कॅरोटिनॉइडे

वनस्पती आणि प्राणी यांच्यामध्ये आढळणाऱ्या रंगद्रव्यांचा हा एक वर्ग आहे. ही द्रव्ये पिवळी, नारिंगी, लाल व जांभळी असतात. गाजरात असणाऱ्या रंगद्रव्याला कॅरोटीन म्हणतात. त्याचे रासायनिक संघटन प्रातिनिधिक मानून त्याच्याशी साम्य असलेल्या संयुगांचा या वर्गात समावेश केला जातो म्हणून त्यांना कॅरोटिनॉइडे म्हणतात.

कॅरोटीन हे रंगद्रव्य १९३१ सालापासून माहीत आहे, पण या वर्गातील रंगद्रव्यांबद्दल सम्यक्‌ ज्ञान १९२० नंतर झाले. कारण नैसर्गिक मिश्रणातून ही रंगद्रव्ये शुद्ध स्थितीत वेगळी काढणे त्यापूर्वी शक्य झाले नव्हते. वर्णलेखन पद्धतीने [मिश्रणाचे घटक वेगळे करण्याच्या एका पद्धतीने,  वर्णलेखन] ते साधले व त्यांच्या अनुसंधानात (सखोल अभ्यासात) प्रगती झाली. कॅरोटिनॉइडांसंबंधीच्या अनुसंधानामुळे रसायनशास्त्राच्या एकंदर प्रगतीसही फार साहाय्य झाले आहे. सूक्ष्म प्रमाणावर हायड्रोजनीकरण (रेणूत हायड्रोजन मिळविणे) व मापन आणि रंग व रासायनिक संरचना (रेणूतील अणूंची मांडणी) यांच्या अन्योन्य संबंधांविषयीचे ज्ञान या अनुसंधानामुळे झाले आहे.

कॅरोटिनॉइडे आणि अ जीवनसत्त्व यांचा निकट संबंध असल्यामुळे पोषणाच्या दृष्टीने त्यांना महत्त्व आहे.

उपस्थिती : निसर्गात ही रंगद्रव्ये विस्तृत प्रमाणात आढळतात. झाडांच्या पानांत व इतर हिरव्या भागांत, अनेक पिवळया फुलांत, फळांत (आंबा, टोमॅटो, पपई इ.), मुळांत (गाजर, रताळे इ.) आणि बीजांत (गहू, सोयाबीन इ.) ही असतात.

प्राणिसृष्टीत शरीरातील अनेक भागांत उदा., मूत्रपिंड, यकृत, दृक्‌पटल, तसेच त्यांतील द्रव्यांत, रक्तरस (सर्व रक्ताची गुठळी झाल्यावर राहिलेला पिवळसर व न गोठणारा पेशीविरहित द्रव), अस्थिमज्जा (लांब हाडाच्या आतील पोकळीत असलेला पेशीसमूह) यांमध्ये आणि काही पक्ष्यांची पिसे, अंड‌्यातील पिवळा बलक, मासे, अनेक कीटक व सूक्ष्मजीव इत्यादींत ती आढळतात.

बहुसंख्य कॅरोटिनॉइडे मेद (चरबी) किंवा मेदसदृश द्रव्यांत विद्राव्य (विरघळणारी) असतात, पण पाण्यात अविद्राव्य (न विरघळणारी) असतात. ज्यांच्या संघटनेमध्ये कार्‌बॉक्सी गट (-COOH) आहे. अशी कॅरोटिनॉइडे क्षारकाबरोबर (अम्लाशी विक्रिया होऊन लवणे देणाऱ्या पदार्थाबरोबर) संयोग पावून जलविद्राव्य (पाण्यात विरघळणारी) लवणे बनवितात. त्याचप्रमाणे काही कॅरोटिनॉइडे शर्करांशी संयाेगित झाल्यामुळे व काहींची प्रथिनांबरोबर जटिल (गुंतागुंतीची) संयुगे बनल्यामुळे जलविद्राव्य होतात.

कॅरोटिनॉइडे बहुधा स्फटिकरुपात आढळत नाहीत. तर घनरूप किंवा अर्धवट घनरूप मेदे यांबरोबर मिश्रस्वरूपात किंवा कलिल-संधारण (अतिसूक्ष्म कण लोंबकळत असलेले विशिष्ट प्रकारचे द्रवमिश्रण) अवस्थेत नैसर्गिक पदार्थात आढळतात.

रासायनिक स्वरुप : ही द्रव्ये अॅलिफॅटिक (कार्बन अणू साखळी स्वरुपात असलेल्या कार्बनी संयुगांचा वर्ग) व अॅलिसायक्लिक (रासायनिक दृष्टया अॅलिफॅटिक असणारे पण संरचनेत आवश्यक कार्बन अणू साखळीऐवजी वलयाने जोडणाऱ्या कार्बनी संयुगांचा वर्ग) या वर्गात मोडतात. बहुसंख्य द्रव्यांच्या रेणूंमध्ये कार्बनाचे चाळीस अणू असून त्यांतील अनेक अणू एकमेकांस एकांतरित द्‌विबंधाने (एकाआड एक द्विबंध व एकबंध यांनी कार्बन अणू जोडले असलेल्या रचनेने) जोडलेले असतात. काही अपवादात्मक कॅरोटिनॉइडांमध्ये कार्बन अणूंची संख्या चाळिसापेक्षा कमी असते, परंतु सामान्य रचना एकाच तऱ्हेची असते. आयसोप्रीन (C5H8) या द्रव्याच्या रेणूमध्ये कार्बन अणूंची जी रचना आहे, त्या रचनेतील एका टोकाचा कार्बन अणू हे त्या रेणूचे शीर्ष (डोके) व दुसऱ्या टोकाचा कार्बन अणू म्हणजे पुच्छ (शेपटी) अशी कल्पना केली, तर कॅरोटिनॉइडांची सामान्य रेणुरचना सुलभतेने स्पष्ट करता येते. आयसोप्रीन रेणूतील कार्बनांची अणुरचना सूत्र १ मध्ये दर्शविली आहे.

सूत्र. १. आयसोप्रीन रेणूसूत्र.

आयसोप्रिनाच्या दोन रेणूंतील कार्बन अणू पुच्छास-पुच्छ या पद्धतीने जोडले तर सूत्र २ प्रमाणे रचना होते. नंतर सूत्र २ मधील दहा कार्बन अणूंच्या साखळीच्या दोन्ही टोकांना, प्रत्येकी तीन या प्रमाणे आयसोप्रिनाचेच रेणू परंतु शीर्ष–पुच्छ या पद्धतीने जोडले, तर कॅरोटिनॉइड रेणूची मूलभूत रचना सिद्ध होते (सूत्र ३). जोडणी होताना आवश्यकतेप्रमाणे द्विबंधाच्या मूळच्या जागा बदलतात व हायड्रोजन अणूंची संख्याही बदलते.

सूत्र २. आयसोप्रिनाच्या दोन रेणूंच्या एक प्रकारची जोडणीसूत्र

विविधतेचे स्वरुप : वरील मूलभूत रचनेतील काही कार्बन अणू एकमेकांस जोडल्याने व वलय बनल्याने, काही एकांतरित द्विबंधाचे स्थलांतर किंवा आंशिक हायड्रोजनीकरण, तसेच हायड्रॉक्सी (OH), कार्बोनिल (CO), मिथॉक्सी(OCH3) इ. गटांचा समावेश आणि इपॉक्सीकरण (कार्बन शृंखलेतील दोन कार्बन अणू शृंखलेतील बंध कायम ठेवून एका ऑक्सिजन अणूच्या द्वारा जोडले जाणे) यांमूळे या वर्गातील बहुविध द्रव्यांच्या रासायनिक संरचना सिद्ध होतात. ऑक्सिडीकरणाने [ ऑक्सिडीभवन] मूलभूत रचनेचे विघटन (रेणूचे तुकडे पडणे) होऊनही काही कॅरोटिनॉइडांच्या रचना बनतात. उदा., क्रॉसेटीन व बिक्सिन.

सूत्र. ३. लायकोपीन या द्रव्यात असलेली कॅरोटिनॉइड रेणूची मूलभूत रचना

(१) शीर्षास पुच्छ असे जोडलेले तीन आयसोप्रिनाचे रेणू,

(२) पुच्छ-पुच्छ पद्धतीने जोडलेले दोन आयसोप्रिनाचे रेणू.

कॅरोटिनॉइडांची वर्गवारी हायड्रोकार्बने, हायड्राक्सी घटकी, कार्बोनिल घटकी, इपॉक्सी घटकी व कार्‌बॉक्सी अम्ले अशी केली जाते. या द्रव्यांमध्ये अनेक कार्बन-कार्बन द्विबंध असल्यामुळे त्यांना जोडलेले हायड्रोजन अणू किंवा मिथिल गट हे कॅरोटिनाइडाच्या रेणूमध्ये परस्परांच्या विरुद्ध दिशांना किंवा एकाच दिशेला राहू शकतील व त्यामुळे अनेक समपक्ष व विपक्ष समघटक अस्तित्वात असणे तत्वतः शक्य आहे (समपक्ष म्हणजे अणू अथवा अणुगट एकाच दिशेला असलेले, विपक्ष म्हणजे अणू अथवा अणुगट एकमेकांविरुद्ध दिशंना असलेले आणि समघटक म्हणजे तेच व तितकेच अणू रेणूमध्ये असूनही त्यांच्या संरचना भिन्न असल्यामुळे वेगळे गुणधर्म असलेले पदार्थ होय). तथापि एकमेकांविरुद्ध दिशांची रचना(विपक्ष) स्थैर्यांच्या दृष्टीने योग्य ठरते व तशीच बहुसंख्य द्रव्यांमध्ये आढळते. काही कॅरोटिनाइडाची माहिती खाली दिलेली आहे.

सूत्र. ४. बीटा कॅरोटीनसूत्र.

लायकोपीन : C40H56. टोमॅटोमधील लाल रंग असणारे हे द्रव्य इतरही अनेक वनस्पती आणि प्राणी यांमध्ये आढळते. याची रासायनिक संरचना सू़त्र ३ मध्ये दाखविली आहे. कॅरोटिनॉइंडाची ही मूलभूत संरचना होय. याचा वितळबिंदू १७५० से. आहे.

सूत्र. ५. आल्फा कॅरोटीनसूत्र.

बीटा कॅरोटीन : C40H56हे गाजरात असणारे मुख्य रंगद्रव्य होय. याची रासायनिक संरचना सू़त्र ४ मध्ये दर्शविली आहे. मूलभूत संरचनतील दोन्ही टोकांचे वलयीभवन(कार्बन शृंखलेतील टोकाचा अणू शृंखलेतील दुसऱ्या  एखाद्या कार्बनाला जोडल्यामुळे वलयासारखी रचना होणे) झाले म्हणजे ती सिद्ध होते हे दिसून येईल. या संरचनेमध्ये अकरा एकांतरित द्विबंध आहेत. बीटा कॅरोटीन हे धनरुप असून याचा उकळबिंदू १८१-१८२० से. आहे. कार्बन डायसल्फाइड, बेंझीन व क्लोरोफॉर्म यांमध्ये ते विद्राव्य आहे.

सूत्र. ६. गॅमा कॅरोटीन

आल्फा कॅरोटीन : C40H56. हे सुद्धा गाजरात असते आणि बीटा कॅरोटिनापासून वर्णलेखनाने वेगळे करता येते. याच्या संरचचनेमध्ये दहा द्विबंध साधा आहे(सूत्र ५). बेंझीन आणि मिथिल अल्कोहॉल यांच्या मिश्रणातून याचे जांभळे स्फटिक मिळतात. वितळबिंदू १८७० अंश से.; कार्बन डायसल्फाइड, बेंझीन व क्लोरोफार्म यांमध्ये हे बीटा कॅरोटिनापेक्षा जास्त विद्राव्य आहे.

गॅमा कॅरोटीन : C40H56 हे अत्यंत कमी प्रमाणात निसर्गात आढळते. हे गाजरात बीटा कॅरोटिनाच्या एका दशांश इतके असते. याच्या संरचनेमध्ये एक वलय असून एकंदर बारा द्विबंध आहेत; त्यांपैकी अकरा एकांतरित आहेत (सूत्र ६). बेंझीन व मिथिल अल्कोहॉल यांच्या मिश्रणातून याचे गडद तांबडे सूक्ष्म स्फटिक मिळतात. याचा वितळविंदू १७८० अंश से. आहे.

सूत्र. ७. रूबीझँथीनसूत्र.

रुबीझॅंथीन : C40H56O. हे मुख्यतः गुलाबाच्या वेगवेगळ्या जातींत आढळते. याच्या संरचनेमध्ये बारा द्विबंध आहेत; त्यांपैकी अकरा एकांतरित आहेत. शिवाय त्याच्या रेणूमध्ये एक हायड्रॉक्सी गट ३ या स्थानी आहे (सूत्र ७). बेंझीन व पेट्रोलियम ईथर यांच्या मिश्रणातून याचे नारिंगी तांबडे सुयांसारखे स्फटिक मिळतात. याचा वितळविंदू १६०० अंश से. आहे.

झीअ‍ॅझॅंथीन : C40H56O2. दुसरे नाव ३-३' डायहायड्रॉक्सी बीटा कॅरोटिन. हे मका, अंड्यातील पिवळा बलक, मानवी यकृत, गुलाब इत्यादींमध्ये असते. त्याच्या संरचनेत दोन वलये, दोन OH गट व अकरा एकांतरित द्विबंध आहेत (सूत्र ८). मिथिल अल्कोहॉलामधून याचे पिवळे स्फटिक मिळतात. याचा वितळबिंदू २१५० अंश से. आहे.

सूत्र. ८. झीअ‍ॅझँथीनसूत्र.

व्हायोलाझॅंथीन : C40H56O4. दुसरे नांव ३-३' डायहायड्रॉक्सी ५, ६, ५', ६' डाय इपॉक्सी बीटा कॅरोटीन. संत्रे, पपई, अनेक फुले व फळे यांमध्ये असणाऱ्या या द्रव्यात दोन इपॉक्सी गट व दोन हायड्रॉक्सी गट आहेत (सूत्र ९). कार्बन डायसल्फाइडामधून यांचे तांबूस पिंगट स्फटिक मिळतात. याचा वितळविंदू २००० अंश से. आहे.

सूत्र ९. व्हायोलाझॅंथीन

ऱ्होडोझॅंथीन : C40H56O2. यांच्या संरचनेमध्ये दोन CO गट समाविष्ट आहेत, हे याचे वैशिष्ट्य आहे (सू़त्र १०). बेंझीन व मिथिल अल्कोहॉल यांच्या मिश्रणातून याचे गडद जांभळ्या रंगाचे स्फटिक मिळतात. याचा वितळबिंदू २१९० से. आहे.

सूत्र १०. ऱ्होडोझॅंथीन

क्रॉसेटीनःC20H24O4. केशराचा पिवळा रंग मुख्यतः क्रॉसीन नामक संयुगामुळे असतो. क्रॉसिनाची संरचना, क्रॉसेटीन ह्या कॅरोटिनॉइड जातीच्या अम्लाचा, जेंटियोबायोजाबरोबर रासायनिक संयोग होऊन झालेली आहे. क्रॉसेटिनाची संरचना सूत्र ११ मध्ये दर्शविली आहे.

सूत्र १०:क्रॉसेटीन

अ‍ॅसिटिक अ‍ॅनहायड्राइडामधून याचे विटकरी रंगाचे स्फटिक मिळतात. याचा वितळबिंदू २८५० से. आहे.

सूत्र १२. अ जीवनसत्त्वसूत्र

अ जीवनसत्वाची रासायनिक संरचना लक्षात घेतली म्हणजे त्याचा व कॅरोटिनॉइडांचा कसा निकट संबंध आहे हे दिसून येईल(सूत्र १२).

.

लेखक : ना.तु.गाळकर

स्त्रोत : मराठी विश्वकोश