હરિતદ્રવ્ય

તેનું નામ ગ્રીક શબ્દો χλωρός (ક્લોરોસ "હરિત") અને φύλλον (ફિલોન "પર્ણ") પરથી બન્યું છે. હરિતદ્રવ્ય વિદ્યુતચુંબકીય વર્ણપટમાં રાતા હિસ્સા અગાઉ આવતા વાદળી હિસ્સામાં પ્રકાશનું અત્યંત મજબુતાઇથી શોષણ કરે છે. જો કે વર્ણપટના હરિત અને હરિત નજીકના હિસ્સાનું નબળું શોષક છે માટે હરિતદ્રવ્ય ધરાવતી પેશીનો રંગ લીલો હોય છે. હરિતદ્રવ્ય સૌપ્રથમ જોસેફ બીનેઇમી સેવેન્ટુ અને પીએરી જોસેફ પેલેટીયર દ્વારા 1817માં છૂટું પાડવામાં આવ્યું હતું.

હરિતદ્રવ્ય પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે અતિમહત્ત્વનો પદાર્થ છે. પ્રકાશસંશ્લેષણ દ્વારા છોડ પ્રકાશમાંથી ઊર્જા મેળવી શકે છે. હરિતદ્રવ્ય પરમાણુઓ હરિતકણના થાયલેકોઇડ પટલમાં આવેલા રંજકદ્રવ્યતંત્રમાં અને તેની આસપાસ ગોઠવાયેલા હોય છે. આ સંકિર્ણમાં હરિતદ્રવ્ય બે મુખ્ય કાર્ય કરે છે. મોટા ભાગના (રંજકદ્રવ્યતંત્ર દીઠ સેંકડો પરમાણુઓ) હરિતદ્રવ્યનું મુખ્ય કાર્ય પ્રકાશનું શોષણ કરવાનું અને તે પ્રકાશ ઊર્જાને અનુનાદ ઊર્જા તબદીલી મારફતે રંજકદ્રવ્યતંત્રોના પ્રકિયા કેન્દ્રમાં આવેલી હરિતદ્રવ્યની ચોક્કસ જોડી સુધી પહોંચાડવાનું છે. હરિતદ્રવ્ય જે પ્રકાશનું શોષણ કરે છે તે પ્રકાશની તરંગલંબાઇ અંગે પસંદગી ધરાવે છે માટે હરિતદ્રવ્યનો પરમાણુ ધરાવતા પર્ણનો રંગ લીલો દેખાય છે.

હાલમાં રંજકદ્રવ્યતંત્રના બે સ્વીકૃત એકમોમાં રંજકદ્રવ્યતંત્ર બિજું (II) અને રંજકદ્રવ્યતંત્ર પહેલું (I)નો સમાવેશ થાય છે, જેઓ પોતાના આગવા પ્રક્રિયા કેન્દ્ર હરિતદ્રવ્ય ધરાવે છે, જેઓ અનુક્રમે P680 અને P700 છે. આ રંગદ્રવ્યોને તેમની લાલ-ટોચ શોષણ મહત્તમ તરંગલંબાઇ (નેનોમીટરમાં)ને આધારે નામ આપવામાં આવ્યા છે. પ્રત્યેક રંજકદ્રવ્યતંત્રમાં હરિતદ્રવ્યના પ્રકારની ઓળખ, કાર્ય અને વર્ણપટીય ગુણધર્મો ભિન્ન છે અને તેમને તેમની આસપાસ આવેલા પ્રોટીન માળખાના આધારે એકબીજાથી અલગ પાડી શકાય છે. હરિતદ્રવ્ય રંગદ્રવ્યોને પ્રોટીનમાંથી બહાર કાઢીને (એસિટોન અથવા મિથેનોલ જેવા)દ્રાવકમાં ઓગાળ્યા બાદ હરિતદ્રવ્ય રંગદ્રવ્યોને સરળ પેપર ક્રોમેટોગ્રાફી પ્રયોગ દ્વારા છૂટા પાડી શકાય છે. અને હરિતદ્રવ્ય a અને હરિતદ્રવ્ય b વચ્ચેના ધ્રૂવીય જૂથની સંખ્યાને આધારે પેપર પર રાસાયણિક રીતે છૂટા પડશે.

પ્રક્રિયા કેન્દ્ર હરિતદ્રવ્યનું કાર્ય, ધનીકરણ વિભાજનની પ્રક્રિયા હાથ ધરવા માટે, રંજકદ્રવ્યતંત્રોમાં હરિતદ્રવ્ય રંગદ્રવ્યોમાંથી તેના દ્વારા શોષાયેલી અને તેને તબદીલ થયેલી ઊર્જાનો ઉપયોગ કરવાનું છે. તે એક ચોક્કસ રેડોક્સ પ્રક્રિયા છે જેમાં હરિતદ્રવ્ય ઇલેક્ટ્રોન પરિવહન સાંકળ તરીકે ઓળખાતી પરમાણ્વીય ઇન્ટરમિડીયેટ શ્રેણીને એક ઇલેક્ટ્રોન દાન કરે છે. ભારિત પ્રક્રિયા કેન્દ્ર હરિતદ્રવ્ય (P680⁺) બાદમાં એક ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારીને તેની ફરી તેની ધરા સ્થિતિમાં આવી જાય છે. રંજકદ્રવ્યતંત્ર બિજા (II)માં P680⁺ને રિડ્યુસ કરતો ઇલેક્ટ્રોન આખરે કેટલાક ઇન્ટરમિડીયેટ્સ મારફતે પાણીના O₂ અને H⁺માં થતા ઓક્સિડેશનમાંથી આવે છે. આ પ્રક્રિયા જે રીતે છોડ જેવું પ્રકાશસંશ્લેષક જીવતંત્ર O₂ વાયુ પેદા કરે છે તેના જેવી છે. અને પૃથ્વીના વાતાવરણમાં સમગ્ર ઓક્સિજનનો સ્ત્રોત છે. રંજકદ્રવ્યતંત્ર પહેલું (I) લાક્ષણિક રીતે રંજકદ્રવ્યતંત્ર બિજું (II) સાથે શ્રેણીમાં કામ કરે છે, આમ રંજકદ્રવ્યતંત્ર પહેલું (I)ના P700⁺નું સામાન્ય રીતે થાયલેકોઇડ પટલમાં આવેલા ઘણા ઇન્ટરમિડીયેટ મારફતે રંજકદ્રવ્યતંત્ર બિજું (II)ના ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા રિડક્શન થાય છે. થાયલેકોઇડ પટલમાં ઇલેક્ટ્રોન તબદીલી પ્રક્રિયા ઘણી જટીલ છે જો કે P700⁺નું રિડક્શન કરવા માટે ઇલેક્ટ્રોનનો સ્ત્રોત બદલાઇ શકે છે.

પ્રક્રિયાકેન્દ્ર હરિતદ્રવ્ય રંગદ્રવ્યો પેદા થયેલા ઇલેક્ટ્રોન પ્રવાહનો થાયલેકોઇડ પટલમાં H⁺ આયનને શટલ કરવા, મુખ્યત્વે એટીપી રસાયણ ઊર્જા પેદા કરવા વપરાતો કેમિઓસ્મોટિક પોટેન્શિયલ ઉભો કરવા ઉપયોગ થાય છે. અને આ ઇલેક્ટ્રોન NADP⁺નું રિડક્શન કરીને NADPH બનાવે છે જે CO₂નું શર્કરામાં રિડક્શન કરવા તેમજ અન્ય જૈવસંશ્લેષણ રિડક્શનમાં ઉપયોગમાં લેવાતો સાર્વત્રિક રિડક્ટન્ટ છે.

પ્રક્રિયાકેન્દ્ર હરિતદ્રવ્ય પ્રોટીન સંકિર્ણ પ્રકાશનું સીધું શોષણ કરવાની અને અન્ય હરિતદ્રવ્ય રંગદ્રવ્યો વગર ભાર વિભાજન પ્રક્રિયા હાથ ધરવાની ક્ષમતા ધરાવે છે. પરંતુ સમગ્ર વિભાગમાં શોષણ(ચોક્કસ પ્રકાશ તીવ્રતા હેઠળ ફોટોનના શોષણની શક્યતા) ઘણુ ઓછું હોય છે. આમ રંજકદ્રવ્યતંત્રમાં બાકી રહેલું હરિતદ્રવ્ય અને રંજકદ્રવ્યતંત્રો સાથે સંકળાયેલું એન્ટેના રંગદ્રવ્ય પ્રોટીન સંકિર્ણ તમામ સામૂહિક રીતે પ્રકાશ ઉર્જાનું શોષણ કરે છે અને તેને પ્રક્રિયા કેન્દ્રમાં લઇ જાય છે. હરિતદ્રવ્ય a ઉપરાંત એક્સેસરી રંગદ્રવ્યો તરીકે ઓળખાતા અન્ય રંગદ્રવ્યોનું પણ આ રંગદ્રવ્ય-પ્રોટીન એન્ટેના સંકિર્ણમાં ઉત્પાદન થાય છે.

 

હરિતદ્રવ્ય એક ક્લોરિન રંગદ્રવ્ય છે, જે હેમે જેવા અન્ય પોર્ફિરિન રંગદ્રવ્યો જેવા સમાન મેટોબોલિક પાથવે મારફતે પેદા થતા રંગદ્રવ્યો જેવા છે. ક્લોરિન રિંગની કેન્દ્રમાં મેગ્નેશિયમ આયન હોય છે. આ લેખમાં દર્શાવવામાં આવેલા માળખામાં વધુ સ્પષ્ટતા દર્શાવવા માટે Mg²⁺ કેન્દ્ર સાથે જોડાયેલા કેટલાક લિગાન્ડ દર્શાવેલા નથી. ક્લોરિન રિંગ લાંબી ફાયટોલ સાંકળ સહિત કેટલીક વિવિધ આડ સાંકળ ધરાવી શકે છે. એવા કેટલાક સ્વરૂપ છે કે પ્રાકૃતિક રીતે થાય છે પરંતુ પૃથ્વી પર છોડમાં વ્યાપકપણે જોવા મળતું સ્વરૂપ હરિતદ્રવ્ય a છે. હરિતદ્રવ્ય a ના સામાન્ય માળખા અંગે સૌ પ્રથમ સ્પષ્ટતા 1940માં હેન્સ ફિશર દ્વારા કરાઇ હતી અને 1960 સુધીમાં જ્યારે હરિતદ્રવ્ય a ની મોટા ભાગની સ્ટિરીયોકેમિસ્ટ્રી જાણીતી બની હતી ત્યારે રોબર્ટ બર્ન્સ વૂડવર્ડએ તે સમયે જાણીતા પરમાણુનું કુલ સંશ્લેષણ પ્રસિદ્ધ કર્યું હતું. 1967માં છેલ્લી બાકીની સ્ટિરીયોકેમિકલ સ્પષ્ટતા ઇયાન ફ્લેમિંગ દ્વારા પૂર્ણ કરવામાં આવી હતી. અને 1990માં વૂડવર્ડ અને સહ-લેખકોએ અપડેટેડ સંશ્લેષણો પ્રસિદ્ધ કર્યા હતા.

હરિતદ્રવ્યના વિવિધ માળખા નીચે મુજબ છે

છોડ ઘરડો થવાની પ્રક્રિયામાં જ્યારે પાંદડા લીલો રંગ ગુમાવવા માંડે છે ત્યારે હરિતદ્રવ્ય સામાન્ય માળખું ધરાવતા નોનફ્લોરોસન્ટ હરિતદ્રવ્ય કેટાબોલિટ્સ (એનસીસી) તરીકે ઓળખાતા રંગહીન ટેટ્રાપાયરોલના જૂથમાં ફેરવાય છે.

આ સંયોજનો કેટલાક પાકા ફળમાં પણ ઓળખી શકાયા છે.

 

છોડના પદાર્થમાંથી તેને છૂટું પાડવા વપરાયેલા દ્રાવક દ્વારા પ્રકાશના શોષણનું માપન જટીલ બને છે જેને કારણે મળતા મૂલ્યને અસર થાય છે.

• ડાઇઇથાઇલ ઇથરમાં, હરિતદ્રવ્ય a 430 nm અને 662 nmની એપ્રોક્સિમેટ એબસોર્બન્સ મેક્સિમા ધરાવે છે, જ્યારે હરિતદ્રવ્ય b 453 nm and 642 nmની એપ્રોક્સિમેટ મેક્સિમા ધરાવે છે.
• હરિતદ્રવ્ય a ની શોષણ ટોચ 665 nm અને 465 nmના સ્તરે હોય છે. હરિતદ્રવ્ય a 673 nm (મહત્તમ) અને 726 nmના સ્તરે ફ્લોરોસન્ટ થાય છે. હરિતદ્રવ્ય a ની પીક મોલર એબસોર્પ્શન કોએફિસિયન્ટ 10⁵ M⁻¹ cm⁻¹ કરતા વધી જાય છે જે નાના પરમાણુ ધરાવતા કાર્બનિક સંયોજનોમાં મહત્તમ છે. ^{[સંદર્ભ આપો]}

છોડમાં હરિતદ્રવ્યનું સંશ્લેષણ સક્સિનાઇલ-સીઓએ અને ગ્લાયસિનમાંથી થઇ શકે છે, જો કે હરિતદ્રવ્ય a અને b નું સીધુ ઉત્પાદન પ્રોટોક્લોરોફિલાઇડમાંથી થાય છે. પ્રોટોક્લોરોફિલાઇડમાંથી હરિતદ્રવ્યમાં ફેરવાવાની પ્રક્રિયાનું છેલ્લું પગલું એનગીઓસ્પર્મ પ્રકાશ આધારિત છે અને આવા છોડ જો અંધારામાં ઉછેરવામાં આવે તો ફીક્કા એટિયોલેટેડ હોય છે. વાહિનીવિહીન છોડ અને હરિત લીલમાં એક વધારાનો પ્રકાશ સ્વતંત્ર ઉત્સેચક હોય છે અને તે અંધારામાં પણ લીલા રંગ સાથે ઉછરી શકે છે.

હરિતદ્રવ્ય જાતે પ્રોટીન છે અને તે શોષેલી ઊર્જાને જરૂરી દિશામાં તબદીલ કરી શકે છે. પ્રોટોક્લોરોફિલાઇડ મોટે ભાગે મુક્ત સ્વરૂપમાં થાય છે અને પ્રકાશની સ્થિતિમાં પ્રકાશસંવેદક તરીકે વર્તે છે અને અત્યંત ઝેરી મુક્ત રેડિકલ પેદા કરે છે. આમ છોડમાં હરિતદ્રવ્ય પ્રિકર્સની માત્રાનું નિયમન કવા માટે કાર્યક્ષમ વ્યવસ્થા હોવી જરૂરી છે. એન્ગીયોસ્પર્મમાં તે જૈવસંશ્લેષણ પાથવેમાં ઇન્ટરમિડીયેટ સંયોજન પૈકીના એક એમિનોલેવ્યુલિનિક એસિડ (એએલએ)ના સ્તરે થાય છે. એએલએ દ્વારા પોષણ મેળવતા છોડ પ્રોટોક્લોરોફિલાઇડનું ઊંચું અને ઝેરી સ્તર સંચયિત કરે છે માટે ઇજાગ્રસ્ત નિયમન વ્યવસ્થા સાથે મ્યુટન્ટ કરે છે.

ક્લોરોસિસ એક એવી સ્થિતિ છે જેમાં પર્ણ અપુરતા હરિતદ્રવ્યનું ઉત્પાદન કરે છે અને તેને કારણે પાંદડા પીળા બને છે. લોહ તત્ત્વ જેવા પોષક ઘટકોની ખામી અથવા મેગ્નેશિયમ અથવા નાઇટ્રોજનની ઉણપને કારણે ક્લોરોસિસ થાય છે. લોહતત્વની ખામીને કારણે થતા ક્લોરોસિસને આયર્ન ક્લોરોસિસ કહેવાય છે. પોષક ઘટક આધારિત ક્લોરોસિસમાં જમીનની pH મહત્ત્વની ભૂમિકા ભજવે છે. ઘણા છોડ ચોકક્સ pH ધરાવતી જમીનમાં જ ઉછરી શકે છે અને તેમની જમીનમાંથી પોષક તત્ત્વો શોષવાની ક્ષમતાનો આધાર જમીનની pH પર રહેલો હોય છે. ક્લોરોસિસ ઘણીવાર વાઇરસ, બેક્ટેરિયા, ફૂગના ચેપ અથવા જીવાતો સહિતના રોગકારકોને કારણે થાય છે.

હરિતદ્રવ્યની ફૂડ એડિટિવ (રંગક) તરીકે નોંધણી થઇ છે અને તેનો E નંબર E140 છે. બાવરચી પાસ્તા અને એબસિન્થે જેવી અનેક વાનગીઓ અને બેવરેજીસને લીલો રંગ આપવા માટે હરિતદ્રવ્યનો ઉપયોગ કરે છે. હરિતદ્રવ્ય પાણીમાં દ્રાવ્ય નથી માટે ઇચ્છિત પરિણામ મેળવવા માટે પહેલા તેને થોડા પ્રમાણમાં તેલ સાથે ભેળવવામાં આવે છે. પ્રવાહી હરિતદ્રવ્યને 1997 સુધી અસ્થિર અને હંમેશા અકૃદરતી ગણવામાં આવતું હતું જ્યારે ફ્રાન્ક એસ એન્ડ લિઝા સેગ્લિયાનોએ યુનિવર્સિટી ઓફ ફ્લોરિડા ખાતે પ્રવાહી હરિતદ્રવ્યના ફ્રીઝ-ડ્રાઇંગનો ઉપયોગ કર્યો હતો અને તેને પાઉડર તરીકે સ્થિર કર્યો હતો અને ભવિષ્યના ઉપયોગ માટે તેને સાચવ્યો હતો.