जीवरसायनशास्र

जीवरसायनशास्त्र : सजीवांचे रसायनशास्त्र ते जीवरसायनशास्त्र. सजीव ऊतकामध्ये (समान रचना व कार्य असणाऱ्या पेशींच्या समूहामध्ये) होणाऱ्या रासायनिक स्थित्यंतराच्या अभ्यासाला जीवरसायनशास्त्र असे म्हणतात. या शास्त्राचा पोषण, वैद्यक, ⇨ आनुवंशिकी, कृषी वगैरे मानवी जीवनाशी संबंधित असलेल्या अनेक शास्त्रांशी संबंध येतो. त्यामुळे या शास्त्रातील नवनवीन शोधांच्या मदतीने मानवाचे जीवनमान सुधारण्यास मदत झालेली दिसते. स्वतंत्र शास्त्र म्हणून हे अगदी अलीकडेच म्हणजे विसाव्या शतकाच्या प्रारंभापासूनच मान्यता पावले. या शास्त्राच्या सीमा जीवविज्ञान व भौतिकी आणि शरीरक्रियाविज्ञान व रसायनशास्त्र ह्यांच्याशी निगडित आहेत.

जीवरसायनशास्त्राची विभागणी मुख्यतः दोन विभागांत होते. एकामध्ये सजीव घटकांच्या रासायनिक विश्लेषणांचा विचार होतो. हा विभाग कार्बनी रसायनशास्त्राचा एक वैशिष्ट्यपूर्ण विभाग आहे. दुसऱ्या विभागात सजीव घटकांतील रसायनिक स्थित्यंतराचा म्हणजेच ⇨चयापचयाचा अभ्यास करण्यात येतो. अशाच प्रकारे आणखीही उपविभाग पडतात. ⇨जीवभौतिकी  हा त्यातलाच एक उपविभाग आहे. भौतिकीय रसायनशास्त्रातील नियम शरीरातही पाळले जातात. त्याची दखल या उपविभागात घेतली जाते.

इतिहास : पंधाराव्या शतकातील पॅरासेल्सस यांना पहिले जीवरसायशास्त्रज्ञ मानतात. ‘शरीरधर्म चालू राहण्यासाठी शरीरात अनेक रासायनिक प्रक्रिया होतात. त्यांमध्ये काही फरक किंवा दोष उत्पन्न झाल्यास आजार उद्‌भवतो व योग्य ती रासायनिक प्रक्रिया करून तो आजार बरा करता येतो’ असे त्यांनी प्रथम १५२७ मध्ये सांगितले. त्यानंतर सु. २०० वर्षांनी रीमर यांनी जाठररसाच्या मदतीने पचनक्रिया होते असे दाखविले. लव्हॉयझर यांनी १७७७ मध्ये ‘ज्वलना’चा प्रख्यात सिद्धांत प्रसिद्ध केला व चयापचयाच्या आधुनिक अभ्यासाचा पाया घातला. अठराव्या शतकाच्या मध्यास शील यांनी नासलेले दूध, सफरचंद, लिंबू व मूत्र यांमधून अनुक्रमे लॅक्टिक अम्ल, मॅलिक अम्ल, सायट्रिक अम्ल व यूरिक अम्ल शोधून काढले. वनस्पती हवा शुद्ध करतात हे प्रीस्टली यांनी दाखविले. प्रीस्टली, इंगेनहाउस व सेनेबायर यांनी ⇨प्रकाशसंश्लेषणासंबंधी (प्रकाशीय ऊर्जेचा उपयोग करून हरितद्रव्यांच्या साहाय्याने कार्बन डाय-ऑक्साइड व पाणी यांपासून साधी कार्बोहायड्रेटे तयार करणे व ऑक्सीजन मुक्त करणे या क्रियेसंबंधी) केलेल्या संशोधनामुळे जीवरसायनशास्त्राच्या विकासातील एक महत्त्वाचा टप्पा गाठला गेला. त्यांच्या कार्यामुळे प्रकाशसंश्लेषण ही श्वसनक्रियेच्या उलट होणारी क्रिया असल्याचे दिसून आले. जस्टस फोन लीबिक (१८०३–७३) यांच्यापासून आधुनिक जीवरसायनशास्त्रास सुरुवात झाली. पदार्थाचा कण जितका लहान तितका त्याला सजीव ऊतकातील अभिसरणास कमी विरोध होतो, असे त्यांनी दाखविले. त्यांनी अन्नाची विभागणी प्रथिने, कार्बोहायड्रेटे, मेद (स्निग्ध पदार्थ), खनिज द्रव्ये इत्यादींमध्ये केली. कृत्रिम खतांचे महत्त्वही लीबिक यांनीच प्रस्थापित केले. क्लॉड बर्नार्ड या फ्रेंच शरीरक्रियावैज्ञानिकांनी ग्लायकोजनाचा शोध लावला व यकृत हे कार्बोहायड्रेटाचा साठा करते, हे दाखवून दिले. जाठररसात हायड्रोक्लोरिक अम्ल असते हे इंग्लंडमध्ये प्राऊट यांनी १८२४ मध्ये दाखविले. त्याच वर्षी व्होलर यांनी पोटॅशियम सायनेट व अमोनियम कार्बोनेट यांच्या रासायनिक विक्रियेपासून यूरिया तयार करून जीवरसायनशास्त्राच्या नवीन युगास सुरुवात केली.

यीस्ट कोशिकांत (पेशींत) असलेली एंझाइमेच [जीवरासायनिक विक्रिया घडवून आणण्यास मदत करणारे प्रथिनयुक्त पदार्थच, → एंझाइमे] विघटनाच्या सर्व प्रक्रिया (ग्लुकोज → अल्कोहॉल → कार्बन डाय-ऑक्साइड + पाणी) घडवून आणतात असे पाश्चर (१८२२–९५) यांनी दाखविले. यामुळे प्राणी व वनस्पती यांमधील निरनिराळी एंझाइमे शोधण्याचे प्रयत्न होऊ लागले. समनर व नॉर्थ्रप ह्यांनी काही एंझाइमे स्फटिकरूपात मिळविण्यात यश मिळविले. निसर्गात सापडणाऱ्या कार्बोहायड्रेटे, प्रथिने, ⇨ॲमिनो अम्ले आणि प्युरिने ह्यांच्या संरचनेबाबत एमील फिशर यांनी बरीच माहिती प्रकाशात आणली. १८५०–९० या काळात अनेक शास्त्रज्ञांनी पाचक रस, रक्त आणि मूत्र यांसंबंधी माहिती जमा केली.

इ. स. १९०० सालानंतर जीवनसत्त्वे, एंझाइमे, हॉर्मोने (वाहिनीविहीन ग्रंथींतून स्रवणारे आणि रक्तात सरळ मिसळणारे स्राव) आणि खनिजे यांच्या शरीरातील महत्त्वाची शास्त्रज्ञांना जाणीव झाल्यावर तदनंतरच्या ५० वर्षांच्या काळात त्या सर्वांच्या गुणधर्मांबद्दल व कार्यांबद्दल बरीच माहिती मिळविण्यात आली आहे. कोशिकेत अन्नाचा चयापचय होतो व त्यामुळेच शरीराला उष्णता व ऊर्जा मिळते याचीही जाणीव झाली. रक्त, मूत्र व इतर उत्सर्जित पदार्थ ह्यांची रासायनिक चिकित्सा करण्यात येऊन त्यावरून रोगाबद्दलची अनुमाने काढण्यास सुरुवात झाली. रक्तशर्करेची पातळी मोजता येऊ लागल्यावर कार्बोहायड्रेटाच्या चयापचयाची तर माहिती मिळालीच पण मधुमेहाचीही चिकित्सा करता येऊ लागली. इन्शुलिनाचा शोध लागल्यावर मधुमेहाचे नियंत्रण करणेही सोपे झाले. १९१८ मध्ये बेनेडिक्ट यांनी मूल चयापचय परिणाम [→ चयापचय] मोजण्याची पद्धत शोधून काढल्यावर अवटू ग्रंथीच्या (श्वासनालाच्या पुढे आणि दोन्ही बाजूंस असणाऱ्या वाहिनीविहीन ग्रंथीच्या) रोगाचे निदान करणे सोपे जाऊ लागले. सिक्रेटिन या हॉर्मोनाचा शोध स्टार्लिंग यांनी १९०२ मध्ये लावला व नंतर जीवरसायनशास्त्राच्या या शाखेच्या पद्धतशीर अभ्यासास सुरुवात झाली. ग्रेव्हीज रोग (ग्रेव्ह यांनी शोधून काढलेला गलगंडाचा एक प्रकार) व ⇨ॲडिसन रोग  (ॲडिसन यांनी शोधून काढलेला अवटू ग्रंथीचा रोग) ह्यांची पूर्वी माहिती होती पण या रोगांशी संबंधित असलेल्या हॉर्मोनांची माहिती नव्हती. आता या हॉर्मोनांसंबंधी रासायनिक माहिती मिळालेली असून त्यांपैकी काहींचे रासायनिक संश्लेषण करण्यातही (कृत्रिम रीत्या तयार करण्यातही) यश मिळाले आहे. इरेन झॉल्यो-क्यूरी व तीचे पति फ्रेदेरिक झॉल्यो यांनी १९३४ मध्ये कृत्रिम किरणोत्सर्गाचा (भेदक कण वा किरण बाहेर टाकण्याच्या गुणधर्माचा) शोध लावल्यामुळे जीवरसायनशास्त्राच्या अभ्यासास एक प्रभावी साधन उपलब्ध झाले. फॉलिक अम्ल, ब_१२ जीवनसत्त्व इत्यादींचे गुणधर्म, प्रतिजैव (अँटिबायॉटिक) पदार्थांचा वापर, प्रतिपिंडांची (सूक्ष्मजंतू, त्यांची विषे व इतर विशिष्ट पदार्थांना विरोध करण्यासाठी रक्तद्रवात उत्पन्न होणाऱ्या पदार्थांची) निर्मिती वगैरे संशोधनामुळे पांडुरोग (ॲनिमिया), घटसर्प, आंत्रज्वर (टायफॉइड), कॉलरा वगैरेंसारख्या भयंकर रोगांपासून आता माणसाचे रक्षण करणे शक्य झाले आहे.

कोशिकेत चालणाऱ्या असंख्य प्रक्रियांसंबंधी अधिकाधिक माहिती उपलब्ध होत आहे. निरनिराळ्या ऊतकांतील कोशिकांचे कार्य भिन्न असले, तरी कोशिकांतील मूलभूत रसायने सारखीच असतात, हा सिद्धांत दृढ होत आहे. प्रथिने, लिपिडे (स्निग्ध पदार्थ), कार्बोहायड्रेटे ह्यांच्या चयापचयाच्या माहितीबरोबरच कोशिका ऊर्जा उत्पदनाचे काम कसे करते, हेही समजू लागले आहे.

कोणतीही कोशिका तिच्या मूलस्थानापासून अलग केल्यास जिवंत राहू शकत नाही. तसेच प्रत्येक सजीवाला शरीररचना, चयापचय व वाढ यांकरिता लागणारे घटक बाहेरून घ्यावे लागतात. हिरव्या वनस्पती आणि काही थोडे सूक्ष्मजंतू ह्यांचे पोषण अकार्बनी (असेंद्रिय) पदार्थांपासून होऊ शकते. प्रकाशसंश्लेषणाने ती कार्बनी संयुगे संश्लेषित करतात (शरीरात तयार करतात). मानवादी सजीव प्राण्यांना मात्र कार्बनी संयुगेच अन्नाद्वारे घ्यावी लागतात. सजीव प्राण्यांमध्ये वनस्पतींतील अनेक एंझाइमांचा अभाव आहे, ते आता स्पष्ट झाले आहे.

विषाणू (व्हायरस) व जीन (एका पिढीतून पुढच्या पिढीत आनुवंशिक लक्षणे नेणाऱ्या सुतासारख्या सूक्ष्म घटकांवरील म्हणजे गुणासूत्रांवरील लक्षणे निर्देशित करणारे एकक) यांचाही जीवरसायनशास्त्राच्या दृष्टीने अभ्यास करण्यात येत आहे. ⇨वर्णलेखन ⇨इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शक  इ. तंत्रांची या शोधात चांगलीच मदत होते. त्यामुळे हळूहळू कोशिकेच्या अंतरंगाच्या रचनेची कल्पना येऊ लागली आहे. कोशिका व तिच्या केंद्रकाबद्दलच्या (कोशिकेतील क्रियांवर नियंत्रण ठेवणाऱ्या जटिल गोलसर पुंजाबद्दलच्या) माहितीवरून प्रथिनाचे संश्लेषण आणि कोशिकेचे विभाजन कसे होते याबद्दल फार मोठ्या प्रमाणात संशोधन चालू आहे. विश्लेषणाची अत्यंत संवेदनशील साधने, संगणक (गणित कृत्ये करणारी यंत्रे), किरणोत्सर्गी समस्थानिके (अणुक्रमांक तोच पण भिन्न अणुभार असलेले त्याच मूलद्रव्याचे प्रकार) ह्यांच्या साहाय्याने कोशिकांचे प्रजनन, तसेच सजीव व निर्जीव यांमधील भेद दाखविणाऱ्या नाजुक विक्रियांचे शरीरात नियंत्रण कसे होते यांबद्दल माहिती उपलब्ध होत आहे. डीऑक्सिरिबोन्यूक्लिइक अम्लाचे [डीएनएचे, → न्यूक्लिइक अम्ले] आनुवंशिकीतील महत्त्व आता सर्वमान्य झाले आहे. आनुवंशिकीतील विविध समस्यांचा उलगडा होण्याकरिता गुणसूत्रे व न्यूक्लिइक अम्ले यांवर बरेच संशोधन चालू आहे. १९५०–५३ या काळात चार्गाफ यांनी रिबोन्यूक्लिइक डीएनएतील निरनिराळ्या घटकांचे एकमेकांशी नाते दाखविले. वॉटसन व क्रिक यांनी डीएनए रेणू गोल जिन्यांप्रमाणे असलेल्या दोन शृंखलांचा असतो, असे १९५३ मध्ये दाखविले. १९६५ मधील नोबेल पारितोषिक विजेते फ्रांस्वा झाकॉब व झाक मॉनो यांनी नियंत्रक जीनांची कल्पना मांडली. मूळचे भारतीय व आता अमेरिकेन नागरिकत्व स्वीकारलेले शास्त्रज्ञ हरगोविंद खोराना यांना जननिक संकेतासंबंधी केलेल्या संशोधनाबद्दल १९६९ मध्ये नोबेल पारितोषिक देण्यात आले. निर्जीव रासायनिक संयुगांपासून प्रयोगशाळेत कृत्रिम पद्धतीने जीव निर्माण करणे हे एक शास्त्रज्ञांना मोठे आव्हान असून त्या दिशेने त्यांची वाटचाल चाललेली आहे.

व्याप्ती : या शास्त्राचे क्षेत्र इतके वाढलेले आहे की, अभ्यासाच्या दृष्टीने त्याच्या निरनिराळ्या विशेष शाखा करणे अवश्य झाले आहे. त्यांपैकी काही शाखांचा (उदा., पोषण, रुग्णांच्या निदानात उपयोगात येणारे रसायनशास्त्र) आपल्या दैनंदिन जीवनाशी संबंध येतो. तथापि सबंध जीवरसायनशास्त्राचा विचार केल्यास त्याला सैद्धांतिक विज्ञानातच महत्त्वाचे स्थान प्राप्त झालेले आहे यात शंका नाही.

सजीव सृष्टीच्या व्यवहाराचा अभ्यास करताना जीवाचे विश्लेषण रेणूपर्यंत करावयाचे हे जीवरसायनशास्त्राचे अंतिम ध्येय आहे. म्हणून १९५० पासून या विषयासाठी ⇨रेणवीय जीवविज्ञान  हा नवा शब्दप्रयोग वापरण्याची प्रवृत्ती आहे. रेणूच्या स्वरूपात जीवाचे वर्णन करताना रासायनिक प्रक्रियांच्या साहाय्याने कोशिकेच्या जटिल अंतरंगात होणाऱ्या फेरफारांची दखल घेणे आवश्यक असते [→ चयापचय]. वाढ, प्रजोत्पादन, आनुवंशिकता वगैरे एकमेकांवर अवलंबून असलेल्या विषयांतील अनेक समस्या अजून अनुत्तरित आहेत. कोशिकेतील क्रिया माहीत झाल्या की, बहुकोशिकीय जीवातील क्रिया समजणे कठीण नाही पण या सर्व क्रिया अतिशय गुंतागुंतीच्या असल्यामुळे त्यांची संपूर्ण माहिती होण्यासाठी बराच कालावधी लागेल.

सजीवांतील रासायनिक घटक : निरनिराळ्या सजीवांच्या रासायनिक घटकांचे प्रमाण एकसारखेच असते असे नाही. तसेच एकाच जीवातील निरनिराळी ऊतके, रक्त, स्नायू, यकृत, हाडे, दूध वगैरेंमधील घटकांचे प्रमाण एकमेकांहून फारच वेगळे असते पण कोशिकेचे गुणधर्म मात्र बरेच समान असतात.

प्रत्येक कोशिकेत पाणी व खनिजे द्रव्ये यांशिवाय शर्करा किंवा कार्बोहायड्रेटे, मेद, प्रथिने, न्यूक्लिओप्रथिने (कोशिकेच्या केंद्रकातील प्रथिने) इ. कार्बनी संयुगे असतात. या वर्गांत न बसणारी संयुगे कोशिकेत असतात पण त्यांचे प्रमाण अत्यल्प असते.

         मानवी शरीरातील मूलद्रव्यांचे सरासरी प्रमाण 

            (माणसाचे वजन ७० किग्रँ. मानून).

सजीवांच्या रासायनिक रचनेचे अजून पूर्ण ज्ञान झालेले नाही. विशेषतः प्रथिने, न्यूक्लिओप्रथिने वगैरे जटिल रेणूंचे गुणधर्म, रेणुरचना इत्यादींविषयी अजून बरेच अज्ञान आहे. मानवी शरीरातील मूलद्रव्यांचे सरासरी प्रमाण सोबतच्या कोष्टकात दिले आहे.

यांशिवाय कोबाल्ट, जस्त, सिलिकॉन, ॲल्युमिनियम, ब्रोमीन, फ्ल्युओरीन इ. द्रव्ये अत्यंत सूक्ष्म प्रमाणात मानवी शरीरात असतात.

कार्बोहायड्रेटे : जगातील सर्व लोकांच्या आहारात ५० ते ७० प्रतिशत भाग कार्बोहायड्रेटांच्या रूपात असतो. कडधान्ये, तृणधान्ये, रताळी, बटाटे वगैरे प्रकारच्या अन्नप्रकारांत ते स्टार्च स्वरूपात विपुल असते. हवेतील कार्बन डाय-ऑक्साइड व जमिनीतील पाणी यांपासून वनस्पती स्टार्च व तत्सम पदार्थ संश्लेषित करतात. प्राणी या स्टार्चवर अवलंबून असतो. जठरांत्रमार्गामध्ये (जठर व आतडी यांच्या मार्गात) ह्या स्टार्चाचे एंझाइमांच्या साहाय्याने एकशर्करेत म्हणजे सर्वांत साध्या प्रकारच्या कार्बोहायड्रेटात (मुख्यतः ग्लुकोजात) रूपांतर होऊन तिचे शोषण होते. शरीरातील निरनिराळी कार्ये ह्या शोषित ग्लुकोजाच्या साह्याने चालतात. यकृत व स्नायू यांमध्ये ती ग्लायकोजेन या बहुशर्करेच्या (जटिल प्रकारच्या कार्बोहायड्रेटांच्या) रूपात साठविली जाते. ग्लुकोजाचे ⇨ऑक्सिडीभवन  होऊन शरीराला ऊर्जा व उष्णता मिळते. स्नायूंचे आकुंचन, शरीरातील निरनिराळ्या प्रक्रिया या ऊर्जेच्या साहाय्याने चालतात [→ कार्बोहायड्रेटे चयापचय].

प्रथिने व न्यूक्लिओप्रथिने : शरीराला आवश्यक असणाऱ्या कॅलरींपैकी १० ते १५ प्रतिशत कॅलरी आहारातील प्रथिनांपासून मिळणे आवश्यक असते. गहू, निरनिराळ्या प्रकारच्या डाळी, वाटाणा, सोयाबीन, भुईमूग, काजू, बदाम तसेच मांस, मासे, अंडी, दूध यांमध्ये प्रथिने असतात. वनस्पती आपली प्रथिने जमीन व हवेपासून मिळणाऱ्या अकार्बनी संयुगांपासून संश्लेषित करतात. प्राणी मात्र प्रथिनांसाठी वनस्पतींवर अवलंबून असतात. कारण प्राण्यांतील कोशिका हवेतील नायट्रोजनाचा सरळ उपयोग करू शकत नाहीत. स्नायूंची योग्य वाढ होण्यासाठी व शरीराची दैनंदिन होणारी झीज भरून काढण्यासाठी प्रथिने हा आहारातील आवश्यक भाग आहे. प्रथिन रेणू जरी जटिल असला, तरी त्याचे संश्लेषण मात्र साध्या ॲमिनो अम्लांपासून होते. जठरांत्रमार्गात शोषिल्या गेलेल्या ॲमिनो अम्‍लांपासून प्रत्येक जीवमात्र आपली विशिष्ट प्रथिने संश्लेषित करतो. निरनिराळ्या जातींच्या सजीव प्राण्यांमध्ये इतर अनेक संयुगे एकसारखीच आढळतात पण प्रथिने व न्यूक्लिओप्रथिने मात्र त्या त्या प्राण्याची विशिष्ट अशीच असतात. डीएनए व आरएनए ह्या न्यूक्लिइक अम्लांच्या साहाय्याने हे विशिष्ट प्रथिन संश्लेषणाचे कार्य शरीरामध्ये चालते [→ प्रथिने न्यूक्लिइक अम्ले चयापचय].

मेदयुक्त पदार्थ : शरीराला २० ते २५ प्रतिशत कॅलरी आहारातील मेदयुक्त पदार्थांपासून मिळणे आवश्यक असते. दूध, अंडी, मांस, मासे, तेलबिया वगैरेंमध्ये मेदयुक्त पदार्थ असतात. अतृप्त (ज्यांच्या संरचनेतील कार्बन अणू एकमेकांना एकापेक्षा जास्त बंधांनी जोडले गेले आहेत अशी) मेदाम्ले व मेदविद्राव्य (मेदात विरघळणारी) जीवनसत्त्वे यांमुळे मेदयुक्त पदार्थांचे आहारात विशेष महत्त्व असते. मेदाच्या प्रत्येक ग्रॅमपासून मिळणारी ऊर्जा (९ कॅलरी) ही प्रथिने (४ कॅलरी) किंवा कार्बोहायड्रेटे (४ कॅलरी) यांपासून मिळालेल्या ऊर्जेपेक्षा अधिक असते. मेदाम्ले, ग्लिसरॉल, फॉस्फोलिपिडे, कोलेस्टेरॉल ही यांमधील महत्त्वाची संयुगे आहेत. ही जलविद्राव्य नसतानाही प्रथिनाच्या साहाय्याने त्यांचे वहन होते. रोहिणी विलेपी विकार (रोहिणींतील सर्वांत आतील थरात मेदयुक्त पदार्थ व कोलेस्टेरॉल साचल्यामुळे होणारा विकार), हृद्रोग वगैरे रोगांत कोलेस्टेरॉल व ट्रायग्लिसराइडे ह्यांची पातळी वाढलेली दिसून आल्यामुळे हृद्रोगावरील अलीकडच्या संशोधनात रक्तातील कोलेस्टेरॉल व ट्रायग्लिसराइडे, फॉस्फोलिपिडे व लिपोप्रथिने ह्यांच्या अभ्यासास फार महत्त्व आले आहे. लिपोप्रथिनांच्या अभ्यासासाठी विद्युत् संचारण तंत्राचा (विद्युत् क्षेत्राच्या प्रभावाखाली द्रवातील लोंबकळत्या कणांच्या होणाऱ्या संचारणाचा उपयोग करणाऱ्या तंत्राचा) मोठ्या प्रमाणात उपयोग करतात [→ लिपिडे चयापचय].

जीवनसत्त्वे : जीवनसत्त्वांचे अन्नातील महत्त्व अनन्यसाधारण आहे. अनेक जीवनसत्त्वांचा शोध विसाव्या शतकातच लागला आहे. आहारात सर्व जीवनसत्त्वे योग्य प्रमाणात घेतल्यास शरीर दीर्घकाल निरोगी राहते, हे आता सर्वमान्य झाले आहे [→ जीवनसत्त्वे].

खनिजे द्रव्ये : शरीराला खनिज द्रव्यांची गरज असते व आहारातून त्यांचा नियमित पुरवठा होणे आवश्यक असते. कॅल्शियम, सोडियम इ. खनिजांची जास्त गरज असते तर लोह, कोबाल्ट, आयोडीन अशी खनिजे कमी प्रमाणात लागतात. या प्रत्येक खनिजाचे शरीरात ठराविक कार्य असते त्यामुळे एखादे खनिज द्रव्य आहारात कमी पडले, तर त्रुटिजन्य रोग उद्‌भवतो [→ पोषण].

पाणी : प्राण्यांच्या शरीरात व वनस्पतीमध्ये सु. ६० ते ८० प्रतिशत पाणी असते. शरीरातील रक्ताभिसरण, पचन, शोषण, उत्सर्जन इ. नित्याच्या सर्व क्रिया पाण्यामुळेच योग्य प्रकारे होऊ शकतात. शरीरात पाणी कोशिका, अस्थी, ऊतके इ. निरनिराळ्या भागांत विखुरलेले असून त्यामध्ये एक प्रकारची समतोलता राखलेली असते. पाण्याशिवाय प्राणी फार दिवस जगू शकत नाही [→ चयापचय].

चयापयाचे नियमन : चयापचयाच्या क्रिया गुंतागुंतीच्या दिसल्या, तरी त्या सामान्यतः सुरळीतपणे होत असतात. काही  विशिष्ट यंत्रणेमुळे त्यांचे नियमन होत असावे असे दिसते. शरीरात ग्लुकोज वापरला जात असूनही, यकृताकडून होत असलेल्या पुरवठ्यामुळे ग्लुकोजाची पातळी निरनिराळ्या ऊतकांत ठराविक मर्यादेत राखली जाते. याचप्रमाणे यकृताकडून ऊतकांना पुरविल्या जाणाऱ्या ॲमिनो अम्लांची पातळीही ठराविक मर्यादेत राखली जाते. ऊतकांची ही गरज यकृताला कशी कळते हे अद्याप समजलेले नाही. आहारातील अनेक घटकांचे प्रमाण वेळोवेळी वेगवेगळे असले, तरी सर्वसाधारणपणे शरीरातील घटकांचे प्रमाण विशिष्ट मर्यादेत राखले जाते.

विविध प्रक्रियांमुळे उत्पन्न झालेले घटक प्रक्रियांचा वेग कमी किंवा जास्त करतात, तर कधीकधी प्रक्रिया पूर्णपणे थांबविली जाते, हे आता जीवरसायनशास्त्रज्ञांना माहीत झालेले आहे. अशा प्रकारच्या नियमनाला पश्चभरण यंत्रणा असे म्हणतात. कोशिकेतील घटकांमध्ये समतोल राखण्यासाठी ही एक जलद यंत्रणा आहे.

श्वसन : ऑक्सिजन शरीरात घेतल्यावर त्याचे कार्बन डाय-ऑक्साइडात रूपांतर होऊन तो शरीराबाहेर सोडणे, हे श्वसनाचे मुख्य कार्य होय. ऑक्सिजनाची रक्तातील हीमोग्लोबिनाच्या (लाल कोशिकांतील रंगद्रव्याच्या) साहाय्याने झालेली शरीरातील वाहतूक, ऊतकामध्ये त्याचे कार्बन डाय-ऑक्साइडामध्ये झालेले रूपांतर, हा कार्बन डाय-ऑक्साईड रक्ताचे pH मूल्य [→ पीएच मूल्य ]न बदलता हवेत सोडणे वगैरे सर्व गुतांगुंतीच्या प्रक्रियांचा या विषयात अभ्यास होतो [→ श्वसन तंत्र]. या ऑक्सिजनाचा शरीराला प्रत्यक्ष ऊर्जा मिळविण्यासाठी कसा उपयोग होतो ह्याचाही अभ्यास होत आहे [→ ऑक्सिडीभवन].

पचन, शोषण व स्रवण : अन्नातील रेणू हे मोठे व जटिल असतात. पचनक्रियेमुळे त्यांचे लहान रेणूंत रूपांतर झाल्यावरच त्यांचे शोषण शक्य होते. अनेक एंझाइमांद्वारे पचनक्रियेचे काम चालते. एंझाइमांच्या मदतीला हायड्रोक्लोरिक अम्ल, पित्तरस वगैरे जैविक विद्रावांचीही मदत होते. या लहान लहान रेणूंचे निरनिराळ्या क्रियायंत्रणेच्या साहाय्याने शोषण झाल्यावर त्यांपासून शरीरोपयोगी संयुगे संश्लेषित होतात. योग्य त्या प्रमाणात योग्य त्या ठिकाणी त्यांचे स्रवण होते.

हॉर्मोने : ही शरीरात संश्लेषित होतात. शरीरातील चयापचयाचे नियोजन हॉर्मोने करतात असे म्हणणे फारसे चूक होणार नाही. हॉर्मोनांचा पुढील तीन दृष्टींनी विचार करतात : (१) शारीरिक क्रियांवरील परिणाम, (२) त्यांची संरचना व (३) क्रियायंत्रणा. यांपैकी हॉर्मोनांचा शारीरिक क्रियांवरील परिणाम हा शरीरक्रियावैज्ञानिकांच्या अभ्यासाचा खास विषय आहे. थायरॉक्सीन, ॲड्रेनॅलीन, इन्शुलीन वगैरे अनेक हॉर्मोनांची संरचना आता माहीत झाली असून त्यांपैकी काहींचे प्रयोगशाळेत संश्लेषण करण्यात आले आहे. त्यामुळे मधुमेहासारख्या अनेक रोगांवर नियंत्रण ठेवणे शक्य होत आहे [→ हॉर्मोने].

रक्त आणि इतर देहद्रव्ये : जीवरसायनशास्त्रज्ञांनी अगदी पूर्वीपासूनच रक्ताची परीक्षा करण्यास सुरुवात केली. शरीरातील इतर कोणत्याही ऊतकापेक्षा रक्तातील घटकांची माहिती आपल्याला जास्त आहे. रोगाचे निदान करताना रक्तातील किंवा रक्तरसातील (रक्त गोठल्यावर उरणाऱ्या कोशिकाविरहित निवळ द्रवातील) घटकांची तपासणी करणे, हा आधुनिक वैद्यकशास्त्रातील एक आवश्यक भाग झालेला आहे [→ रक्त]. रक्ताप्रमाणेच मूत्र, मल, मस्तिष्क-मेरुद्रव (मेंदू व मेरुरज्जू, म्हणजे मेंदूच्या मागील भागापासून निघणारा व पाठीच्या कण्यातून जाणारा मज्जातंतूंचा जुडगा, यांच्या पोकळ्यांतील द्रव) इ. देहद्रव्यांतील घटकांची माहितीही अनेक वेळा रोगनिदान करण्यास उपयोगी पडते. या घटकांचे आमापन करण्यासाठी निरनिराळ्या पद्धती प्रचारात आहेत [→ आमापन, जैव].

जीन व आनुवंशिकता : जीनच्या स्वयंद्विगुणनाच्या (स्वतःच घडवून आणलेल्या समान विभागणीच्या) प्रवृत्तीमुळे कोशिकेतील आनुवंशिक गुणधर्मांचे सातत्य टिकून राहते. विसाव्या शतकातील हे संशोधन अत्यंत महत्त्वाचे मानण्यात येते. जीनची रासायनिक संरचना, स्वयंद्विगुणनाचा गुणधर्म, डीएनए व आरएनए यांच्या द्वारे कोशिकेतील प्रथिनांचे संश्लेषण यांविषयी आता भरपूर माहिती उपलब्ध झालेली आहे. सूक्ष्मजंतू व प्राणी ह्यांच्या जीवनव्यवहाराचा अधिक अभ्यास करण्यासाठी या सर्व ज्ञानाचा फार उपयोग होत आहे.

क्रमविकास (उत्क्रांती) व जीवोत्पत्ती : सजीव प्राणी अनेक रासायनिक संयुगांचा बनलेला असला, तरी निर्जीव संयुगांत सजीवता निर्माण करणे अजून तरी शास्त्रज्ञांना शक्य झालेले नाही. प्रथिनांची संरचना, प्रयोगशाळेत संश्लेषित केलेली काही प्रथिने, डीएनए आणि आरएनए यांचे कोशिकांतील कार्य, कोशिकेचे इतर अंतरंग व संरचना यांविषयीच्या ज्ञानात जसजशी भर पडत आहे तसतशी निर्जीव संयुगात सजीवता आणणे शक्य होईल, असे शास्त्रज्ञांना अधिकाधिक वाटू लागले आहे.

संशोधनाची विविध साधने : जीवरसायनशास्त्रातील संशोधनात ज्या उपकरणांचा व तंत्रांचा उपयोग केला जातो त्यात वर्णमापके (रंगाची छटा, शुद्धता व तेजस्विता मोजणारी उपकरणे), वर्णलेखन, विद्युत् संचारण तंत्र व अतिकेंद्रोत्सारित्र (अत्युच्च वेगाने फिरणाऱ्या पात्राचा उपयोग करून केंद्रापासून दूर ढकलणाऱ्या प्रेरणेने अतिसूक्ष्म कण अलग करणारे उपकरण) ह्यांचा उल्लेख करणे आवश्यक आहे. अलीकडे किरणोत्सर्गी समस्थानिकांचा विविध प्रक्रिया समजण्यासाठी फार मोठ्या प्रमाणात उपयोग करण्यात येतो. ग्लायसिनासारखी ॲमिनो अम्ले बनविण्यासाठी या पद्धतीचा उपयोग येतो. किरणोत्सर्गी समस्थानिकांच्या साहाय्याने शरीरातील रासायनिक प्रक्रियांचा मागोवा घेणे सोपे झाले आहे. अनुस्फुरणमापक (विद्युत् चुंबकीय प्रारण पडल्यास प्रकाशमान होणाऱ्या पदार्थापासून मिळणाऱ्या प्रकाशाचे मापन करून विशिष्ट पदार्थाचे प्रमाण मोजणारी उपकरणे), वर्णपट प्रकाशमापके (वर्णपटातील निरनिराळ्या भागांची सापेक्ष तीव्रता मोजणारी उपकरणे), pH मापके, जलद गतीची केंद्रोत्सारित्रे, व्हारबुर्ख यांचा दाबमापक, व्हॅन स्लाइक यांचे वायु-विश्लेषणाचे उपकरण इ. साधनांची संशोधनामध्ये अधूनमधून गरज पडते.

संशोधनाची भारतातील प्रगती : भारतामध्ये बंगलोर येथील इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्स येथे गेली ६० वर्षे जीवरसायनशास्त्रातील संशोधन चालू आहे. भारतातील बहुतेक सर्व विद्यापीठांत या शास्त्राच्या पदव्युत्तर अभ्यासाच्या सोयी उपलब्ध आहेत. वैद्यकीय महाविद्यालयांत तसेच वनस्पतिविज्ञान, प्राणिविज्ञान व कृषी या विषयांतील संशोधन-संस्थांमध्येही बरेच संशोधन चालते. हैदराबादच्या नॅशनल इन्स्टिट्यूट ऑफ न्यूट्रिशन या संस्थेने भारतीय आहारविषयक बरेच संशोधन केलेले आहे. कै. वि. ना. पटवर्धन हे या संस्थेचे पहिले भारतीय प्रमुख होते. त्यांनी लिहिलेल्या भारतीय आहार  या पुस्तकात बरीच संशोधनात्मक माहिती संकलित केलेली आहे. म्हैसूरच्या सेंट्रल फूड टेक्नॉलॉजिकल रिसर्च या संस्थेतून खाद्यान्नावर बरेच संशोधन होत आहे. दिल्लीच्या ऑल इंडिया इन्स्टिट्यूट ऑफ मेडिकल सायन्सचे संचालक व्ही. रामलिंगस्वामी हे जागतिक कीर्तीचे जीवरसायनशास्त्रज्ञ आहेत. याच संस्थेतील जी. पी. तलवार ह्यांचे हॉर्मोनांवरील संशोधन प्रसिद्ध आहे. वेलोर येथील बी. के. बचावत ह्यांची मेंदूतील रासायनिक प्रक्रियेवरील संशोधनाबद्दल कीर्ती आहे. महाराष्ट्रात मुंबई, पुणे, नागपूर, औरंगाबाद, अहमदनगर येथे या विषयाचे पदव्युत्तर शिक्षण घेण्याच्या सोयी उपलब्ध आहेत. पुणे येथील नॅशनल केमिकल लॅबोरेटरी तसेच मुंबई येथील भाभा अणुसंशोधन केंद्र, टाटा फंडामेंटल रिसर्च सेंटर, इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्स, विल्सन महाविद्यालय, वैद्यकीय महाविद्यालये इ. ठिकाणी या शास्त्रातील संशोधन चालते.

या विषयातील अनेक भारतीय शास्त्रज्ञांनी भारताबाहेर संशोधन करून जागतिक कीर्ती मिळविली आहे. वाय्. सुब्बराव ह्यांची फॉस्फरसाच्या मापनाची पद्धती सर्वमान्य झाली आहे. एस्. जे. वकील व जे. गांगुली यांनी मेदाम्लाच्या चयापचयावर संशोधन केलेले आहे. खोराना यांच्या जननिक संकेतावरील संशोधनाला जागतिक मान्यता मिळाली आहे.

इंडियन जर्नल ऑफ मेडिकल रिसर्च, इंडियन जर्नल ऑफ मेडिकल सायन्स, इंडियन जर्नल ऑफ बायोकेमिस्ट्री अँड बायोफिजिक्स  या नियतकालिकांतून भारतात या विषयासंबंधीचे संशोधनात्मक लेख प्रसिद्ध होतात.

प्रमुख जागतिक संस्था आणि नियतकालिके : फ्रान्समधील स्ट्रासबर्ग विद्यापीठात शरीरक्रिया रसायनशास्त्राची पहिली संस्था अर्न्स्ट फेलीक्स होप-सायलर यांच्या मार्गदर्शनाखाली १८७२ मध्ये स्थापन झाली. अमेरिकेत येल विद्यापीठात जीवरसायनशास्त्राच्या पदवीपर्यंतच्या शिक्षणक्रमाची १८८० मध्ये सोय करण्यात आली. १९०० सालानंतर या विषयीचे उच्च शिक्षण घेण्याची सोय अनेक विद्यापीठांत करण्यात आली. बऱ्याच ठिकाणी शरीरक्रियाविज्ञान विभागातूनच जीवरसायनशास्त्र विभाग विकसित झाला. केंब्रिज विद्यापीठातील शरीरक्रियाविज्ञान विभागातील रसायनशास्त्र प्रयोगशाळेचे प्रमुख फ्रेडरिक जी. हॉफकिन्स यांची त्या विद्यापीठातील जीवरसायनशास्त्राच्या स्वतंत्र विभागाच्या प्रमुख पदावर १९१४ मध्ये नेमणूक झाली.

संशोधन-संस्थांची संख्या वाढण्याबरोबरच त्यांमध्ये होणारे संशोधन प्रसिद्ध करणाऱ्या नियतकालिकांची संख्याही वाढत गेली. केवळ जीवरसायनशास्त्राला वाहिलेले नियतकालिक त्या काळी प्रसिद्ध होत नसल्यामुळे बऱ्याच वेळेला असे संशोधन रसायनशास्त्र, शरीरक्रियाविज्ञान, वैद्यक इ. शाखासंबंधीच्या नियतकालिकांतून प्रसिद्ध होत असे. १८७१ मध्ये आर्. मॅली यांनी Jahres-Bericht über die Fortschritle der Tier-Chemie  हे नियतकालिक सुरू केले व ते १९१९ पर्यंत वार्षिक या स्वरूपात प्रसिद्ध होत होते. यामध्ये जगात सर्वत्र प्रसिद्ध झालेल्या जीवरसायनशास्त्रीय संशोधनाचा सारांश देण्यात येत असे. केवळ जीवरसायनशास्त्रालाच वाहिलेले असे पहिले नियतकालिक Zeitschrift für Physiologische Chemie  हे होप-सायलर यांनी १८७७ साली सुरू केले. अमेरिकेती जर्नल ऑफ बायॉलॉजिकल केमिस्ट्री  (स्थापना १९०५) व ब्रिटनमधील बायोकेमिकल जर्नल (स्थापना १९०६) ही जीवरसायनशास्त्रावरील इंग्लिश भाषेतील प्रमुख नियतकालिके होत. ब्रिटन, अमेरिकेप्रमाणेच जर्मनी, जपान, स्वीडन, रशिया इ. अनेक देशांत जीवरसायनशास्त्राचे उच्च शिक्षण घेण्याच्या सोयी उपलब्ध आहेत. या विविध देशांमध्ये निरनिराळ्या नियतकालिकांतून संशोधनपर लिखाण नेहमी प्रसिद्ध होते.

अमेरिकेतील फिजिऑलॉजिकल सोसायटीच्या काही सभासदांनी १९०६ मध्ये अमेरिकन सोसायटी ऑफ बायॉलॉजिकल केमिस्ट्स ही संस्था स्थापन केली व या संस्थेतर्फेच जर्नल ऑफ बायॉलॉजिकल केमिस्ट्री  हे नियतकालिक प्रसिद्ध होते. ब्रिटिश बायॉलॉजिकल सोसायटी ही संस्थाही तेथील फिजिऑलॉजिकल सोसायटीमधूनच १९११ साली स्थापन झाली व या संस्थेतर्फे बायोकेमिकल जर्नल  हे नियतकालिक चालविले जाते.

संदर्भ : 1. Campbell, P. N. Greenville, G. D., Eds. Essays in Biochemistry, New York, 1965.

           2. Conn, E. E. Stumpf, P. K. Outlines of Biochemistry, New York, 1963.

           3. Haldane, J. B. S. The Biochemistry of Genetics, New York, 1954.

           4. Hoffmann, K. Chemistry of Life, New York, 1964.

           5. Karlson, P. Introduction to Modern Biochemistry, New York, 1965.

           6. Light, R. J. A Brief  Introduction to Biochemistry, New York, 1968.

           7. Pauling, L. C. Itano, H. A., Eds. Molecular Structure and Biological Specificity, Washington, 1961.

          8. West, E. S. Todd, W. R. Textbook of Biochemistry, New York, 1961.

          9. White, A. Handler, P. Smith, E. L. Principles of Biochemistry , New York, 1964.

जोशी, ना. गो.

“