प्रक्रिया शुरू करते हैं, जिसमें प्रोटीन बनाया जाता है और पूरे सेल में भेजा जाता है।