एक मैक्रोमोलेक्यूल एक अणु है जिसमें उच्च आणविक भार होता है। इसकी संरचना बार-बार दोहराए जाने वाले लिंक के रूप में प्रस्तुत की जाती है। ऐसे यौगिकों की विशेषताओं, जीवों के जीवन के लिए उनके महत्व पर विचार करें।
रचना की विशेषताएं
जैविक मैक्रोमोलेक्यूल्स सैकड़ों हजारों छोटी प्रारंभिक सामग्री से बनते हैं। जीवित जीवों को तीन मुख्य प्रकार के मैक्रोमोलेक्यूल्स की विशेषता होती है: प्रोटीन, पॉलीसेकेराइड, न्यूक्लिक एसिड।
उनके लिए प्रारंभिक मोनोमर्स मोनोसेकेराइड, न्यूक्लियोटाइड, अमीनो एसिड हैं। एक मैक्रोमोलेक्यूल कोशिका द्रव्यमान का लगभग 90 प्रतिशत होता है। अमीनो एसिड अवशेषों के अनुक्रम के आधार पर, एक विशिष्ट प्रोटीन अणु बनता है।
उच्च आणविक भार वे पदार्थ हैं जिनका दाढ़ द्रव्यमान 103 Da से अधिक होता है।
शब्द का इतिहास
मैक्रोमोलेक्यूल कब दिखाई दिया? इस अवधारणा को 1922 में रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार विजेता हरमन स्टौडिंगर द्वारा पेश किया गया था।
पॉलीमर बॉल को एक उलझे हुए धागे के रूप में देखा जा सकता है जो आकस्मिक अनइंडिंग द्वारा बनाया गया थापूरे कुंडल कक्ष में। यह कुंडल व्यवस्थित रूप से अपनी रचना बदलता है; यह मैक्रोमोलेक्यूल का स्थानिक विन्यास है। यह ब्राउनियन गति के प्रक्षेप पथ के समान है।
ऐसे कुंडल का निर्माण इस तथ्य के कारण होता है कि एक निश्चित दूरी पर बहुलक श्रृंखला दिशा के बारे में जानकारी "खो" देती है। उस स्थिति में कॉइल के बारे में बात करना संभव है जब उच्च-आणविक यौगिक संरचनात्मक टुकड़े की लंबाई की तुलना में अधिक लंबे होते हैं।
गोलाकार विन्यास
एक मैक्रोमोलेक्यूल एक सघन रचना है जिसमें एक बहुलक के आयतन अंश की तुलना एक इकाई से की जा सकती है। गोलाकार अवस्था का एहसास उन मामलों में होता है, जब आपस में और बाहरी वातावरण के बीच अलग-अलग बहुलक इकाइयों की पारस्परिक क्रिया के तहत आपसी आकर्षण होता है।
एक मैक्रोमोलेक्यूल की संरचना की प्रतिकृति पानी का वह हिस्सा है जो इस तरह की संरचना के एक तत्व के रूप में अंतर्निहित है। यह मैक्रोमोलेक्यूल का निकटतम जलयोजन वातावरण है।
प्रोटीन अणु की विशेषता
प्रोटीन मैक्रोमोलेक्यूल्स हाइड्रोफिलिक पदार्थ हैं। जब एक सूखा प्रोटीन पानी में घुल जाता है, तो यह शुरू में सूज जाता है, फिर घोल में धीरे-धीरे संक्रमण देखा जाता है। सूजन के दौरान, पानी के अणु प्रोटीन में प्रवेश करते हैं, इसकी संरचना को ध्रुवीय समूहों के साथ बांधते हैं। यह पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला की घनी पैकिंग को ढीला करता है। एक सूजे हुए प्रोटीन अणु को एक बैक सॉल्यूशन माना जाता है। पानी के अणुओं के बाद के अवशोषण के साथ, प्रोटीन अणुओं को कुल द्रव्यमान से अलग किया जाता है, औरविघटन की भी एक प्रक्रिया है।
लेकिन प्रोटीन अणु की सूजन सभी मामलों में विघटन का कारण नहीं बनती है। उदाहरण के लिए, पानी के अणुओं के अवशोषण के बाद कोलेजन सूजे हुए अवस्था में रहता है।
हाइड्रेट सिद्धांत
इस सिद्धांत के अनुसार उच्च-आणविक यौगिक न केवल सोखते हैं, बल्कि इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से पानी के अणुओं को अमीनो एसिड के साइड रेडिकल्स के ध्रुवीय टुकड़ों के साथ बांधते हैं, जिनमें नकारात्मक चार्ज होता है, साथ ही मूल अमीनो एसिड जो एक सकारात्मक चार्ज करते हैं।
आंशिक रूप से हाइड्रेटेड पानी पेप्टाइड समूहों से बंधा होता है जो पानी के अणुओं के साथ हाइड्रोजन बांड बनाते हैं।
उदाहरण के लिए, पॉलीपेप्टाइड्स जिनमें गैर-ध्रुवीय पक्ष समूह होते हैं, वे सूज जाते हैं। पेप्टाइड समूहों के लिए बाध्य होने पर, यह पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं को अलग कर देता है। इंटरचेन ब्रिज की उपस्थिति प्रोटीन अणुओं को पूरी तरह से टूटने नहीं देती है, एक समाधान के रूप में जाती है।
गर्म होने पर मैक्रोमोलेक्यूल्स की संरचना नष्ट हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाएं टूट जाती हैं और मुक्त हो जाती हैं।
जिलेटिन की विशेषताएं
जिलेटिन की रासायनिक संरचना कोलेजन के समान है, यह पानी के साथ एक चिपचिपा तरल बनाता है। जिलेटिन के विशिष्ट गुणों में इसकी जेल करने की क्षमता है।
इस प्रकार के अणुओं का उपयोग हेमोस्टैटिक और प्लाज्मा-प्रतिस्थापन एजेंटों के रूप में किया जाता है। जिलेटिन की जैल बनाने की क्षमता का उपयोग दवा उद्योग में कैप्सूल के उत्पादन में किया जाता है।
घुलनशीलता सुविधामैक्रोमोलेक्यूल्स
इस प्रकार के अणुओं की पानी में अलग-अलग घुलनशीलता होती है। यह अमीनो एसिड संरचना द्वारा निर्धारित किया जाता है। संरचना में ध्रुवीय अमीनो एसिड की उपस्थिति में, पानी में घुलने की क्षमता काफी बढ़ जाती है।
साथ ही, यह गुण मैक्रोमोलेक्यूल के संगठन की ख़ासियत से प्रभावित होता है। ग्लोबुलर प्रोटीन में फाइब्रिलर मैक्रोमोलेक्यूल्स की तुलना में अधिक घुलनशीलता होती है। अनेक प्रयोगों के दौरान, प्रयुक्त विलायक की विशेषताओं पर विघटन की निर्भरता स्थापित की गई।
प्रत्येक प्रोटीन अणु की प्राथमिक संरचना भिन्न होती है, जो प्रोटीन को व्यक्तिगत गुण प्रदान करती है। पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं के बीच क्रॉस-लिंक की उपस्थिति घुलनशीलता को कम करती है।
प्रोटीन अणुओं की प्राथमिक संरचना पेप्टाइड (एमाइड) बांड के कारण बनती है, जब इसे नष्ट किया जाता है, तो प्रोटीन विकृतीकरण होता है।
नमस्कार करना
प्रोटीन अणुओं की विलेयता बढ़ाने के लिए उदासीन लवणों के विलयन का प्रयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, इसी तरह, प्रोटीन का चयनात्मक अवक्षेपण किया जा सकता है, उनका विभाजन किया जा सकता है। अणुओं की परिणामी संख्या मिश्रण की प्रारंभिक संरचना पर निर्भर करती है।
नमक को पूरी तरह से हटाने के बाद प्रोटीन की ख़ासियत, जो नमक से प्राप्त होती है, जैविक विशेषताओं का संरक्षण है।
प्रक्रिया का सार हाइड्रेटेड प्रोटीन शेल के नमक के आयनों और उद्धरणों द्वारा निकालना है, जो मैक्रोमोलेक्यूल की स्थिरता सुनिश्चित करता है। जब सल्फेट्स का उपयोग किया जाता है तो प्रोटीन अणुओं की अधिकतम संख्या नमकीन हो जाती है। इस विधि का उपयोग प्रोटीन मैक्रोमोलेक्यूल्स को शुद्ध और अलग करने के लिए किया जाता है, क्योंकि वे अनिवार्य रूप से हैंचार्ज के परिमाण में भिन्न होते हैं, हाइड्रेशन शेल के पैरामीटर। प्रत्येक प्रोटीन का अपना नमकीन क्षेत्र होता है, अर्थात इसके लिए आपको एक निश्चित सांद्रता के नमक का चयन करने की आवश्यकता होती है।
अमीनो एसिड
वर्तमान में, लगभग दो सौ अमीनो एसिड ज्ञात हैं जो प्रोटीन अणुओं का हिस्सा हैं। संरचना के आधार पर, उन्हें दो समूहों में बांटा गया है:
- प्रोटीनोजेनिक, जो मैक्रोमोलेक्यूल्स का हिस्सा हैं;
- गैर-प्रोटीनोजेनिक, प्रोटीन के निर्माण में सक्रिय रूप से शामिल नहीं है।
वैज्ञानिकों ने जानवरों और पौधों की उत्पत्ति के कई प्रोटीन अणुओं में अमीनो एसिड के अनुक्रम को समझने में कामयाबी हासिल की है। प्रोटीन अणुओं की संरचना में अक्सर पाए जाने वाले अमीनो एसिड में, हम सेरीन, ग्लाइसिन, ल्यूसीन, ऐलेनिन पर ध्यान देते हैं। प्रत्येक प्राकृतिक बायोपॉलिमर की अपनी अमीनो एसिड संरचना होती है। उदाहरण के लिए, प्रोटामाइन में लगभग 85 प्रतिशत आर्जिनिन होता है, लेकिन उनमें अम्लीय, चक्रीय अमीनो एसिड नहीं होता है। फाइब्रोइन प्राकृतिक रेशम का एक प्रोटीन अणु है, जिसमें लगभग आधा ग्लाइसिन होता है। कोलेजन में हाइड्रोक्सीप्रोलाइन, हाइड्रॉक्सीलिसिन जैसे दुर्लभ अमीनो एसिड होते हैं, जो अन्य प्रोटीन मैक्रोमोलेक्यूल्स में अनुपस्थित होते हैं।
अमीनो एसिड संरचना न केवल अमीनो एसिड की विशेषताओं से निर्धारित होती है, बल्कि प्रोटीन मैक्रोमोलेक्यूल्स के कार्यों और उद्देश्य से भी निर्धारित होती है। उनका क्रम आनुवंशिक कोड द्वारा निर्धारित होता है।
बायोपॉलिमर के संरचनात्मक संगठन के स्तर
चार स्तर हैं: प्राथमिक, माध्यमिक, तृतीयक, और चतुर्धातुक भी। प्रत्येक संरचनाविशिष्ट विशेषताएं हैं।
प्रोटीन अणुओं की प्राथमिक संरचना पेप्टाइड बॉन्ड से जुड़े अमीनो एसिड अवशेषों की एक रैखिक पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला है।
यह संरचना सबसे स्थिर है, क्योंकि इसमें एक अमीनो एसिड के कार्बोक्सिल समूह और दूसरे अणु के अमीनो समूह के बीच पेप्टाइड सहसंयोजक बंधन होते हैं।
द्वितीयक संरचना में हाइड्रोजन बांड की मदद से एक पेचदार रूप में पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला का ढेर शामिल है।
तृतीयक प्रकार का बायोपॉलिमर पॉलीपेप्टाइड की स्थानिक पैकिंग द्वारा प्राप्त किया जाता है। वे तृतीयक संरचनाओं के सर्पिल और स्तरित-फ़ोल्ड रूपों को उप-विभाजित करते हैं।
गोलाकार प्रोटीन का अण्डाकार आकार होता है, जबकि तंतुमय अणुओं का आकार लम्बा होता है।
यदि एक मैक्रोमोलेक्यूल में केवल एक पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला होती है, तो प्रोटीन में केवल एक तृतीयक संरचना होती है। उदाहरण के लिए, यह एक मांसपेशी ऊतक प्रोटीन (मायोग्लोबिन) है जो ऑक्सीजन बंधन के लिए आवश्यक है। कुछ बायोपॉलिमर कई पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं से निर्मित होते हैं, जिनमें से प्रत्येक की एक तृतीयक संरचना होती है। इस मामले में, मैक्रोमोलेक्यूल में एक चतुर्धातुक संरचना होती है, जिसमें कई ग्लोब्यूल्स एक बड़ी संरचना में संयुक्त होते हैं। हीमोग्लोबिन को एकमात्र चतुर्धातुक प्रोटीन माना जा सकता है जिसमें लगभग 8 प्रतिशत हिस्टिडीन होता है। यह वह है जो एरिथ्रोसाइट्स में एक सक्रिय इंट्रासेल्युलर बफर है, जो एक स्थिर रक्त पीएच मान को बनाए रखने की अनुमति देता है।
न्यूक्लिक एसिड
वे मैक्रोमोलेक्यूलर यौगिक हैं जो टुकड़ों से बनते हैंन्यूक्लियोटाइड्स। आरएनए और डीएनए सभी जीवित कोशिकाओं में पाए जाते हैं, वे भंडारण, संचारण और वंशानुगत जानकारी को लागू करने का कार्य भी करते हैं। न्यूक्लियोटाइड मोनोमर्स के रूप में कार्य करते हैं। उनमें से प्रत्येक में एक नाइट्रोजनस बेस, एक कार्बोहाइड्रेट और फॉस्फोरिक एसिड का अवशेष होता है। अध्ययनों से पता चला है कि विभिन्न जीवों के डीएनए में पूरकता (पूरकता) का सिद्धांत देखा जाता है। न्यूक्लिक एसिड पानी में घुलनशील होते हैं लेकिन कार्बनिक सॉल्वैंट्स में अघुलनशील होते हैं। बढ़ते तापमान, पराबैंगनी विकिरण से ये बायोपॉलिमर नष्ट हो जाते हैं।
निष्कर्ष के बजाय
विभिन्न प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड के अलावा, कार्बोहाइड्रेट मैक्रोमोलेक्यूल्स हैं। उनकी संरचना में पॉलीसेकेराइड में सैकड़ों मोनोमर्स होते हैं, जिनमें एक सुखद मीठा स्वाद होता है। मैक्रोमोलेक्यूल्स की पदानुक्रमित संरचना के उदाहरणों में जटिल सबयूनिट्स के साथ प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड के विशाल अणु शामिल हैं।
उदाहरण के लिए, गोलाकार प्रोटीन अणु की स्थानिक संरचना अमीनो एसिड के पदानुक्रमित बहुस्तरीय संगठन का परिणाम है। व्यक्तिगत स्तरों के बीच घनिष्ठ संबंध है, उच्च स्तर के तत्व निचली परतों से जुड़े हुए हैं।
सभी बायोपॉलिमर एक समान महत्वपूर्ण कार्य करते हैं। वे जीवित कोशिकाओं के लिए निर्माण सामग्री हैं, वंशानुगत जानकारी के भंडारण और संचरण के लिए जिम्मेदार हैं। प्रत्येक जीवित प्राणी को विशिष्ट प्रोटीन की विशेषता होती है, इसलिए जैव रसायनविदों को एक कठिन और जिम्मेदार कार्य का सामना करना पड़ता है, जिसे हल करके वे जीवित जीवों को निश्चित मृत्यु से बचाते हैं।
