एरोबिक श्वसन का कार्य क्या है?

विषय

• एरोबिक श्वसन का रासायनिक सारांश
• पृथ्वी की उत्पत्ति या एरोबिक श्वसन
• ग्लाइकोलाइसिस: एक सार्वभौमिक प्रारंभिक बिंदु
• क्रेब्स साइकिल
• इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला
• पौधों में प्रकाश संश्लेषण और एरोबिक श्वसन

एरोबिक श्वसन, अक्सर "सेलुलर श्वसन" के साथ एक शब्द का उपयोग किया जाता है, ऑक्सीजन की उपस्थिति में कार्बन यौगिकों के रासायनिक बंधों में संग्रहीत ऊर्जा को निकालने के लिए जीवित चीजों के लिए एक अद्भुत उच्च उपज तरीका है, और इस निकाले गए ऊर्जा को चयापचय में उपयोग करने के लिए डाल दिया जाता है। प्रक्रियाओं। यूकेरियोटिक जीव (यानी, जानवरों, पौधों और कवक) सभी एरोबिक श्वसन का उपयोग करते हैं, मुख्य रूप से सेलुलर ऑर्गेनेल की उपस्थिति के लिए धन्यवाद जिसे मिटोकोंड्रिया कहा जाता है। कुछ प्रोकैरियोटिक जीव (यानी, बैक्टीरिया) अधिक अल्पविकसित एरोबिक-श्वसन पथ का उपयोग करते हैं, लेकिन सामान्य तौर पर, जब आप "एरोबिक श्वसन" देखते हैं, तो आपको "बहुकोशिकीय यूकेरियोटिक जीव" सोचना चाहिए।

लेकिन यह सब आपके दिमाग में नहीं आना चाहिए। निम्नानुसार आप सभी को एरोबिक श्वसन के बुनियादी रासायनिक मार्गों के बारे में जानने की आवश्यकता है, यह प्रतिक्रियाओं का एक अनिवार्य सेट क्यों है, और यह सब कैसे जैविक और भूवैज्ञानिक इतिहास के दौरान शुरू हुआ।

एरोबिक श्वसन का रासायनिक सारांश

सभी सेलुलर पोषक तत्व चयापचय ग्लूकोज के अणुओं से शुरू होता है। यह छह-कार्बन चीनी सभी तीन मैक्रोन्यूट्रिएंट वर्गों (कार्बोहाइड्रेट, प्रोटीन और वसा) में खाद्य पदार्थों से प्राप्त की जा सकती है, हालांकि ग्लूकोज स्वयं एक सरल कार्बोहाइड्रेट है। ऑक्सीजन की उपस्थिति में, ग्लूकोज का रूपांतरण होता है और कार्बन डाइऑक्साइड, पानी, गर्मी और एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) के 36 या 38 अणुओं का उत्पादन करने के लिए लगभग 20 प्रतिक्रियाओं की श्रृंखला में टूट जाता है, अणु जो सभी जीवित कोशिकाओं में सबसे अधिक बार कोशिकाओं द्वारा उपयोग किया जाता है। ईंधन के प्रत्यक्ष स्रोत के रूप में चीजें। एरोबिक श्वसन द्वारा उत्पादित एटीपी की मात्रा में भिन्नता इस तथ्य को दर्शाती है कि पौधों की कोशिका कभी-कभी एक ग्लूकोज अणु से 38 एटीपी निचोड़ लेती है, जबकि पशु कोशिकाएं प्रति ग्लूकोज अणु में 36 एटीपी उत्पन्न करती हैं। यह एटीपी मुक्त फॉस्फेट अणुओं (पी) और एडेनोसिन डिपोस्फेट (एडीपी) के संयोजन से आता है, यह लगभग सभी इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला की प्रतिक्रियाओं में एरोबिक श्वसन के बाद के चरणों में होता है।

एरोबिक श्वसन का वर्णन करने वाली पूरी रासायनिक प्रतिक्रिया है:

सी₆एच₁₂हे₆ + 36 (या 38) ADP + 36 (या 38) P + 6O₂ → 6CO₂ + 6 एच₂O + 420 kcal + 36 (या 38) ATP।

जबकि प्रतिक्रिया स्वयं इस रूप में पर्याप्त रूप से सीधी दिखाई देती है, यह समीकरण के बाएं हाथ की ओर से (दाईं ओर) अभिकारकों के लिए उठाए जाने वाले कदमों की भीड़ पर विश्वास करती है (उत्पादों, उदारवादी गर्मी के 420 किलोकलरीज सहित) )। कन्वेंशन द्वारा, प्रतिक्रियाओं का पूरा संग्रह तीन भागों में विभाजित होता है, जहां पर हर एक होता है: ग्लाइकोलिसिस (साइटोप्लाज्म), क्रेब्स चक्र (मिटोकोंड्रियल मैट्रिक्स) और इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला (आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली)। हालांकि, इन प्रक्रियाओं को विस्तार से देखने से पहले, एरोबिक श्वसन को पृथ्वी पर इसकी शुरुआत कैसे हुई, इस पर एक नज़र डालते हैं।

पृथ्वी की उत्पत्ति या एरोबिक श्वसन

एरोबिक श्वसन का कार्य कोशिकाओं और ऊतकों की मरम्मत, विकास और रखरखाव के लिए ईंधन की आपूर्ति करना है। यह ध्यान देने का कुछ औपचारिक तरीका है कि एरोबिक श्वसन यूकेरियोटिक जीवों को जीवित रखता है। आप ज्यादातर मामलों में भोजन के बिना और पानी के बिना कम से कम कुछ दिनों के लिए जा सकते हैं, लेकिन ऑक्सीजन के बिना केवल कुछ मिनट।

ऑक्सीजन (O) सामान्य वायु में अपने डायटोमिक रूप में पाया जाता है, O₂। यह तत्व कुछ अर्थों में, 1600 के दशक में खोजा गया था, जब यह वैज्ञानिकों के लिए स्पष्ट हो गया था कि हवा में जानवरों के अस्तित्व के लिए एक महत्वपूर्ण तत्व था, एक जिसे लौ से बंद वातावरण में, या लंबे समय तक, समाप्त किया जा सकता है। साँस लेने में।

ऑक्सीजन गैसों के मिश्रण का लगभग पांचवां हिस्सा बनता है, जिसमें आप सांस लेते हैं। लेकिन यह ग्रह के 4.5-बिलियन-वर्ष के इतिहास में हमेशा से इस तरह नहीं था, और समय के साथ पृथ्वी के वातावरण में ऑक्सीजन की मात्रा में बदलाव का अनुमान लगाया गया है। जैविक विकास पर गहरा प्रभाव। वर्तमान जीवनकाल में ग्रहों की पहली छमाही के लिए, वहाँ था नहीं हवा में ऑक्सीजन। 1.7 बिलियन साल पहले, वायुमंडल में 4 प्रतिशत ऑक्सीजन शामिल था, और एककोशिकीय जीव प्रकट हुए थे। 0.7 अरब साल पहले तक, ओ₂ 10 से 20 प्रतिशत हवा और बड़े और बहुकोशिकीय जीवों के बीच बना था। 300 मिलियन साल पहले, ऑक्सीजन सामग्री 35 प्रतिशत हवा में बढ़ गई थी, और इसी तरह, डायनासोर और अन्य बहुत बड़े जानवर आदर्श थे। बाद में, ओ द्वारा आयोजित हवा का हिस्सा₂ घटकर 15 प्रतिशत हो गया, जो आज फिर से बढ़ रहा है।

अकेले इस पैटर्न पर नज़र रखने से यह स्पष्ट है कि वैज्ञानिक रूप से यह संभावना है कि ऑक्सीजेंस अंतिम कार्य जानवरों को बड़े होने के लिए करना है।

ग्लाइकोलाइसिस: एक सार्वभौमिक प्रारंभिक बिंदु

ग्लाइकोलाइसिस की 10 प्रतिक्रियाओं को स्वयं आगे बढ़ने के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता नहीं होती है, और ग्लाइकोलाइसिस सभी जीवित चीजों में कुछ हद तक होता है, प्रोकैरियोटिक और यूकेरियोटिक दोनों। लेकिन ग्लाइकोलाइसिस सेलुलर श्वसन की विशिष्ट एरोबिक प्रतिक्रियाओं के लिए एक आवश्यक अग्रदूत है, और यह आमतौर पर इन के साथ-साथ वर्णित है।

एक बार ग्लूकोज, एक षट्भुज अंगूठी संरचना के साथ एक छह-कार्बन अणु, एक कोशिका कोशिका द्रव्य में प्रवेश करता है, इसे तुरंत फॉस्फोराइलेट किया जाता है, जिसका अर्थ है कि यह एक फॉस्फेट समूह है जो इसके कार्बन में से एक से जुड़ा हुआ है। यह प्रभावी ढंग से शुद्ध नकारात्मक चार्ज देकर सेल के अंदर ग्लूकोज अणु को फंसा देता है। अणु को फिर फॉस्फोराइलेटेड फ्रुक्टोज में पुनर्व्यवस्थित किया जाता है, जिसमें परमाणुओं की कोई हानि या लाभ नहीं होता है, इससे पहले कि अणु में एक और फॉस्फेट जोड़ा जाता है। यह अणु को अस्थिर करता है, जो तब तीन-कार्बन यौगिकों की एक जोड़ी में विभाजित होता है, उनमें से प्रत्येक अपने स्वयं के फॉस्फेट से जुड़ा होता है। इनमें से एक दूसरे में बदल जाता है, और फिर, चरणों की एक श्रृंखला में, दो एटीपी उपज के लिए दो तीन-कार्बन अणु अपने फॉस्फेट को एडीपी (एडेनोसिन डाइफॉस्फेट) के अणुओं को छोड़ देते हैं। मूल छह-कार्बन ग्लूकोज अणु एक तीन-कार्बन अणु के दो अणुओं के रूप में पाइरूवेट कहते हैं, और इसके अलावा, एनएडीएच (बाद में विस्तार से चर्चा की) के दो अणु उत्पन्न होते हैं।

क्रेब्स साइकिल

पाइरूवेट, ऑक्सीजन की उपस्थिति में, सेलुलर जीव के माइटोकॉन्ड्रिया नामक मैट्रिक्स (थिंक "मध्य") में चला जाता है और इसे दो-कार्बन यौगिक में परिवर्तित किया जाता है, जिसे एसिटाइल कोएंजाइम ए (एसिटाइल सीओए) कहा जाता है। इस प्रक्रिया में, कार्बन डाइऑक्साइड का एक अणु (CO)₂)।इस प्रक्रिया में, एनएडी का एक अणु⁺ (एक तथाकथित उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन वाहक) NADH में परिवर्तित हो जाता है।

क्रेब्स चक्र, जिसे साइट्रिक एसिड चक्र या ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र भी कहा जाता है, को एक प्रतिक्रिया के बजाय एक चक्र के रूप में संदर्भित किया जाता है क्योंकि इसके उत्पादों में से एक, चार-कार्बन अणु ऑक्सीलोसेटेट, के साथ संयोजन के द्वारा चक्र की शुरुआत में फिर से प्रवेश करता है। एसिटाइल सीओए का एक अणु। इसके परिणामस्वरूप छह कार्बन अणु में साइट्रेट पाया जाता है। इस अणु को एंजाइमों की एक श्रृंखला द्वारा हेरफेर किया जाता है, जिसे अल्फा-किटोग्लुटरेट नामक एक पांच-कार्बन यौगिक में मिलाया जाता है, जो बाद में एक और कार्बन खो देता है ताकि सक्सेस हो सके। हर बार जब एक कार्बन खो जाता है, तो यह सीओ के रूप में होता है₂, और क्योंकि ये प्रतिक्रियाएं ऊर्जावान रूप से अनुकूल हैं, प्रत्येक कार्बन डाइऑक्साइड की हानि दूसरे एनएडी के रूपांतरण के साथ होती है⁺ एनएडी को। सक्सेस का गठन भी एटीपी का एक अणु बनाता है।

सक्सिनेट को फ्यूमरेट में परिवर्तित किया जाता है, जिससे FADH का एक अणु बनता है₂ एफएडी से²⁺ (NAD के समान एक इलेक्ट्रॉन वाहक⁺ समारोह में)। यह एक और NADH पैदावार करने के लिए, malate में बदल जाता है, जिसे बाद में oxaloacetate में बदल दिया जाता है।

यदि आप स्कोर रख रहे हैं, तो आप 3 एनएडीएच, 1 एफएडीएच की गणना कर सकते हैं₂ और क्रेब्स चक्र के प्रति 1 एटीपी प्रति। लेकिन ध्यान रखें कि प्रत्येक ग्लूकोज अणु चक्र में प्रवेश के लिए एसिटाइल सीओए के दो अणुओं की आपूर्ति करता है, इसलिए संश्लेषित इन अणुओं की कुल संख्या 6 एनएडीएच, 2 एफएडीएच है₂ और 2 एटीपी। क्रेब्स चक्र इस प्रकार सीधे अधिक ऊर्जा उत्पन्न नहीं करता है - केवल 2 एटीपी प्रति ग्लूकोज ऊपर की आपूर्ति की - और कोई ऑक्सीजन की जरूरत नहीं है, या तो। लेकिन एनएडीएच और एफएडीएच₂ के लिए महत्वपूर्ण हैं ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण प्रतिक्रियाओं की अगली श्रृंखला में कदम, सामूहिक रूप से इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला कहा जाता है।

इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला

NADH और FADH के विभिन्न अणु₂ सेलुलर श्वसन के पूर्ववर्ती चरणों में निर्मित इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में उपयोग करने के लिए तैयार हैं, जो आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के सिलवटों में होता है जिसे क्राइस्ट कहा जाता है। संक्षेप में, एनएडी से जुड़े उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन⁺ और एफएडी²⁺ झिल्ली भर में एक प्रोटॉन ढाल बनाने के लिए उपयोग किया जाता है। इसका मतलब यह है कि प्रोटॉन (एच) की उच्च सांद्रता है⁺ आयन) दूसरी तरफ की तुलना में झिल्ली के एक तरफ, इन आयनों के लिए एक प्रेरणा पैदा करते हुए उच्च प्रोटॉन एकाग्रता के क्षेत्रों से निचले प्रोटॉन एकाग्रता के क्षेत्रों में प्रवाहित होते हैं। इस तरह, प्रोटॉन थोड़ा अलग तरीके से व्यवहार करते हैं, कहते हैं, पानी जो "चाहता है" उच्च ऊंचाई के क्षेत्र से कम एकाग्रता के क्षेत्र में स्थानांतरित करने के लिए - यहां तथाकथित रसायन विज्ञान के प्रभाव के बजाय गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में मनाया जाता है। इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला।

एक पनबिजली संयंत्र में एक टरबाइन की तरह बहते हुए पानी की ऊर्जा को काम करने के लिए कहीं और (उस स्थिति में, बिजली उत्पन्न करना), झिल्ली भर में प्रोटॉन ढाल द्वारा स्थापित ऊर्जा के कुछ मुक्त फॉस्फेट समूहों (पी) को एडीपी में संलग्न करने के लिए कैप्चर किया जाता है। एटीपी उत्पन्न करने के लिए अणु, एक प्रक्रिया जिसे फॉस्फोराइलेशन कहा जाता है (और इस उदाहरण में, ऑक्सीडेटिव फॉस्फोरिलेशन)। वास्तव में, यह NADH और FADH तक, इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में बार-बार होता है₂ ग्लाइकोलाइसिस और क्रेब्स चक्र से - पूर्व के 10 और बाद के दो का उपयोग किया जाता है। यह ग्लूकोज अणु प्रति एटीपी के लगभग 34 अणुओं के निर्माण का परिणाम है। चूंकि ग्लाइकोलाइसिस और क्रेब्स प्रत्येक ग्लूकोज अणु प्रति 2 एटीपी का उत्पादन करते हैं, कुल मात्रा अगर ऊर्जा मुक्त, कम से कम आदर्श परिस्थितियों में, 34 + 2 + 2 = 38 एटीपी है।

इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में तीन अलग-अलग बिंदु होते हैं, जिस पर प्रोटॉन आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली को पार कर सकते हैं ताकि बाद में और बाहरी माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली और चार अलग-अलग आणविक परिसरों (गिने गए I, II, III और IV) के बीच के स्थान में प्रवेश कर सकें। श्रृंखला के भौतिक लंगर अंक।

इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला को ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है क्योंकि ओ₂ श्रृंखला में अंतिम इलेक्ट्रॉन-जोड़ी स्वीकर्ता के रूप में कार्य करता है। यदि कोई ऑक्सीजन मौजूद नहीं है, तो श्रृंखला में प्रतिक्रियाएं जल्दी से समाप्त हो जाती हैं क्योंकि इलेक्ट्रॉनों का "डाउनस्ट्रीम" प्रवाह बंद हो जाता है; उनका कहीं जाना नहीं है। उन पदार्थों के बीच जो इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला को पंगु बना सकते हैं वे साइनाइड (CN) हैं^-)। यही कारण है कि आपने साइनाइड को घरेलू शो या जासूसी फिल्मों में घातक जहर के रूप में इस्तेमाल करते देखा होगा; जब इसे पर्याप्त मात्रा में प्रशासित किया जाता है, तो प्राप्तकर्ता के भीतर एरोबिक श्वसन बंद हो जाता है, और इसके साथ ही जीवन।

पौधों में प्रकाश संश्लेषण और एरोबिक श्वसन

यह अक्सर माना जाता है कि पौधे कार्बन डाइऑक्साइड से ऑक्सीजन बनाने के लिए प्रकाश संश्लेषण से गुजरते हैं, जबकि जानवर ऑक्सीजन से कार्बन डाइऑक्साइड उत्पन्न करने के लिए श्वसन का उपयोग करते हैं, जिससे एक स्वच्छ पारिस्थितिकी तंत्र चौड़ा, पूरक संतुलन बनाए रखने में मदद मिलती है। हालांकि यह सतह पर सच है, यह भ्रामक है, क्योंकि पौधे प्रकाश संश्लेषण और एरोबिक श्वसन दोनों का उपयोग करते हैं।

क्योंकि पौधे नहीं खा सकते हैं, उन्हें अपने भोजन के बजाय निगलना चाहिए। यह प्रकाश संश्लेषण है, जो प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला है जो ऑर्गेनेल जानवरों में होती है जिनमें क्लोरोप्लास्ट कहा जाता है, के लिए है। सूर्य के प्रकाश द्वारा संचालित, CO₂ संयंत्र सेल के अंदर माइटोकॉन्ड्रिया में इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला से मिलते-जुलते चरणों की एक श्रृंखला में क्लोरोप्लास्ट के अंदर ग्लूकोज में इकट्ठा होता है। फिर ग्लूकोज को क्लोरोप्लास्ट से जारी किया जाता है; अगर यह पौधे का एक संरचनात्मक हिस्सा बन जाता है, लेकिन कुछ ग्लाइकोलाइसिस से गुजरता है और फिर संयंत्र कोशिका माइटोकॉन्ड्रिया में प्रवेश करने के बाद एरोबिक श्वसन के माध्यम से आगे बढ़ता है।